趙科
摘要:當(dāng)前基于原位測試技術(shù)對工程巖體質(zhì)量進(jìn)行快速評價以及定量分析已經(jīng)取得很大進(jìn)步,從而極大推動了工程地質(zhì)工作發(fā)展,而不僅僅是停留于定性評價以及經(jīng)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(xué)參數(shù),繼而做出更為科學(xué)性的分析,本文就滇中引水工程可研階段巖體試驗應(yīng)用進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞:引水工程;可研分析;巖體原位試驗;
就當(dāng)前而言,基于原位檢測技術(shù)對巖體質(zhì)量進(jìn)行評估已經(jīng)取得較好的進(jìn)展?;谠粶y試結(jié)果與大型試驗相結(jié)合可以更為全面獲得工程巖體物理力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)指標(biāo),從而為工程的后期設(shè)計以及施工等提供可靠指導(dǎo)意見。此外,原位測試所用設(shè)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(shí)際工程中應(yīng)用較為廣泛。此次依據(jù)筆者多年工作經(jīng)驗,以滇中引水工程可研階段巖體試驗為例,對原位測試應(yīng)用及其注意事項進(jìn)行分析。
1.工程概述
作為國務(wù)院批準(zhǔn)修建的節(jié)水供水重大水利項目的標(biāo)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(shí)施部分,前者主要位于麗江市玉龍縣石鼓鎮(zhèn)境內(nèi),而后者主要以石鼓鎮(zhèn)為起點(diǎn),經(jīng)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(nèi),設(shè)計總的工程長度661千米。整個工程沿線地形復(fù)雜,為了確保工程順利可靠進(jìn)行,首先應(yīng)當(dāng)對延河流域進(jìn)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(guān)勘探平硐內(nèi)進(jìn)行巖體原位力學(xué)測驗,從而獲得相關(guān)巖體力學(xué)參數(shù),以便于后期工程設(shè)計施工。
2.巖體原位試驗設(shè)備與方法
2.1試驗設(shè)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(shè)備。綜合分析該工程需要同時應(yīng)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(shè)備以及傳力設(shè)備進(jìn)行安裝,隨后安裝剪力設(shè)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(yīng)當(dāng)大于試驗體邊長的5%。在試驗體的兩端均增設(shè)法向及切向變形測量點(diǎn),用于對試樣法向以及切向變形情況進(jìn)行實(shí)施檢測;而在變形試驗階段,則預(yù)先將供壓系統(tǒng)相關(guān)構(gòu)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(shè)變形測量點(diǎn),對加壓方向的變形情況進(jìn)行實(shí)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(xué)加載平面示意圖如下圖1所示。
試驗前,首先在平硐內(nèi)試驗區(qū)均勻布置一系列試驗點(diǎn)。詳細(xì)布置結(jié)果如下圖2所示。
直剪試驗,針對試驗區(qū)間內(nèi)存在的浮渣以及巖塊等進(jìn)行清理。實(shí)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(shè)置以不低于0.75m為宜。巖體試件澆筑鋼筋混凝土保護(hù)套?;炷翝仓鶐r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(hù),待混凝土齡期達(dá)到28天后進(jìn)行試驗?;跁r間逐級對法向荷載進(jìn)行加壓,每間隔五分鐘讀取一次位移數(shù)據(jù)。直到兩次讀取結(jié)果不高于0.01毫米時為穩(wěn)定時的值,隨即進(jìn)行再次加壓,直至試點(diǎn)預(yù)加法向荷載穩(wěn)定后即可進(jìn)行剪切荷載。