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隧路围岩弹性模量测试步骤
颁布功夫：2024-04-30 浏览次数：42991 起源：J9集团
在通常隧路衬砌结构设计过程中，设计人员通常选取经验参数或理论公式推算围岩弹性抗力系数，如弹性理论公式和钱令西公式 。由于工程开挖后的隧路围岩所处状态较为复杂，其可能处于弹性状态，也可能处于塑性状态甚至产生张开裂隙，并不能齐全切合公式的弹性如果 。选取经验或理论公式得到的围岩弹性抗力系数由于不切合工程现实情况或过于守旧，从而提高工程造价，造成巨大浪费 。


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在现实工程中，由于环境前提恶劣，规范划定的水压法或径向液枕压法测岩体弹性抗力系数试验难度大、测试周期长、用度高，并需开挖试验洞，在技施阶段已难以大领域进行 。因而，国内表多多钻研学者选取本构模型反分析或室内试验，已获得较丰硕的钻研成就 。
国内表关于确定围岩弹性抗力系数的方式多基于理论推导和室内试验，不足工程事俘验证及支持 。出格关于软岩隧洞围岩弹性抗力系数的钻研甚少，尤其是复杂岩体，目前不足可参考的工程经验，且规范对于软岩弹性抗力系数的取值划定过于宽泛，因而在现实工程中很难凭据规范划定取值 。
因而，对于软岩弹性抗力系数的测试极度沉要，并且在现场进行原位测试是一种最好的步骤 。目前利用最多的就是钻孔弹性模量测试设备 。
钻孔法使用的设备按加力方式可分为钻孔膨胀计、贯入计、钻孔弹模计三类 。
钻孔弹模计的道理是利用活塞、楔形块或幼型柔性压力枕等部件，给钻孔壁施加一短诙向压力，并同时丈量出相应的孔径变动，据此推算岩体的变形或弹性模量 。
钻孔膨胀计是利用柔性的橡胶囊向钻孔孔壁全面加压，测定体积变动或钻孔径向变形以推算变形或弹性模量 。
钻孔试验法固然只能测定一幼段（约三倍直径长度）內孔壁周围岩体的应力应变关系，但由于它可在大量已有的取芯勘探孔內多个测段內进行，测试数据多，代表性强 。若是将工程区按岩石分级划分分歧区域，在每个区域多个测段测试，则可用数理统计或加权均匀法评估工程区岩体的整体变形和弹性模量 。

GY型孔内弹模测定器能够在钻孔中测定固体介质的变形或弹性模量，重要用于岩体，也可用于混凝土或金属 。
孔内弹模测定器也称钻孔弹模计，(Borehole Jack, Goodman Jack 或NX Borehole jack)它与钻孔膨胀计的重要区别为:后者是利用柔性的橡胶囊向钻孔孔壁全面加压，测定体积变动或钻孔径向变形以推算变形或弹性模量；前者则是利用多个活塞向部门孔壁径向加压，加压块为刚性，加压角2β=45°(90°)，同时测定加压方向的径向变形以推算变形或弹性模量 。后者压力较低，合用于软岩或裂隙岩体；前者压力可达70MPa，合用于各类岩体（E=1～100GPa），只有孔径满足要求，试验期间孔壁不变即可 。


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GY-75（90，110）别离合用于φ75mm、φ90mm、φ110mm钻孔，但通过更换厚一些的承压块，它也可用于大一级的钻孔，即GY-75也可用于φ90mm钻孔，GY-90可用于φ110mm钻孔，GY-110可用于φ130mm钻孔 。
GY型孔内弹模测定器是在美国古德曼千斤顶（Goodman Jack）的基础上，并吸收了BJ-110钻孔弹模计的利益改进而成 。Goodman Jack是国际上有代表性的钻孔弹模计，已作为国际岩石力学委员会（ISRM）的建议步骤，用于钻孔中测定现场岩体弹性模量 。但由于该设备在设计上的缺点，其测定值必须经过建改，能力得到真实的弹模值 。建改系数与岩体弹模的凹凸有关，倒劓实弹模（Etrue）为70GPa时，实测值（Ecalc）只有约24GPa 。经过改进后的GY型钻孔弹模计则不需建改 。
为验证弹模测定的靠得住性，将钻孔弹模计放入带有中心孔的铸钢、铸铁及大理岩立方体(360*400*400mm)进行了标定试验，标定了局批注测定值靠近真实值（45度线）,不需建改，误差约5-10％ 。Ecalc=Etrue 。GY-75和BJ-110的道理、重要指标一样，因而其标定了局可共用 。此表，在三峡工程地基测试中，曾将统一测点的岩芯（齐全且均质、各向同性）进行室內试验，其弹模值和用GY-75在孔內的测定值很靠近，误差仅为百分之五 。

GY型孔内弹模测定器对钻孔及钻具的要求
GY-75（90，110）别离合用于φ75mm（90，110mm）的金刚石钻进钻孔，由于孔内弹模测定器的行程只有6mm，且与钻孔壁的间隙很幼，因而对钻孔要求较高 。
  1. 试验期间孔壁必须不变，当在地表垂直孔内试验时，孔口应选取大一号的（φ90，110，130）套管护壁 。
  2. 必须用金刚石钻头钻进，并加一个扩孔器，钻孔现实尺寸比尺度尺寸大1～3mm 。

