适于钻孔制样的岩体三轴压缩试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种适于钻孔制样的岩体三轴压缩试验方法，一、采用爆破方法在山体上开挖一个试验平洞；二、制备试体：试体选择为圆柱体，其直径D≥30cm，高度H＝直径D×（2.0～2.5）；三、将一个与所述试体、环形槽形状相适应的环状橡胶囊套在所述试体外周面，然后通过环形钢板将环形槽封闭锚固；四、在试体顶面完成轴向加荷设备安装；最后在承压板上对称安装多个位移传感器；至此，即可按照技术规程要求进行岩体三轴压缩试验。本发明优点在于实现了现场试体制备的机械化，解决了现有试体制备需由人工开凿岩体存在时间长、开挖量大、费用高的不足。大大缩短了岩体三轴压缩试验的时间，提高了工作效率，降低了试验费用。
【专利说明】适于钻孔制样的岩体三轴压缩试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩体三轴压缩试验方法，尤其是涉及适于钻孔制样与侧向加荷系统的岩体三轴压缩试验方法。
【背景技术】
[0002]水利工程建设中建筑物的地基、地下洞室和隧道围岩的岩体，一般处于三向应力状态，而岩石力学性质通常与所处应力状态有关。因此，在三向应力状态下测定建筑物的地基、地下洞室和隧道围岩的岩体强度，应当按照《水利水电工程岩石试验规程》(SL264—2001)的规范进行“岩体三轴压缩试验”。
[0003]目前，开展上述试验，试体(试验样品)的制备均由人工(石匠)在试验洞底板向下开凿岩体来完成，制备的试体采用断面为正方形的柱体，边长不小于30cm，高度为边长的
2.0~2.5倍，每组试体不宜少于5个。制备时，采用人工在试验平洞底板向下凿成所述尺寸的试体，并挖除试体四周基岩使试体四周空间满足侧向加荷设备(多台千斤顶或液压枕)以及人员安装操作的要求，然后安装侧向、轴向加荷设备与测量仪器进行岩体三轴压缩试验。岩体三轴压缩试验属于现场岩体类特大型试验，为满足设备安装和人员操作的需要，该试验需要有较大尺寸的试验洞以及在试体周边足够大的空间，这就造成现场岩体开挖量较大；由于笨重的侧向加荷设备与繁琐的安装方法等原因，使得该项试验实施的难度很大，人员投入较多，不仅过程时间长而且费用也很高。鉴于上述原因许多岩土工程在勘察与施工阶段想做但不得不放弃 岩体三轴压缩试验。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种适于钻孔制样及侧向加荷设备的岩体三轴压缩试验方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采取下述技术方案:
本发明所述适于钻孔制样的岩体三轴压缩试验方法，包括下述步骤:
第一步、采用爆破方法在山体上开挖一个试验平洞；
第二步、制备试体:
试体选择为圆柱体，其直径D≥30cm，高度H =直径DX (2.0~2.5)，满足技术规程对试体外观尺寸的要求；
首先在所述试验平洞底板面的基岩上通过钻机采用内孔直径> 30cm的空心钻头垂直向下第一次钻进，所述第一次钻进深度大于所述试体高度的5cm~1cm ;然后更换外径大于70cm的空心钻头在原位向下第二次钻进，所述第二次钻进深度等于第一次钻进深度，且两次钻进为同心钻孔；最后，剔除第一次钻进的环形缝与第二次钻进的环形缝之间的岩体，即得到所述试体及试体周围的环形槽；
第三步、将一个与所述试体与环形槽形状相适应的环状橡胶囊套在所述试体外周面，然后通过环形钢板将环形槽封闭锚固，将所述环状橡胶囊的充水管和排气管分别引出开设在所述环形钢板上的穿孔，并将所述排气管与排气阀连通、充水管与高压水泵出水口连通；
第四步、在所述试体顶面由下往上依次叠置安装承压板、液压千斤顶、变接头钢板、传力柱、钢垫板，然后在钢垫板与试验平洞顶壁之间填筑水泥砂浆，完成轴向加荷设备安装，所述液压千斤顶进、出液口分别通过管道与高压油泵的出、进液口连通；最后在承压板上对称安装多个位移传感器；至此，即可按照技术规程要求进行岩体三轴压缩试验。
[0006]本发明优点在于实现了现场试体制备的机械化，解决了现有试体制备需由人工开凿岩体存在时间长、开挖量大、费用高的不足。采用环状橡胶囊替代现有多台千斤顶或液压枕对试体施加侧向荷载，解决了现有侧向施压设备繁琐的安装、调试、需要较大安装空间的问题，大大缩短了岩体三轴压缩试验的时间，提高了工作效率，降低了试验费用。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是实施本发明方法的设备布置示意图。
[0008]图2是按照本发明方法实施的试体结构示意图。
[0009]图3是图2的俯视结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本发明方法作进一步详细描述:
如图1-3所示，第一步采用爆破的方法在山体上开挖一个高2m、宽2m的试验平洞I ;第二步、制备试体:首先在试验平洞I底板面2的基岩上选定试验部位后，通过钻机采用内孔直径为32cm(外径32.5 cm)的空心钻头垂直向下第一次钻进，第一次钻进深度75cm ；然后更换外径为72cm (内孔直径70cm)的空心钻头在原位向下第二次钻进，所述第二次钻进深度等于第一次钻进深度，且两次钻进为同心钻孔；最后，采用电镐或风镐剔除第一次钻进的环形缝与第二次钻进的环形缝之间的岩体，如图2、3所示，形成直径D为32cm、高度H为75cm的试体3，同时形成围绕该试体3的宽度为20cm、深度为75cm的环形槽4 ;完成试体3制备后，用数码相机对试体3顶面与四周拍照并作地质描述，然后进行下一步的侧向加荷设备的安装；(保证试体满足规定高度，环形槽满足侧壁光滑、底部平整);
第三步、首先清除环形槽4内碎石，然后在其底部浇筑5cm厚水泥浆5，保证试体3满足规定高度70cm，且试体3外表面与环形槽4侧壁光滑，底部水泥浆5表层平整；待水泥浆5凝固后，将高为68cm、外径70cm、内环直径34cm的环状橡胶囊6套入试体3外周面上，然后通过5cm厚的环形钢板7 (内径等于试体3直径、外径大于环形槽4直径1cm)将环形槽4封闭，并将环状橡胶囊6的充水管、排气管从环形钢板预留穿孔中引出，分别与高压水泵8、排气阀9连通后用锚固螺栓10将环形钢板7固定在试验平洞底板面2的基岩上(锚固力不宜小于侧向应力的1.5倍)，这样，即可通过高压水泵8向环状橡胶囊6内充水使其膨胀形成对试体3施加的侧向应力；
第四步、轴向加荷设备安装:在所述试体3顶面由下往上依次叠置安装承压板11、液压千斤顶12、变接头钢板13、传力柱14、钢垫板15，然后在钢垫板15与试验平洞I顶壁之间填筑水泥砂浆16，将所述液压千斤顶12进、出液口分别通过管道与高压油泵17的出、进液口连通，待填筑的水泥砂浆16凝固后，通过液压千斤顶12适当加压使轴向加荷设备中各个部件之间结合良好以保持系统稳定，最后在承压板11上对称安装4个位移传感器18 ;至此完成轴向加荷设备的安装，即可按照技术规范《水利水电工程岩石试验规程》(SL264— 2001)要求进行岩体三轴压缩试验。
[0011]本发明把现有人工制备方形试体改为用钻机制备圆柱形试体3，实现了机械化作业快速完成岩体三轴压缩试验试体3的制备，同时也完成了侧向加荷设备所需的安装空间。用环状橡胶囊6替代常规试验所使用的笨重千斤顶或液压枕以及配套设备作为侧向加荷设备，而环状橡胶囊6非常简易的安装取代了现有侧向加荷设备繁琐的安装操作，使复杂的岩体三轴压缩试验的变得简单且易操作。采用环状橡胶囊6对试体施加侧向荷载，由于环状橡胶囊6完整地包裹在试体3的外周面，且两者是柔性接触、直接施压，从而保证了试体3侧向围压受力均匀，解决了现有试验采用多台千斤顶或液压枕并联施加侧向压力所存在的受力均布性差、侧向加荷设备安装繁琐、需要较大安装空间、受力不均匀形成力偶产生偏转的不足，同时也避免了现有侧向加荷设备安装后初期需反复进行调试、调整，使整个试验时间延长的弊端。
【权利要求】
1.一种适于钻孔制样的岩体三轴压缩试验方法，其特征在于:包括下述步骤: 第一步、采用爆破方法在山体上开挖一个试验平洞； 第二步、制备试体: 试体选择为圆柱体，其直径D≥30cm,高度H =直径DX (2.0~2.5); 首先在所述试验平洞底板面的基岩上通过钻机采用内孔直径> 30cm的空心钻头垂直向下第一次钻进，所述第一次钻进深度大于所述试体高度的5cm~1cm ;然后更换外径大于70cm的空心钻头在原位向下第二次钻进，所述第二次钻进深度等于第一次钻进深度，且两次钻进为同心钻孔；最后，剔除第一次钻进的环形缝与第二次钻进的环形缝之间的岩体，即得到所述试体及试体周围的环形槽； 第三步、将一个与所述试体以及环形槽形状相适应的环状橡胶囊套在所述试体上，然后通过环形钢板将环形槽封闭锚固，将所述环状橡胶囊的充水管和排气管分别引出开设在所述环形钢板上的穿孔，并将所述排气管与排气阀连通、充水管与高压水泵出水口连通；第四步、在所述试体顶面由下往上依次叠置安装承压板、液压千斤顶、变接头钢板、传力柱、钢垫板，然后在钢垫板与试验平洞顶壁之间填筑水泥砂浆，所述液压千斤顶进、出液口分别通过管道与高压油泵的出、进液口连通；最后在承压板上对称安装多个位移传感器；至此，即可按照技术规 程要求进行岩体三轴压缩试验。
【文档编号】G01N3/12GK104034592SQ201410259972
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】袁兆华 申请人:黄河勘测规划设计有限公司