cq在岩土物理力學中表示什麼意思

❶ 岩土物理力學性質試驗

4.1.2.1 土樣直接剪切試驗

土的抗剪強度是土在外力作用下其一部分土體對於另外一部分土體滑動時所具有的抵抗剪切的極限強度。測定土的抗剪強度可以提供計算地基強度和地基穩定性用的基本指標，即土的粘聚力和內摩擦角。土的內摩擦角和粘聚力與抗剪強度之間的關系由庫侖公式表示:

τ=σ·tanφ+c (4-1)

式中:τ——抗剪強度，(kPa);

σ——為正應力，(kPa);

φ——內摩擦角，(°);

c——黏聚力，(kPa)。

直接對試樣施加剪力的設備叫直剪儀，常用的直剪儀根據施加剪應力的特點分為應力控制式和應變控制式兩種。應力控制式是分級施加等量水平剪力於土樣使之受剪;應變控制式是等速推動剪切容器使土樣受剪。以應變式最為常用。試樣置於上下盒之間，在試樣上先施加預定的法向壓力，然後以一定速率分級施加水平力對試樣施加剪力，可藉助於與上盒相接觸的量力環的變形或以所加水平力與杠桿力臂比關系確定。為求得的抗剪強度參數(c，φ)，一般至少用四五個試樣，以同樣的方法分別在不同的法向壓力σ₁，σ₂，σ₃……的作用下測出相應的τf₁，τf₂，τf₃……的值，根據這些σ，τ_f值，即可在直角坐標中繪出抗剪強度曲線。

為近似模擬現場土體的剪切條件，按照剪切前的固結過程、剪切時的排水條件以及加荷快慢情況，將直剪試驗分為:快剪、固結快剪和慢剪三種試驗方法。

應變控制式直剪儀見圖4-1，儀器的主要部件剪切容器是由固定的上盒和活動的下盒(應變式)或固定的下盒與活動的上盒(應力式)等部件組成。其中環刀:內徑61.8mm，高20mm。位移量測設備，百分表和感測器，百分表量程應為10mm，分度值0.01mm，感測器的精度應為零級。

圖4-1 應變控制式直剪儀

通過對工程地質勘察鑽孔分析，針對粉土、粉質黏土分別進行直剪試驗。將每一級壓力下的試驗結果繪製成剪應力τ和剪切變形s的關系曲線如圖4 2，一般將曲線的峰值作為該級法向應力下相應的抗剪強度τ_f。

圖4-2 剪應力-剪變形關系曲線

圖4-3 峰值強度和殘余強度曲線

變換幾種法向應力σ的大小，測出相應的抗剪強度τ_f。在σ-τ坐標上，繪制曲線，即為土的抗剪強度曲線，也就是莫爾 庫倫破壞包線，如圖4-3所示。

直線交τ_f軸的截距即為土的粘聚力c，直線傾斜角即為土的內摩擦角φ，相關直線可用圖解法或最小二乘法確定。直接剪切試驗的結果用總應力法按庫侖公式τ=σ·tanφ+c，計算抗剪強度指標。

試驗對於砂土而言，τ_f與σ的關系曲線是通過原點的，而且，它是與橫坐標軸呈φ角的一條直線。該直線方程為:τ_f=σ·tanφ

式中:τ_f——砂土的抗剪強度，(kPa);

σ——砂土試樣所受的法向應力，(kPa);

φ——砂土的內摩擦角，(°)。

對於黏性土和粉土而言，τ_f與σ之間的關系基本上仍呈一條直線，但是，該直線並不通過原點，而是與縱坐標軸形成一截距c，其方程為:τ=σ·tanφ+c

式中:c——黏性土或粉土的粘聚力，(kPa)。

由上式可以看出，砂土的抗剪強度是由法向應力產生的內摩擦力σ·tanφ(tanφ稱為內摩擦系數)形成的;而黏性土和粉土的抗剪強度則是由內摩擦力和粘聚力形成的。在法向應力σ一定的條件下，c和φ值愈大，抗剪強度τ_f愈大，所以，稱c和φ為土的抗剪強度指標，可以通過試驗測定。

計算公式:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

4.1.2.2 煤岩樣直接剪切試驗

煤岩試塊直接剪切試驗採用岩石直剪儀進行。其法向為與剪切力范圍均應滿足煤岩體賦存情況與煤岩強度上限的要求。

(1)試樣制備

1)岩塊試樣

① 試樣可用立方體(剪切面積為5cm×5cm～20cm×20cm)，或高度等於直徑的圓柱體(直徑＞5cm);

② 試樣應用有足夠剛度的鋼外框包裹。試樣與外框之間應貼實;

③ 測定飽和剪切強度時，應事先將試塊按規定要求進行飽和。

2)具有軟弱結構面的試樣

① 試樣應盡量保持原狀結構，防止結構面被擾動;

② 試樣斷面尺寸按同岩塊試樣尺寸，結構面保持在試樣高度中部;

③ 對天然含水量的試樣，在試樣制備過程中應盡量減少含水量的損失。試樣需進行飽和時，應按《土工試驗方法標准》GB/T50123^[41]規定要求進行飽和。

(2)試樣數量

一組試樣不得少於5個，一般應多制備1、2個樣。

(3)試樣描述

實驗前，應對下列內容進行描述。

① 岩煤名稱、組織結構、膠結物質和風化程度;

② 層理、片理和節理裂隙的發育程度及其與受剪方向的關系;

③ 結構面的填充物質和填充程度以及試樣採取和制備過程中的擾動情況;

④ 測量試樣尺寸，對試樣進行素描或拍照。

(4)儀器設備

制備試樣設備、飽和樣品設備、測量試樣尺寸量具、岩石直剪儀、測量法向和切向位移儀表、測量法向應力和剪切應力儀表，建議採用連續自動記錄儀器。

(5)測試步驟

1)將試樣至於直剪儀上，試樣的受剪方向應與設計方向一致;

2)安裝法向和剪切方向的加荷系統時，應保證法向力和剪切向力的合力通過剪切面的中點;

3)安裝測量法向和切向位移的儀表時，測桿的支點應設置在剪切變形影響范圍之外，測桿和表架應有足夠的剛度;

4)所選擇的法向應力，除充填夾泥的結構面測定外，一般應不小於實際應力。對於充填夾泥的結構面測定，法向應力的選擇，以不擠出夾泥為原則;

5)試樣上的法向應力在設計的正應力區間內分4個等級選擇對應整數值施加;

6)法向荷載分4、5次施加，每5min加荷一次，加荷前後讀取垂直變形，達到預定荷載之後，觀測變形，直到相對穩定時能施加剪切荷載;

垂直變形相對穩定的標准應符合下列要求:

① 對於不夾泥的結構面和岩樣的測定，5min的讀數不超過0.01mm;

② 對於充填低塑性夾泥的結構面和煤樣測定，10min的讀數不超過0.05mm;

③ 對於充填高塑性夾泥的結構面和煤樣測定，15min的讀數不超過0.05mm。

7)剪切荷載的施加應符合下列要求:

① 剪切荷載分級施加，除低塑性和高塑性夾泥結構面試驗分別採用預估最大剪切荷載的5%和10%進行施加外，其餘試驗按預估最大剪切荷載的8%～10%施加;

② 施加的剪切荷載引起的剪切變形超過前一級剪切荷載變形值的1.5倍時，剪切荷載減半施加，即分別按預估的最大剪切荷載的2.5%、5%以及4%～5%施加;

③ 剪切荷載的施加採用時間控制，即每5min加荷一次，並記錄加荷前後的剪切向和法向位移值;

④ 試樣剪斷後，繼續施加剪切荷載使剪應力下降到接近某一常數值，記錄剪應力值;

⑤ 如需進行摩擦試驗，則調整剪切位移儀表，在同級法向應力下，按上述方法進行摩擦試驗;

⑥ 必要時可改變法向應力進行單點摩擦試驗;

⑦ 在剪切過程中，宜用穩壓裝置使法向應力保持恆定，無穩壓裝置又遇到升壓或退壓情況時，要及時手動調整。

8)測定結束後，拆除儀表、翻轉試樣，取樣按《土工試驗方法標准》GB/T50123^[41]規定測定含水率，並對剪切面進行如下描述:

① 岩樣破壞狀態是否沿預定剪切面破壞，當不滿足測定設計方案要求時，測定數據無效;

② 測定剪切面的起伏差，繪制沿剪切方向的斷面高度的變化曲線;

③ 對剪切面進行素描和拍照，記述節理裂隙與剪切面的關系，測量剪斷面積;

④ 對於充填夾泥的結構面，必要時記述夾泥性質、厚度。

(6)煤岩樣測定數據記錄與整理

1)按式(4-3)、(4-4)計算各級荷載下的法向應力和剪應力:

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式中:σ——作用於剪切面上的法向應力，(MPa);

τ——作用於剪切面上的剪應力，(MPa);

P——作用於剪切面上的總法向荷載，包括施加的荷載、設備質量，(kN);

Q——作用於剪切面上的剪切荷載(應扣除滾軸排摩擦阻力)，(kN);

A——實測剪切面積，(cm²)。

2)繪制剪應力與法向位移、剪應力與剪切位移的關系曲線。其中剪切位移取所有測量儀表的平均值，法向位移的前後端測量儀表應取平均值。

3)根據上述曲線，確定峰值和殘余強度值，以及比例極限、屈服極限等。

4)繪制各剪切階段的剪應力和法向應力關系曲線，按庫倫表達式確定相應的摩擦系數和粘聚力。

4.1.2.3 三軸剪切試驗

三軸壓縮剪切試驗是測定土與軟弱岩土的抗剪強度的一種方法。它通常用3～4個圓柱形試樣，分別在不同的恆定周圍壓力(σ₃)下，施加軸向壓力，即主應力差(σ₁-σ₃)，進行壓縮剪切直到破壞;然後根據 Mohr Coulomb理論，求得抗剪強度參數。^[40]

試驗採用全自動應變控制式三軸儀見圖4-4，有反壓力控制系統、周圍壓力控制系統、壓力室、孔隙壓力測量系統、數據採集系統及試驗機等。

圖4-4 全自動應變控制式三軸儀

本試驗分為不固結不排水剪(UU);固結不排水剪(CU或

)和固結排水剪(CD)等

3種試驗類型。一般試驗採用的是固結排水剪(CD)。

三軸剪切試驗的原理是在圓柱形試樣上施加最大主應力(軸向壓力)σ₁和最小主應力(周圍壓力)σ₃。固定其中之一(一般是σ₃)不變，改變另一個主應力，使試樣中的剪應力逐漸增大，直至達到極限平衡而剪壞，由此求出土的抗剪強度。

試驗時，將圓柱體土樣用乳膠膜包裹，固定在壓力室內的底座上。先向壓力室內注入液體(一般為水)，使試樣受到周圍壓力σ₃，並使σ₃在試驗過程中保持不變。然後在壓力室上端的活塞桿上施加垂直壓力直至土樣受剪破壞。

設土樣破壞時由活塞桿加在土樣上的垂直壓力為Δσ₁，則土樣上的最大主應力為σ₁=σ₃+Δσ₁，而最小主應力為σ₃。由σ₁和σ₃可繪制出一個莫爾圓。

按上述方法進行試驗，對每個土樣施加不同的周圍壓力σ₃，可分別求得剪切破壞時對應的最大主應力σ₁，將這些結果繪成一組莫爾圓。根據土的極限平衡條件可知，通過這些莫爾圓的切點的直線就是土的抗剪強度線，由此可得抗剪強度指標c、φ值。

圖4-5 三軸剪切試驗基本原理

將同一土樣在不同應力條件下所測得的不少於2次的三軸剪切試樣結果，分別繪制應力圓，從這些應力圓的包線即可求出抗剪強度指標。至於煤岩試塊的三軸壓縮試驗，則需採用專門的岩石三軸儀進行壓縮(剪切)試驗以求取煤岩的三軸抗剪強度指標。

4.1.2.4 單軸抗壓強度試驗

煤岩單軸抗壓強度的測定，一般是採用直接壓壞標准試件的方法。應用材料試驗機對標准試樣進行抗壓強度試驗;如圖4-6所示。採用圓柱體標准試樣，直徑為5cm，允許變化范圍為4.8～4.2cm;高度為10cm，允許變化范圍為9.5～10.5cm。當缺乏圓柱體制樣設備時，允許採用5cm×5cm×10cm的方柱體。試樣數量:試樣數量按要求的受力狀態或含水狀態確定，每種情況下式樣的數量一般不小於3塊。

圖4-6 煤岩單軸壓縮試驗原理圖

煤岩單軸受壓至破壞時的最大壓應力值稱單軸抗壓強度，簡稱抗壓強度，以R表示，

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

式中:R——試件單向抗壓強度，(kPa);

P——試件破壞載荷，(kN);

F——試件初始斷面積，(cm²)。

4.1.2.5 抗拉強度試驗

應用材料試驗機，對標准試件採用直接拉伸法或間接法(劈裂法和點荷載)測定煤岩單向抗拉強度;如圖4-7所示。以間接法劈裂法為例測試煤岩單向抗拉強度，試件規格:標准試件採用圓盤形

直徑，厚2.5±0.2cm，也可採用5cm×5cm×10cm(公差±0.2)的長方形試件。

圖4-7 煤岩抗拉強度試驗

(1)試件單向抗拉強度用R_L表示，

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式中:R_L——試件單向抗拉強度，(kPa);

P——試件破壞載荷，(kN);

D——試件直徑，(cm);

L——試件厚度，(cm)。

注:用方形試件時，D為試件高度。

(2)採用算術平均值計算並確定抗拉強度。計算結果取2位有效數字。

4.1.2.6 固結壓縮試驗

應用固結儀:由環刀、護環、透水板、水槽、加壓上蓋組成(圖4-8)。測定土的壓縮系數a_v，用以計算壓縮模量E_s。本試驗方法適用於飽和黏土。當只進行壓縮時，允許用於非飽和土。