執(zhí)行剪切荷載期間,應(yīng)當(dāng)依據(jù)預(yù)測最大力按8-12級進(jìn)行等量運(yùn)輸加壓,當(dāng)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(jìn)行勻速控制,每5分鐘進(jìn)行一次加載,并讀取變形數(shù)據(jù)。待實(shí)體徹底剪斷后,基于摩擦試驗對剩下強(qiáng)度進(jìn)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(jìn)行逐級加載負(fù)荷。加工試點(diǎn)過程中,對其表層潛在干擾進(jìn)行清除,試件表面采用人工與機(jī)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(biāo)號砂漿,承壓板緊壓穩(wěn)固在試驗點(diǎn)上。承壓面以外1.5倍承壓板直徑范圍內(nèi)巖體表面應(yīng)平整,無松動塊石。巖體試件和砂漿采用人工澆水養(yǎng)護(hù),待高標(biāo)號砂漿養(yǎng)護(hù)兩周后可進(jìn)行試驗。荷載按試驗最大正應(yīng)力分5級施加。變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn):每級壓力每隔10min讀數(shù)一次,當(dāng)滿足|△Ws/Ws|<5%時(式中:分子為測表相鄰兩次讀數(shù)差,分母為同級壓力下第一次讀數(shù)和前一級壓力下最后一次讀數(shù)差),可認(rèn)為穩(wěn)定,施加下一級壓力。
3.結(jié)果分析
本文以玉溪段大塘子隧洞出口XQPD3平硐工程為例進(jìn)行試驗結(jié)果分析。該段平硐長度為67.5米,相關(guān)原位試驗則設(shè)置于硐深24.7-42.0m一段的底板中,所有試驗點(diǎn)均為水飽和狀態(tài)。
混凝土與巖體接觸面直剪試驗結(jié)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(qiáng)風(fēng)化、蘭灰色、黃褐色,薄~中厚層狀夾塊狀,裂隙發(fā)育,巖層產(chǎn)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(qiáng)度等級C25,實(shí)測強(qiáng)度28.9MPa。正應(yīng)力為0.249MPa~1.210MPa,剪力方向為N316°,抗剪斷試驗剪應(yīng)力達(dá)到峰值時的剪切位移范圍4.31mm~8.75mm,抗剪(摩擦)試驗剪應(yīng)力達(dá)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(chǎn)狀125°∠30°,強(qiáng)風(fēng)化,泥化嚴(yán)重。試件較完整,垂直荷載根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,正應(yīng)力為0.249MPa~1.014MPa,剪力方向為N315°,抗剪斷試驗剪應(yīng)力達(dá)到峰值時的剪切位移范圍3.40mm~8.84mm,抗剪(摩擦)試驗剪應(yīng)力達(dá)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(diǎn)位置在42.0m處,試驗點(diǎn)巖體為薄層頁巖,全風(fēng)化,灰色、黃褐色,泥化嚴(yán)重,手摳掉塊,且部分呈軟塑狀,試驗點(diǎn)加工平整。巖體在40~42m段為全風(fēng)化薄層頁巖,灰色夾黃褐色,巖層產(chǎn)狀132°∠42°,泥化嚴(yán)重,地質(zhì)要求在此段作變形試驗。正應(yīng)力與變形P~W關(guān)系曲線如下圖所示。試驗正應(yīng)力在0~1.216 MPa范圍內(nèi)分五級施加,在最大正應(yīng)力1.216MPa時,試驗點(diǎn)變形模量365MPa,彈性模量1075MPa。
4.結(jié)束語
總體而言,基于巖體原位力學(xué)試驗,極大提高了國內(nèi)在科學(xué)測量巖體物理力學(xué)參數(shù)等方面研究水平,可以為工程設(shè)計單位以及施工部門等提供更為科學(xué)的參考指標(biāo)。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(qiáng)度參數(shù)、巖體變形特征參數(shù)進(jìn)行整理研究。此次只是針對一段區(qū)間進(jìn)行試點(diǎn)測試,而實(shí)際平硐長度達(dá)數(shù)十米,因此結(jié)構(gòu)構(gòu)造各方面也不盡相同,實(shí)際在使用時,應(yīng)當(dāng)盡可能結(jié)合圍巖地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行綜合性的分析判評定。
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