趙科

摘要：當前基于原位測試技術對工程巖體質量進行快速評價以及定量分析已經取得很大進步，從而極大推動了工程地質工作發(fā)展，而不僅僅是停留于定性評價以及經驗判斷階段。基于原位測試，可以有效獲得其原始情況下的各項物理力學參數，繼而做出更為科學性的分析，本文就滇中引水工程可研階段巖體試驗應用進行分析。

關鍵詞：引水工程;可研分析;巖體原位試驗;

就當前而言，基于原位檢測技術對巖體質量進行評估已經取得較好的進展?；谠粶y試結果與大型試驗相結合可以更為全面獲得工程巖體物理力學性質的相關指標，從而為工程的后期設計以及施工等提供可靠指導意見。此外，原位測試所用設備也相對輕便，操作過程也比較簡單，對于工作環(huán)境要求較低，因此在實際工程中應用較為廣泛。此次依據筆者多年工作經驗，以滇中引水工程可研階段巖體試驗為例，對原位測試應用及其注意事項進行分析。

1.工程概述

作為國務院批準修建的節(jié)水供水重大水利項目的標志性項目，滇中引水工程是我國目前西南地區(qū)工程規(guī)模最大，耗資最多的水利資源配置項目之一。整個工程項目分為水源工程以及輸水工程兩個實施部分，前者主要位于麗江市玉龍縣石鼓鎮(zhèn)境內，而后者主要以石鼓鎮(zhèn)為起點，經過麗江市、大理州、楚雄州、昆明市、玉溪市最終流入紅河州新坡背內，設計總的工程長度661千米。整個工程沿線地形復雜，為了確保工程順利可靠進行，首先應當對延河流域進行巖體情況了解。故此次項目工程委派我院就滇中引水工程玉溪段、大理II段相關勘探平硐內進行巖體原位力學測驗，從而獲得相關巖體力學參數，以便于后期工程設計施工。

2.巖體原位試驗設備與方法

2.1試驗設備

此次滇中引水可研階段試驗主要采用液壓千斤頂、液壓泵及管路、壓力表、滾軸排、剛性承壓板、傳力管柱、測量支架、磁性表架、測表、鋼板、照明系統(tǒng)等設備。綜合分析該工程需要同時應用直剪試驗以及變形試驗兩種。在直剪試驗階段，首先對法向加力設備以及傳力設備進行安裝，隨后安裝剪力設備。保持法向荷載與剪切面的垂直角度以及保證剪向荷載與剪切面相互平行，并控制其與剪切面的間距不應當大于試驗體邊長的5%。在試驗體的兩端均增設法向及切向變形測量點，用于對試樣法向以及切向變形情況進行實施檢測;而在變形試驗階段，則預先將供壓系統(tǒng)相關構件均保持保持一致安裝于承壓板上，確保軸線與加壓方向的一致性。此外，在承壓板的對稱位置增設變形測量點，對加壓方向的變形情況進行實施檢測。

2.2試驗方法

巖體直剪、混凝土與巖體接觸面直剪、巖體變形試驗（剛性承壓板法），三種試驗方法的巖體力學加載平面示意圖如下圖1所示。

試驗前，首先在平硐內試驗區(qū)均勻布置一系列試驗點。詳細布置結果如下圖2所示。

直剪試驗，針對試驗區(qū)間內存在的浮渣以及巖塊等進行清理。實際每組試驗所用的混凝土以及巖體等均加工為五個試體，尺寸則控制為0.5×0.5×0.35m，各個之間的間距設置以不低于0.75m為宜。巖體試件澆筑鋼筋混凝土保護套。混凝土澆筑基巖面起伏差按0.5～1.0㎝控制，同一組試驗起伏差宜一致。試件采用人工澆水養(yǎng)護，待混凝土齡期達到28天后進行試驗?；跁r間逐級對法向荷載進行加壓，每間隔五分鐘讀取一次位移數據。直到兩次讀取結果不高于0.01毫米時為穩(wěn)定時的值，隨即進行再次加壓，直至試點預加法向荷載穩(wěn)定后即可進行剪切荷載。執(zhí)行剪切荷載期間，應當依據預測最大力按8-12級進行等量運輸加壓，當該級增量為前級1.5倍時，降低一半力，直到剪斷。同樣剪切荷載通過時間進行勻速控制，每5分鐘進行一次加載，并讀取變形數據。待實體徹底剪斷后，基于摩擦試驗對剩下強度進行檢測。