飽和土體受到外力作用後，孔隙中部分水逐漸從土體中排出，土中孔隙水壓力逐漸減小，作用在土骨架上的有效應力逐漸增加，土體積隨之壓縮，直到變形達到穩定為止。土體這一壓縮變形的全過程，稱為固結。固結過程的快慢取決於土中水排出的速率，它是時間的函數。而非飽和土體在外力作用下的變形，通常是由孔隙中氣體排出或壓縮所引起，主要取決於有效應力的改變。

固結試驗就是將天然狀態下的原狀土或人工制備的擾動土，制備成一定規格土樣，然後在側限與軸向排水條件下測定土在不同荷載下的壓縮變形，且試樣在每級壓力下的固結穩定時間為24h。

固結試驗主要用於測定飽和土的壓縮系數、體積壓縮系數、壓縮模量和回彈指數等。

某一壓力范圍內的壓縮系數，應按下式計算:

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式中:a_v——壓縮系數，(MPa^-1);

p_i——某級壓力值，(MPa)。

圖4-8 固結儀

某一壓力范圍內的壓縮模量，應按下式計算:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

式中:E_s——某壓力范圍內的壓縮模量，(MPa)。

固結系數可按時間平方根法或時間對數法確定

4.1.2.7 含水率試驗

岩土含水率試驗用於測定岩土在天然狀態下的含水。岩土的含水率可間接地反映岩土中孔隙的多少、岩土的緻密程度等特性。

試驗採用烘乾法。岩土烘乾溫度為105～110℃。

含水量是指岩土樣在105～110℃溫度下烘乾至恆重時所失去的水分質量與烘乾質量的比值，用百分數表示為:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

式中:w——岩土含水率，(%);

m₀——稱量盒的乾燥質量，(g);

m₁——試樣烘乾前的質量與乾燥稱量盒的質量之和，(g);

m₂——試樣烘乾後的質量與乾燥稱量盒的質量之和，(g)。

土樣在105～110℃溫度下加熱，土中自由水會變成氣體揮發，土恆重後，即可認為是干土質量m₂-m₀，揮發掉的水分質量為水重m₁-m₂。

4.1.2.8 密度試驗

岩石塊體密度是選擇建築材料、研究岩石風化、評價地基基礎工程岩體穩定性及確定圍岩壓力等必須的計算指標。

密度測定採用量積法、水中稱量法或蠟封法。試件尺寸應大於岩石最大顆粒的10倍，試件可採用圓柱體、方柱體或立方體，蠟封法採用邊長40mm～60mm的渾圓狀岩塊。每組試件不少於3～5個。

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

式中:ρ——試件密度，(g/cm²);

M——岩樣質量，(g);

A——試件;

H——試件高度，(cm)。

4.1.2.9 比重試驗

定義比重為土在100～105℃下烘乾至恆值時的質量與同體積4℃純水質量的比值。一般採用比重瓶法。按下式計算:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

式中:G_s——土粒比重;

m₁——瓶、水總質量，(g);

m₂——瓶、水、土總質量，(g);

G_wt——T℃時純水的比重。

根據以上三項試驗成果，可以計算干密度ρd、孔隙比e、孔隙率n、飽和度S_r、飽和含水量w_max，按下式計算:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

式中:ρ_w——純水在T℃時的密度，(g/cm³);其他指標同上述，含水量w值以小數代入公式。

4.1.2.10 界限含水量試驗^[41]

界限含水量試驗，可測定液限W_L、塑限W_P，並計算得到液性指數I_L、塑性指數I_P。

採用光電式液塑限聯合測定儀。用76g圓錐儀測定在5s時土在不同含水量時圓錐下沉深度，在雙對數坐標紙繪制圓錐下沉深度和含水量的關系曲線。在直線上查得圓錐下沉深度為17mm處的相應含水量為17mm液限(W_L17)，下沉深度為10mm處的相應含水量為10mm液限(W_L10)，查得下沉深度為2mm所對應得含水量為塑限(W_P)，以百分數表示，准確至0.1%。

塑性指數I_P，液性指數I_L按下式計算:

I_P=W_L-W_P(4-12)

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

式中:W、W_L、W_P分別為天然含水率、液限及塑限。

分別按17mm液限(W_L17)、10mm液限(W_L10)計算塑性指數I_P17、I_P10、I_L17、I_L10。4.1.2.11 軟弱岩土流變試驗

(1)岩土的流變性能

許多滑坡地質災害發生的實例和研究表明:邊坡岩體中的軟弱夾層往往是對邊坡穩定與變形直至發生滑坡起著控製作用的岩土，它的試驗研究包含二個重要方面:一是強度大小，二是變形特徵。除了研究軟弱岩土在瞬時應力作用下岩石的破壞特徵和強度外，還必須研究岩土特別是對邊坡穩定起控製作用的軟弱夾層岩土的流變特性(蠕變)，因此需對邊坡穩定起控製作用的軟弱岩土測定岩土的流變強度—長期強度及有關流變(蠕變)參數。

在岩體上施加某一荷重後，岩體將產生瞬時的彈性變形，在溫度不變的情況下，如果保持這一荷重為定值，其變形將隨時間的延長而增長，這就是岩體的流變現象。對於時間效應明顯的露天煤礦邊坡及順層岩體邊坡軟弱岩體，其長期強度是非常重要的。

岩土的流變性能主要包括四個方面:

① 蠕變特性—在荷重作用下，應變ε隨時間t而逐漸增長的現象;

② 鬆弛特性—當應變ε一定時，應力σ隨時間t而逐漸減小的現象:

③流動特性—當時間一定時，應變速率

與應力σ的關系;

④ 長期強度—在一定時間內，強度τ與時間t的關系。

典型的岩土蠕變分為三階段，見圖4 9所示:^[42]

圖4-9 典型蠕變三階段曲線

1)初始蠕變，開始時蠕變速度較快，然後過渡到一恆定蠕變區。圖中0-A段為初始蠕變階段。

2)穩定蠕變，如圖H-B段，在該區內，蠕變呈恆速增長，此時蠕變速度較小並不發生破壞。

3)加速蠕變，當達到一定的時間後，變形超過恆定蠕變區，則急劇增加，直至破壞，即圖中B-C段。

當應力較小時，無論多長時間都不會發生加速蠕變，這樣的蠕變為穩定蠕變;但當應力達到一定值，蠕變將進入加速蠕變區，這樣的蠕變為不穩定蠕變，由二區進入三區的臨界值，就是我們所要測定的岩土的長期強度-流變強度。