GY型孔内弹模测定器试验步骤 
  1. 凭据试验要求及钻孔柱状图，选定测试区段及方向 。
  2. 衔接肯定长的钻杆，每隔1m用白布带将油管、电缆捆紧到钻杆上，表明活塞加力方向 。
  3. 向低压油路注油确信弹模计处于“关合”状态，并放松低压油路阀门 。
  4. 荷沉传感器（L1、L2）读数别离调零，位移传感器（D1、D2）不用调零 。
  5. 将弹模计幼心送入测试部位及预约的方向 。
  6. 向高压油路加压至2MPa，使承压块和孔壁接触，而后卸压至零 。卸零跋文录应变仪上四个传感器读数 。L1、L2读数应靠近零读数，凭据D1、D2读数可算出钻孔直径 。当钻孔直径大于尺度孔径4mm时，取出并换用厚承压板 。
  7. 按选定的试验方式加压和卸压，并纪录各级荷载下的四个传感器读数 。建议选取屡次大循环加载法，加卸载分级如0、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、45、40、35、30、25、20、15、10、5、2、0MPa 。也可选取逐级单循环加卸载法 。对绝大部门岩石，加至40-50MPa已足够 。
  8. 逐级卸载，卸零后，向低压油路注油（高压油路放松），当D1、D2根基回到初读数时，钻孔弹模计已回到“关合”状态 。
  9. 将钻孔弹模计移至另一测试部位，持续(6)、(7)、(8)三步试验 。
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GY型孔内弹模测定器资料分析

凭据实测应变绘造钻孔孔壁压力和位移关系曲线 。
按下述公式推算分歧荷载级别下的E值
E=A×d×T*（γ、β）×△Q/△d （γ、β）
式中：
A=0.915(与弹模计长径迸仔关的系数)
T*（γ、β）(与弹模计泊桑比及接触角有关的系数)
被测介质的弹性模量愈高时，承压块与孔壁达到全接触状态时的压力值也较高，即压力位移曲线的线性段肇始点较高，应拔取肇始点以上的近似直线段推算弹；虮淠Ｖ 。

海表工程案例
试验仪器选取GY-75孔内弹模测定器，此仪器在BJ-110钻孔弹模计的基础上进一步改进而成，BJ-110是上世纪80年代中期在古德曼千斤顶(Goodman Jack)的基础上研造的，它克服了Goodman Jack的承压板弯曲和孔壁曲率不匹配两大缺点，所测了局不用进行建改 。
试验严格依照《水电水利工程岩石试验规程》(DL/T 5368—2007)的有关要要求执行，本次测试孔径约76~79mm，在钻孔0~10m 领域内分歧深度进行试验 。
该试验在炭质板岩典型围岩隧敞开挖后6个月发展示场水平钻孔弹模试验，以下称“初次试验” ？17个月后再次发展示场水平钻孔弹模试验，以下称“二次试验” 。初次试验布设5 个钻孔，钻孔编号为1#、2#、3#、4#、5#，孔深均为5m(桩号H13+028m)，试验方向为垂直炭质板岩层面加压，试验选取逐级一次循环法加载 。二次试验布设8个钻孔, 钻孔编号为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，其中S1、S2、S3、S4 4 个试验孔别离位于支洞K0+140m、K0+145m 和K0+160m处，加载方向平行于层面,试验选取逐级屡次循环法加载法 。S5、S6、S7、S8，4个试验孔位于主洞( 桩号H12+866m)，别离布设在左壁1处、右壁2处、顶拱1处，加载方向垂直于层面，试验选取逐级一次循环法加载法 。
二次试验过程平别脱离展天然状态和浸水鼓和状态下的钻孔弹模试验，天然状态下钻孔弹模试验实现后，在统一测点或相邻测点的统一深度通过注水使炭质板岩鼓和，而后发展浸水鼓和状态下的钻孔弹模试验 。

炭质板岩变形模量随深度变动特点 
绘造平行层面与垂直层面炭质板岩变形模量随深度变动曲线 。从图上能够看出,平行层面天然状态与鼓和状态下炭质板岩变形模量在8m深度领域内随深度变动均较幼,批注钻研区浅部炭质板岩平行层面变形模量受深杜装响较幼 。天然状态下炭质板岩平行层面变形模量介于97.2~121.4MPa之间,鼓和状态下平行层面变形模量介于66.5~88.9MPa 。

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/钻孔弹模压力变形曲线/

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/平行层面分歧状态下分歧深度变形模量散布/

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/垂直层面分歧状态下分歧深度变形模量散布/

从图上能够看出，垂直层面天然状态与鼓和状态下炭质板岩变形模量,在8m深度领域内随深度变动均较幼,批注钻研区炭质板岩垂直层面变形模量受深杜装响较幼 。天然状态下炭质板岩垂直层面变形模量介于129.7~151.5MPa之间,鼓和状态下垂直层面变形模量介于69.8~86.8MPa 。

三峡工程永远船闸基础
永远船闸是三峡水利枢纽重要工程之一，构筑于坛子岭至雷劈山之间的山体中，基岩重要为闪云斜长花岗岩，新鲜岩体僵硬致密，齐全性较好，表层风化壳较厚，闸室区有幼断层77条 。
船闸为双线五级，总长6442m，主体结构长1607m，中隔墩宽60m，最大运行水头113m，每级船闸长宽及最幼水头别离为280m*34m*5m 。
为相识开挖对边坡岩体的影响，在北3、北4及南3、南4排水洞的8个水平钻孔中进行了长达三年的钻孔弹模测试，每季度检测一次，每次约50个测点，共测得弹模值约600个 。测试仪器为GY-75、GY-90、GY-110钻孔弹模计 。
同时进行了波快测试，将弹模测试了局与波快测试了局进行了对比，有关性极度好，验证了两种步骤都是靠得住的 。

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