而巖體變形試驗則主要采用承壓板法，以直徑50.5cm剛性承壓板進行逐級加載負荷。加工試點過程中，對其表層潛在干擾進行清除，試件表面采用人工與機械加工、砂輪打磨，起伏差距控制在0.5cm為宜，隨后在試件表面添加高標號砂漿，承壓板緊壓穩(wěn)固在試驗點上。承壓面以外1.5倍承壓板直徑范圍內巖體表面應平整，無松動塊石。巖體試件和砂漿采用人工澆水養(yǎng)護，待高標號砂漿養(yǎng)護兩周后可進行試驗。荷載按試驗最大正應力分5級施加。變形穩(wěn)定標準：每級壓力每隔10min讀數一次，當滿足|△Ws/Ws|<5%時（式中：分子為測表相鄰兩次讀數差，分母為同級壓力下第一次讀數和前一級壓力下最后一次讀數差），可認為穩(wěn)定，施加下一級壓力。

3.結果分析

本文以玉溪段大塘子隧洞出口XQPD3平硐工程為例進行試驗結果分析。該段平硐長度為67.5米，相關原位試驗則設置于硐深24.7-42.0m一段的底板中，所有試驗點均為水飽和狀態(tài)。

混凝土與巖體接觸面直剪試驗結果，該試驗段在硐深24.7-30.8m段，該區(qū)間巖體以砂巖為主，強風化、蘭灰色、黃褐色，薄～中厚層狀夾塊狀，裂隙發(fā)育，巖層產狀125°∠30°。試件面加工大致平整，起伏差一般0.5～1.0cm，澆筑混凝土強度等級C25，實測強度28.9MPa。正應力為0.249MPa～1.210MPa，剪力方向為N316°，抗剪斷試驗剪應力達到峰值時的剪切位移范圍4.31mm～8.75mm，抗剪（摩擦）試驗剪應力達到峰值時的剪切位移范圍2.32mm～5.18mm，如下圖所示：

巖體直剪試驗：試驗段在硐深33.1～40.2m段，巖體為黃褐色、蘭灰色、紫紅色薄層狀砂巖，巖層產狀125°∠30°，強風化，泥化嚴重。試件較完整，垂直荷載根據現(xiàn)場實際情況，正應力為0.249MPa～1.014MPa，剪力方向為N315°，抗剪斷試驗剪應力達到峰值時的剪切位移范圍3.40mm～8.84mm，抗剪（摩擦）試驗剪應力達到峰值時的剪切位移范圍1.43mm～4.41mm。如下圖所示：

巖體變形試驗：試驗點位置在42.0m處，試驗點巖體為薄層頁巖，全風化，灰色、黃褐色，泥化嚴重，手摳掉塊，且部分呈軟塑狀，試驗點加工平整。巖體在40～42m段為全風化薄層頁巖，灰色夾黃褐色，巖層產狀132°∠42°，泥化嚴重，地質要求在此段作變形試驗。正應力與變形P～W關系曲線如下圖所示。試驗正應力在0～1.216 MPa范圍內分五級施加，在最大正應力1.216MPa時，試驗點變形模量365MPa，彈性模量1075MPa。

4.結束語

總體而言，基于巖體原位力學試驗，極大提高了國內在科學測量巖體物理力學參數等方面研究水平，可以為工程設計單位以及施工部門等提供更為科學的參考指標。此次以滇中引水工程為例，對巖體直剪、混凝土與巖體接觸面直剪強度參數、巖體變形特征參數進行整理研究。此次只是針對一段區(qū)間進行試點測試，而實際平硐長度達數十米，因此結構構造各方面也不盡相同，實際在使用時，應當盡可能結合圍巖地質構造進行綜合性的分析判評定。

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