(2)直剪流變試驗

流變試驗設備:對於土或軟弱夾層中的泥化夾層，可以選用直剪流變試驗儀或採用四台等應力直剪儀，直接在恆溫恆濕、防擾動的環境里(如地下室)進行流變試驗。對於硬岩或較硬岩石，則選用岩石剪切流變儀，這是一種中型直剪流變儀，適用於岩石、混凝土快剪及流變試驗。該機水平最大剪力可達1000kN，垂直壓力達400kN，水平和垂向最大行程50mm，試樣尺寸三種規格:100mm×100mm×95mm，150mm×150mm×145mm、200mm×200mm×195mm，穩壓系統由電動泵、蓄能器、充油閥、穩壓閥、壓力指示表等組成，能對水平壓力(穩壓范圍40Pa～320×105Pa)和垂直壓力下(穩壓范圍35Pa～260×105Pa)試件進行長期穩壓，以進行各種要求的流變試驗。

試驗方法主要介紹最常用的軟弱岩土的直剪流變試驗方法。

首先對試驗岩土進行快剪試驗，取得不同法向力級的剪應力破壞值σ_i和τ_i，然後按下式確定流變試驗相對應正壓力和剪切荷載等級梯度:

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式中:τ_0i為對應不同法向力σ_i的剪切等級剪應力，(kPa);τ_i為對應不同法向力σ_i下的快剪強度，(kPa);K為土岩介質性質系數，一般取K=0.5～0.85;n為流變試驗線性范圍分級數n=4～6。

一般按4級(i=4)正應力進行，正應力大小可根據土岩賦存深度或土岩強度確定，然後按上述得出的流變試驗方案由小到大(τ_0i)分級進行。每一級剪力維持一周，每天測取蠕變變形量，得出每一級σ_i和τ_0i下的剪切蠕變變形γ-時間t關系曲線，n周之後可得4組(i=4)剪切蠕變變形γ—t數據，在試驗過程中要根據試驗結果(主要是變形情況)對τ_0i進行適當調整。一般至最後一級τ_0i時試樣均能發生破壞。一組4個試樣，試驗歷時2個月以上。

根據4組γ-t數據，採用應變疊加原理可以繪制不同正應力σ_i下的4組剪應力τ-剪切應變γ的疊加曲線，見圖4-10～圖4-13;根據疊加曲線繪制各種時間的剪應力τ與剪應變γ等時線簇，見圖4-14～圖4-16。

圖4-10 剪應變疊加曲線σ=50kPa

圖4-11 剪應變疊加曲線σ=100kPa

由以上兩套圖可以看出:如施加的剪應力τ＜τ_∞，γt曲線呈示a型，呈趨穩定性蠕變;而當τ＞τ_∞時，曲線呈b型，即經減速、等速、加速三個階段發展至破壞—即非穩定蠕變:c型屬於過渡型。剪應力等級分得越細，試驗時間愈長，則試驗成果的精度愈高。但一般受時間限制，剪應力分4、5級。時間每一等級試驗(穩壓)七天就基本可以滿足邊坡軟岩流變試驗的要求。

圖4-12 剪應變疊加曲線σ=150kPa

圖4-13 剪應變疊加曲線σ=200kPa

圖4-14 剪應力—剪應變等時線簇σ=50kPa

圖4-15 剪應力—剪應變等時線簇σ=100kPa

圖4-16 剪應力—剪應變等時線簇σ=150kPa

根據疊加曲線及等時線簇，繪制剪切模量G與時間t的關系曲線。剪切模量G=τ/γ，即剪應力與剪應變關系曲線的斜率。不同的剪切歷時有不同的剪切模量。一般來說，它是隨著剪切歷時的增長而降低.它描述了土骨架在剪應力作用下粘滯流動的時間效應，是表徵夾層流變性質的重要參數之一，見圖4-17、圖4-18所示。

據這兩組曲線，還可繪制以剪切速率(γ=dγ/dt)為縱坐標，以剪應力(τ)為橫坐標的流動曲線，它表明了在一定含水量和一定密度狀態下，剪切速度—剪應力的關系，根據此曲線可以計算出軟弱夾層的粘滯系數η和鬆弛周期M。流動曲線見圖4-19所示。

圖4-17 剪應力—剪應變等時線簇σ=200kPa

圖4-18 剪切模量—剪切歷時關系曲線

圖4-19 流動曲線-(剪切變形速率—剪應力)

根據以上流變試驗曲線和流變理論，可以確定軟弱夾層的流變特性參數。

(3)軟弱夾層蠕變模型

根據軟弱岩層的穩定蠕變和非穩定蠕變兩種類型，分別建立蠕變模型。

1)穩定蠕變模型

當剪應力τ小於其長期強度τ_∞時，整個蠕變過程包括以下幾個階段:瞬時應變、初始蠕變、穩定蠕變。瞬時應變後，進入初始蠕變階段，應變速率由大逐漸變小，而後過渡到穩定蠕變階段，當t→∞時，應變數最終趨於一穩定值，穩定蠕變過程不會過渡到加速蠕變過程，因此不會影響邊坡的穩定和安全，其蠕變方程為:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

式中:G₀——瞬時剪切模量，(kPa);

τ——剪應力，小於τ_∞，(kPa);

G_∞——長期剪切模量，(kPa);

η₁——蠕變初始段的粘滯系數，(kPa·h);

t₁——蠕變初始段時間，(h);

t₂——t₁至某一時間或t₁至無窮大t_∞的時間。67

因為整個蠕變曲線是連續的，所以從初始段向穩定段過渡時，其應變速率應相等，因而對上述方程求導數可求得由初始蠕變向穩定段過渡的時間t1，或者從試驗曲線判斷t₁，平衡方程為下式:

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這種穩定蠕變模型可採用修正凱爾文模型表徵其應力—應變—時間關系。

2)非穩定蠕變模型

當剪應力τ大於長期強度τ_∞時，整個蠕變過程包括以下幾個階段:瞬時應變γ₀，初始蠕變γ₁，等速蠕變γ₂，加速蠕變γ₃，直至岩體破壞，其蠕變方程如下:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

式中:G′₀——τ大於τ_∞後的瞬時剪切模量，(kPa);

G′_∞——τ大於τ_∞後的長期剪切模量，(kPa);

η′₁——τ大於τ_∞後的初始段粘滯系數，(kPa·h);

η′₂——τ大於τ_∞後的等速段粘滯系數，(kPa·h);

η₃——加速段的粘滯系數，(kPa·h);

t₁——初始蠕變段時間，(h);

t₂——等速蠕變段時間，(h);

t₃——加速蠕變段時間，(h)。

當τ＞τ_∞時，在初始蠕變之後出現等速蠕變，這時應在凱爾文模型後串聯-賓哈姆體。等速段向加速段的轉化，主要決定於應變數的積累，當應變達到一定值γ₂時，進入加速蠕變，粘滯系數η₃隨時間不斷減少，可以用一變η₃牛頓粘筒表示。在蠕變過程中，可使蠕變由速率最小的γ_min逐漸增大，直至破壞。

由於等速蠕變轉化為加速蠕變，主要靠應變控制，故為非穩定蠕變的模型，它與上述的蠕變方程是對應的，這與中科院地質所長春地質學院對泥化夾層蠕變模型的研究成果是一致的。

由蠕變τ-γ曲線可以看出，當τ＞τ_∞之後，曲線斜率有變化，說明G和η有變化，公式中的G₀′、G′_∞，η值均應用超過τ_∞以上的數值。

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蠕變破壞時間根據室內試驗或現場觀測資料，用經驗公式來估算，法恩依據室內試驗資料建議的經驗公式為:

lnt_r=0.75-0.92lnξ_min (4-19)

式中:t_r——從蠕變開始計算的破壞時間;

ξ_min——最小蠕變速率(等速段應變速率)。

如果在邊坡岩體等速蠕變段不採取任何措施，如疏干排水，減重、加固支擋等，那麼等速段的發展，必然導致加速段的出現，這表明岩層結構遭到破壞，邊坡將很快失穩破壞。

加速段的應變增量為:

煤礦露天井工聯合開采理論與實踐

η₃是一個變數，與應變速率、蠕變積累量和蠕變時間有關，目前還難以由理論分析確定，只能通過試驗資料分析確定，但這次仍未觀察到由等速段到加速段全過程的試驗資料，因而難以由試驗資料確定。齋騰通過室內試驗的分析，得出加速段的應變用下式表達:

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式中:A——試驗常數;

t_r——等速段開始至蠕變破壞時間;

t₂——加速段開始的時間;

t——加速段蠕變延續時間;

t′_r——加速段開始至蠕變破壞時間。

法恩建議的應變速率開始增加至破壞時間的時間間距經驗公式為:

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式中:tt_r——由t開始到達破壞所需時間;

ξ——應變速率開始增加時的應變速率。

加速段的變形量γ為:

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式中:d——試驗常數，由試驗數據求出，

這樣，當τ＞τ_∞時，整個蠕變方程也可寫為:

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根據蠕變方程，可以用來估算蠕變過程的總變形量，從而進一步推斷破壞時間。

❷ 岩土物理力學性質指標的統計與選擇

為使試驗資料可靠和適用，應進行正確的數據分析和整理。勘察資料的整理是在搜集原始資料基礎上，收集現有的岩土工程勘察資料，進行初勘、詳勘等有關勘察資料的整理，結合岩土工程測繪、勘探、測試、檢驗與監測所得各項原始資料和數據的基礎上，進行岩土物理力學性質指標的統計與選擇。整理時對試驗資料中明顯不合理的數據，應通過研究分析其原因(試樣是否具有代表性、試驗過程中是否出現異常情況等)，或在有條件時，進行一定的補充試驗後，再決定對可疑數據的取捨或改正。

岩土物理力學性質指標可分為兩類：一類是評價指標，用以評價岩土的性狀，作為劃分地層鑒定類別的土主要依照；另一類是計算指標，用以設計岩土工程預測岩土體在荷載和自然因素作用下的力學行為和變化趨勢，並指示施工和監測。

工程上對這兩類岩土參數的基本要求是可靠性和適用性。可靠性是指參數能否正確反映岩土體在規定條件下的性狀，能比較有把握地估計參數值所在的區間。適用性是指參數能否滿足工程設計計算的假定條件和計算精度要求。岩土工程勘察報告應對主要參數的可靠性和適用性進行分析，並在分析的基礎上選定參數。

岩土參數的可靠性和適用性，在很大程度上取決於土體本身的結構性和取樣時受到擾動的程度及試驗標准。土體本身的結構性是影響參數取值的內因，結構性越強的土體受到擾動的可能性越大；而影響到參數取值的外因是取樣器和取樣方法、試驗方法和取值標准。通常是通過控制外因來提高岩土參數的可靠性和適用性。

通過提高取樣器質量和採用最佳的取樣方法，來盡可能地減少對岩土體樣品的擾動，減少數據的離散性。對同一土層的同一指標。採用不同的試驗方法和標准時常會發現，所獲數據差異很大。例如，不同的直剪試驗方法(快剪、固結快剪、慢剪)其抗剪強度參數有較大的區別：若土體是含水率較高的粘性土體，則參數的差異值更大。因此，要根據不同的工程要求等情況，來確定試驗方法與標准。目前我國基本上對不同的試驗項目規定了相關的試驗方法和標准，這個標准就是中華人民共和國國家標准：《土工試驗方法標准》(GB—T50123-1999)。考慮到岩土參數是隨機變數，變異性較大，該規范還規定了試驗參數的統計方法。因此，岩土工程師在進行岩土工程設計計算時，不僅要掌握岩土參數的數據、而且要了解取樣和試驗問題，針對岩土體的非均質性和各向異性以及參數測定方法、條件與工程原型之間的差異等種種原因，對岩土參數的可靠性和適用性進行評價。

土工試驗測得的土性指標，可按其在工程設計中的實際作用，分為：一般特性指標和主要計算指標。前者如土的天然密度、天然含水率、土粒比重、顆粒組成、液限、塑限、有機質、水溶鹽等，系指作為對土分類定名和闡明其物理化學特性的土性質指標；後者如土的粘聚力、內摩擦角、壓縮系數、變形模量、滲透系數等，系指在設計計算中直接用以確定土體的強度、變形和穩定性等力學性質的土性質指標。

對一般特性指標的成果整理，通常可採用多次測定值x_i的算術平均值，並計算出相應的標准差σ和變異系數δ，以反映實際測定值對算術平均值的變化程度，從而判別其採用算術平均值時的可靠性。

算術平均值

的計算公式為：

土體原位測試與工程勘察

式中：

x_i為指標測定值的總和；n為指標測定的總次數。

標准差σ按下式計算：

土體原位測試與工程勘察

標准差雖然是衡量參數離散程度的尺子，但由於它是有量綱的，不能用來比較不同參數的離散性，即無法進行相互比較。為此引入了變異系數的概念來評價岩土參數的變異特徵。變異系數是無量綱的，使用上比較方便，故在國際上是通用的指標。

變異系數δ按下式計算，並按表8-1來評價變異性。

土體原位測試與工程勘察

表8-1 參數變異系數

按變異系數的大小，可劃分變異性的不同等級(變異類型)，它有助於岩土工程師定量地判別評價岩土參數的變異特性，以便提出不同的設計參數值。

對於主要計算指標的成果整理，如果測定的組數較多，此時指標的最佳值常接近於諸測值的算術平均值，故可按一般特性指標的方法確定其設計計算值，即採用算術平均值。但通常由於試驗的數據較少，考慮到測定誤差、土體本身的不均勻性和施工質量的影響等，為安全考慮，對初步設計和次要建築物宜採用標准差平均值，即對算術平均值加(或減)一個標准差的絕對值，即：

±｜σ｜。

對不同應力條件下測得的某種指標(如抗剪強度等)，應經過綜合整理後求取。在某些情況下，尚需求出不同土體單元綜合使用時的計算指標。這種綜合性的土性指標，一般採用圖解法或最小二乘法分析確定。

(1)圖解法：將不同應力條件下測得的指標值(如抗剪強度)求得算術平均值，然後以不同應力為橫坐標，指標平均值為縱坐標作圖，並求得關系曲線，確定其參數(如土的粘聚力c和角摩擦系數tgφ)。

(2)最小二乘法：根據各測定值同關系曲線的偏差的平方和為最小的距離原理，求取參數值。

(3)當設計計算幾個土體單元土性參數的綜合值時，可按土體單元在設計計算中的實際影響，採用加權平均值，即：

土體原位測試與工程勘察

式中：x_i為不同土體單元的計算指標；w_i為不同土體單元的對應權。

❸ 地質招告中r,c,Φ分別表示什麼意思

r,c,Φ：是土的物理力學指標，其中：
r：比重
c：粘聚力
Φ：內摩擦角

❹ 地勘探孔中，圖中的r,c,等各代表什麼意思

工程地質物探與勘探的任務，主要有以下各項： （一）詳細研究建築場地的岩性及地質結構。研究個地層的性質、厚度、縱向和橫向變化，進行地層劃分並確定其接觸關系；基岩的風化深度及風化岩石性質，劃分風化帶研究岩層的產狀、裂隙發育程度及隨深度的變化；褶皺、斷裂、破碎帶以及其它地質結構現象的空間分布、變化的特點。提供岩石右鑽性和岩體強度、結構面發育等定量指針。 （二）查明水文地質條件。了解含水層和隔水層的分布厚度、性質及其變化，地下水位（水頭）等。 （三）研究地貌及物理地質現象。查明各種地貌形態，如河谷階地、洪積扇、斜坡的位置和結構等。研究各種物理地質現象，如岩溶的規模及發育深度，滑坡的范圍、滑動面位置、動態等。 （四）取樣及提供野外試驗條件。從勘探工程中採取岩土樣及水樣，供室內試驗及分析鑒定用。在勘探工程中可作各種野外試驗，如岩土力學性質試驗、地應力量測、水文地質試驗等。 （五）其它項目。如利用勘探工程布置地下水及各種工程動力地質現象的長期觀測，進行井下攝影及井下電視、灌漿等工程處理。 物探可以說是一種間接的勘探工作，它可以簡便而迅速地探測地下地質情況，與測繪工作相配合尤為適宜，又可為勘探工作的布置指出方向。物探成果亦須由勘探工作來證實。勘探工作包括鑽探和坑探兩種，能較可靠地了解地下地質情況，萬其是坑探工程，勘探人吶可以直接在其中觀察測量；但是它耗費人力和資金較多，周期也長，因此使用時應具經濟觀點。布置鑽探和坑探工程，要以測繪和物探工作為基礎。考慮到物探和勘探各自的優缺點，在布置工作時應綜合運用，互為補充。 一個工程在不同的勘察階段，物探 和勘探往往是配合測繪工作的，而應較多地採用物探手段，鑽探和坑探主要用來驗證物探成果和取得基準剖面。隨著勘察程度的提高，為了深入研究各種工程地質問題，以進行確切的分析、評價，鑽探和坑探工程將愈來愈被廣泛地採用，成為主要的勘察手段，而物探工作則作為勘探工程的輔助手段。本章重點論述物探和勘察在工程地質勘察中的適用條件，所要解決的主要問題，統計局蕭要求。心肝及勘探工作的布置、設計及施工順序等問題。 工程地質物探 物探的全稱為地球物理勘探，它是以專門儀器來探測地表層各種地質體的物理場，從而進行地層劃分，判定地質構造、水文地質條件及各種物理地質現象的一種勘探方法。 由於地質體具有不同的物理性質（導電性、彈性、磁性、密度、放射性等）和物理狀態（含水率、裂隙性、固結程度等），就為利用物探方法研究各種不同的地質體和地質現象提供了物理前提。所探測的地質體各部分之間以及該地質體與周圍地質體之間的物理性質和物理前提。所探測的地質體各部分之間以及該地質體與周圍地質體之間的物理性質和物理狀態差異愈大，使用這種方法就愈能獲得比較滿意的結果。 需要指出的是，物探方法雖能簡便而迅速地探測地下地質情況，但由於它經常受到非探測對象的影響和干擾，心肝及儀器測量精度的不夠，其所得判斷和解釋的結果往往較為粗略，且有多解性。所以，在物探工作之後，還常須用鑽探或坑探來驗證，以獲得確切的地質成果。物探工作的方法有電法勘探、地震勘探、重力勘探、磁法勘探、核子勘探以及地球物理測井等，在工程地質勘察中運用最普遍的是電法和地震勘探。 一、電法勘探在工程地質勘察中的應用 將各個電測 點所得地質資料邊成剖面，即為物探地質剖面，它如同利用鑽孔資料所墨守成規的剖面（圖3—3） 環形電測深法是利用對稱四極裝置改變其方向，測量同一點的視電阻率。它可用來確定各向異性很明顯的地質介質，職陡立岩層的走向、斷層破碎帶與含水裂隙帶的延伸和岩溶發育的主導方向，以及它隨深度的變化情況等。圖3—4是利用環形電測深法所測得的裂隙主導走向為N10°W（橢圓長軸所指方向）。這個方向在不同極囈（即不同深度上）都是穩定的。 但是，鑽探方法也有它一定的缺點，主要是：一般難於進行直接觀察；一些有重大工程地質意義的軟弱層（破碎泥化夾層、風化夾層等）和構造破碎帶，往往不易取得岩心，以致達不到地質要求。為了克服上述缺點，近十餘年來發民兵了鑽孔攝影技術和鑽孔電視以及便於地質人員能直接下井觀測的大口徑鑽孔，使用效果良好。 二、工程地質鑽探的特殊要求 工程地制裁鑽探是為工程建築物的設計、施工服務的，它多具綜合目的，因而在鑽進方法、鑽孔結構、鑽進進程中的觀測編錄等方面均有特殊要求。 工程地質鑽探 對岩心採取率要求校高，一般岩層不能低於80%；對工程建築物至關生要的軟弱夾層和斷層破碎帶也不能低於60%，但往往不易取得岩心。為保證獲較高的岩心採取率，針對不同的勘探對象應採用相尖的鑽進方法。如在軟弱地層或斷層破碎帶中鑽進時，要晝養活沖洗液或用干鑽，降低鑽速，縮短鑽程，最好採用雙層岩心管。近年來，黃河水利委員會在水浪底水利樞紐勘察中，革新鑽具，採用套鑽和化學樹脂膠合的措施，幾乎可以100%地採取泥化夾層和斷層破碎帶的岩心。在土層中鑽進時，以採取干鑽為宜，並應適當縮短鑽程。 為了保證准確地測定地下水位和水文地質試驗工作的正常運行，必須按含水層的位置和試驗工作的要求，確定孔身結構及外電進方法。對不同的含水層要換徑並分層止水，加以隔離。含水層愈多，換徑和分層止水的次數就愈多。一般的工程地質鑽孔終孔直徑為91MM，根據換 徑次數及位置，即可確定孔身結構。。若在基岩面以一的砂卵石層中作抽水試驗干鑽，不允許使用泥漿加回孔壁的辦法。一般鑽孔要直，不能發生彎曲；孔壁要求光滑規則，同一孔徑段應大小一對敵。這些要求在鑽探操作工藝上給予滿足。 鑽孔水文地質觀測，是工程地質鑽探的一項重要工作，藉以了解岩層透水性的變化，發現含水層和得知其近似水位並掌握各含水層之間的水力聯系等。在外鑽進過程中應按水文地質鑽探的要求，做好孔中水位測量，測定沖洗液消耗量及外電孔涌水量、測量水溫等工作。在工程地質鑽探中，為了研究岩土的物理力學性質，經常要採取岩土槔。堅硬岩石的取樣可利用岩心，但其中的軟弱夾層和斷層破碎帶取樣時，必須採取特殊措施。為了取得質量可靠的原狀土樣，則必須配備專門的取土器，燕應注意取樣方法和操作工序，以盡量使土倦不受或少受擾動。為達到上述的特殊要求，鑽探人員應嚴格按規定操作，不能盲目追求進尺。 三、工程地質鑽探常用的鑽探方法和設備 自然地質條件是復雜的，各種鑽探方法和設備都有一定的使用條件，選擇鑽探方法和設備時，應視鑽探的目的和地質條件而定。目前，工程地質勘探中常用的鑽探方法、鑽具及其使用條件和優缺點列於表3—2中。 由表列可知：鑽探方法可分為沖擊鑽探、回轉鑽探、沖擊回轉鑽探和振動鑽探等四種。在工程地質勘探中主要採用沖擊鑽探和回轉鑽探：按動力來源又可將它們分為人力的和機械的兩種。機械回轉鑽探鑽進效率高，孔深大，又能採取岩心，所以在工程地質勘探中使用最為廣泛。目前，國內外正在大力革新鑽探技術，逐步朝著全液壓驅動、儀表控制、勘探與測試相結合的方向發展。近年來，法國生產的FORACO-V。P。R。H鑽機可稱得上是鑽探技術革新的代表，它兼具振動、沖擊、回轉鑽進，又可作靜力和動力觸探試驗，操作全由儀表控制，由機械手擰卸鑽具，鑽進效率高，適用於工程地質勘探。 為了研究工程土體的物理力學性質在工程地質勘察中，應結合勘探工作採取原狀土樣。但是在鑽孔中採取原狀土樣時受到很多因素影響，其中主要的是取土器的結構和取土實用。下面介紹幾種常用的取土器。 1、限制球閥式取土器在取土過程中，進入取土器內的液體、氣體將球頂起排出；當取土停止時，由於球上部彈簧的作用將球壓回原閥座位置，以起封閉作用，。這種球閥裝置密封可靠，但要選擇適當的彈簧強度，調節到適當的壓力。球的直徑與排水孔的直徑要互相適應，以便於水、氣、泥排出。 2、上提橡皮墊活閥式取土器土樣進入取土筒時，取土器內的水、氣、泥由活閥上部排排出，。上提鑽桿時，橡皮墊封閉活門，即可取上土樣。 3、回轉壓入式取土器有兩層管，外管回轉（帶有合金鑽頭或螺旋），內管壓入。內管一般球閥式取土器類似，上部是球閥封閉。這種取土器適用於深層取土。 4、水壓活塞式取土器活塞式取土器的下口一下處於封閉狀態，在貫入土時，取土筒下壓使土樣進入，活塞靜止，土樣上部不隨任何壓力，也不受鑽孔內沖洗液的影響。這種取土器是藉助於水泵的壓力推動活塞使取土筒進入土層。在取土器下入孔底時，一個活塞將取土器下口封閉；壓土時，上部活塞帶動取土筒下壓而採得原狀土樣，如圖3—13所示。 以上四種取土器適用於採取粘性土的原狀土樣。採取砂類土和飽水軟粘土是很困難的，要使用特製的取土器。近年來，我國水電勘察部門研製了厚壁管靴長筒上提 活閥式取土器，反旋活閥分節取土器和真空活塞取砂器等，採取地下水位惟下的原狀砂類土和軟粘土樣，效果較好。原狀土樣的採取方法主要有三種： （1）擊入法：適用於較硬的土層中取樣，又可分為孔外及孔內的輕錘多擊法和重錘少擊法。實踐證明，孔內的重錘少擊法取樣效果好，效率高而土樣擾動小。 （2）壓入法：適用於較軟的土層中取樣，又可分為連續壓入和斷續壓入法。連續壓入法是藉助活塞油壓筒或鋼繩滑輪組合裝置，將取土器一次快速均勻地壓入土中，土樣的擾動較小，當採用連續壓入法無法將取土器壓入土層時，則可採用斷續壓入法。 （3）振動法：當振動鑽進進，可利用振動器的振動作用將取土器壓入土中。 這種方法對土樣的邊緣部分擾動較大。易受振動液化的土層不適用。為了保證土樣的質量，除了對取土器和取土方法進行選擇外，還應注意鑽探方法、鑽、孔結構、清除孔內殘土、操作方法、和土樣封存及運輸等各頂問題。 四、工程地質勘探鑽孔類型及其適用條件 鑽孔的類型指的是鑽孔的角度及其方向。鑽孔的角度即是鑽機的立軸鑽桿與地平線的夾角，也叫做鑽孔傾角。按照鑽孔傾角及其變化情況，可將鑽孔分為鉛直孔、斜孔、水平孔和定各孔四種。在進行工程地質勘探時，窨採用何種角度及方向的鑽孔，需視鑽孔的具體任務及地形地質條件而定。為了能取得盡可能多的地質資料，又節省鑽探工作量鑽進方向最好與不同岩性接觸面或斷層面垂直，但是在實際上往往不易達到，一般要求基夾角不中於20°。 （一） 直孔 傾角90°。在工程地質鑽探中此類孔最常用，適於查明岩漿岩的岩性岩相、岩石風化殼、基岩面以第四紀覆蓋層厚度及性質、緩傾角的沉積及斷裂等。作壓水試驗的鑽孔一般都採用鉛直孔。 （二） 斜孔 傾角小於90°，且應定出傾斜的方向。當沉積岩層傾角較大（﹥60°），或陡傾的斷層破碎帶，常以與岩層或斷層傾向相反的方向斜向鑽進。在水利水電工程地質勘探中，常用斜孔探查河床下的地質結構。尤其是在河床不很寬而水流湍急的峽谷中 ，可在兩岸以斜孔向河底交叉鑽進，既可較好地控制河床下的地質結構，又可以養活或避免河中布孔進行水上鑽探的困難。但是斜孔鑽進技術要求較高，常易發生孔身偏斜，而使地質解釋工作產生誤差，在軟硬相間的岩層中鑽進，此現象尤為嚴重。 （三） 水平孔 傾角多為0° 。一般在坑探工程中布置，可作為平硐、石門的延續，用以查明河底地質結構、進行岩體應力量測、超前探水和排水。在河谷斜坡地段用以探查岸坡地制裁結構及卸葆裂隙，效果也較好。 （四） 定向孔 採用一些技術措施，可使鑽孔隨著深度的變化有規律地彎曲，進行定向鑽進，如岩層上緩下陡進，或在一個孔中控制多個定向分枝孔，共同鑽探同一目的層，或在一個孔中控制多個定向分枝孔，共同鑽探同一目的層。定向鑽進的技術措施比較復雜。近年來，國內外廣泛採用在一個孔位上鑽多個不同方向的定向斜孔的布置方案，效果極佳。 五、大口徑鑽進和小口徑（金剛石鑽頭）鑽進在工程地質勘探中的應用 （一）大口徑鑽進 工程地制裁勘探鑽孔的孔徑，大多數是168MM開孔，91MM終孔，這樣的孔身結構能夠滿足一般的勘探、試驗要求。但是在特殊情況下，譬如為了探查壩基軟弱夾層和強透水帶的位置及展布方向、斷層破碎帶和緩傾角裂隙的產大辯論和特徵，以及為了檢查基礎的灌漿質量和混凝土的澆築情況，就需按照工程地質的要求，打一些大口每項鑽孔，以工程技術人員進入孔中直接觀察和測量。。 大口徑鑽孔主要在水電工程地質勘探中採用。我國於1963年在丹江口壩直址打成了第一口大口每徑鑽孔；之後，葛洲壩、小浪底、偏窗子、三峽等水利樞紐工程中相繼採用，均取得 很好的勘探效果。面且承擔了大壩基礎處理等任務。 由於大口徑鑽孔能夠讓勘探人員直接進入其中觀測和取樣，准確地搜集到第一性地質資料，因而避免了用一般勘探耗費大量進尺而未能搞清某些地質現象和問題的弊病。它也代替了施工復雜的豎井工程，而且由於無爆破震動，可以保持岩層的天然狀態。 大口徑鑽探方法有沖擊鑽進和回轉鑽進，在工程地質勘探中主要使用後者，其孔徑分別1150、1050、950和750MM，孔深 30—60M，可以取得財心。鑽具是在現有設備基礎上改裝的，主要包括鑽頭、岩心管、取粉管、鑽桿等。除鑽具外，還應配備吊籠、絞國及潛水泵等必要的設備。 大口徑鑽進的工作情況如圖3—18所示。 （二） 小口徑（金剛石鑽頭）鑽進 近年來，我國在工程地制裁勘探中逐漸推廣小口徑的金剛石鑽進。這種鑽進有很多優點：能鑽進極硬的岩石，使用壽命長，鑽進效率高，岩心採取率高，且岩心完整度好；孔徑均勻，孔壁光滑，鑽彎曲度小；鑽進時平穩，設備的磨損小，能量消耗少；重量輕，搬運方便等。金剛石鑽具主要包括金剛石鑽頭、金剛石擴也器、岩心卡簧及金剛石鑽進用岩心管。金剛石鑽頭目前生產有直徑76、66、46、36MM等幾種規格，較一般的鑽頭要小得多，故稱之為「小口徑」。這種鑽頭是將金剛石顆粒鑲嵌在鑽頭唇部，利用金剛石的硬度磨削岩石鑽入地層。金剛石鑽進一般均使用雙層岩心管。從小泵送來的沖洗液，經內、外管之間的間隙而到達孔底，可減少對岩心的沖刷影響。 採用小口徑（金剛石鑽頭）鑽進，在操作上必須注意的是：在任何情況下都不允許無水鑽進否則發生高熱會燒毀金剛石，用過鋼粒鑽進的孔，不能再下入金剛石鑽頭，因孔底遺留鋼粒，在沖擊振動時會使金剛石損壞；若鑲嵌的金剛石顆粒掉落孔底，應即打撈，否則會使整個金剛石鑽頭遭到損壞；鑽進中若迂軟弱夾層及裂隙發育的地層，應特別注意降低壓力及轉速。由於在礫石層、礫岩及硬脆破碎地層中鑽進時，沖擊振動很大，對金剛石的包鑲金屬磨耗很快，故一般不採用金剛石鑽進。 金剛石鑽進雖有很多優點，可是它的孔徑過小，有能作現場水文地質試驗。 六、聲波測井在工程地質鑽探中的應用墀測井是一種地球物理勘探技術，它的物理基礎是研究與岩石性質密切相關的聲振動沿鑽井的傳播特徵。它具有快速，輕便的優點。近十餘年來在國內外逐漸推廣應用，我取得了較好的效果。 聲波測井可充分利用已有的鑽孔，結合地質調查，了解基岩風化殼的厚度、物征，進行分帶，查明深部地層的岩性特徵，進行地層劃分，確定軟弱夾層的層位、深度和厚度；尋找岩溶洞穴和斷層破碎帶；研究岩石的某些物理力學性質，進行工程岩體分類等。與其它測井方法密切配合，還可憐全部或部分代替岩心鑽探，開展無岩心鑽進。總之，聲波測井在工程地質鑽探中的應用是多方面的。 目前所應用的聲波測井方法主要有以下三種：一是根據墀傳播速度研究地質體性質的墀速度測井；二是根據墀振幅的衰減反映岩層性質的墀幅度測井；三是利用墀在井壁上的反向我了解井壁結構情況的專長波電視測井。其中應用最多的是聲速測井。 聲速測井的裝置如圖3—19所示，為單發射雙接收型的。兩個接收器R1、R2的距離為L。沿井壁的滑行波到達兩個接收器的時間差為△t，具有 L △t = —— V2 △t表示聲波通過厚度為L的一段岩層所需的時間，習慣上把它換算為通過一米岩層所需的時間（叫做旅行時間），單位為μs/m。由時差△t即可求出聲波在岩層中的傳播速度V（m/s）: V=-106/△t 三峽水利樞紐壩基為前震旦紀的石英閃長岩和閃雲斜長花崗岩，經大量聲波測並工作後獲得的各風化帶縱波速度值列於中。 由於沒風化帶內，岩石組織結構、礦物萬分和風化程度不同的岩石所佔比例及分布，狀況不同，因而不但波速不同，而且聲速曲線的形態也不相同。劇風化帶的波速值跳躍范圍不大，曲線形態以不規則的方形鋸齒為主。強內化帶中，當堅硬和半堅硬岩石碎塊與疏鬆相互摻雜時，波速值跳躍范圍大而密，曲線形態為緊密排弄的長尖刺狀鋸齒。微風化帶的聲速曲線擺動幅度較小。四川某壩基48號孔的綜合柱狀；圖，可以用來說明應用聲波測勘查斷層破碎帶的效果。從聲波曲線的整個背景值來看，代表二疊紀斑狀玄武岩的V為3700-4400m/s，V為2300m/s. 但在標高390m附近，卻出現了一個明顯的低值異常，V、Vs分加緊為2150和1350m/s，幾乎相當於政黨值的一半。進行幅度觀測時，聲波能量吸收衰減強烈，振幅大大下降。經分析，該處是斷慨角礫岩，岩體十分破碎。 七、鑽孔設計書的編制、鑽孔觀測編錄及資料整理 （一）、鑽探工作耗費資金較大，應盡可能使每一個鑽孔都發揮綜合效益，取得較多的資料。為此，工程地質人員除了編制整個工程地質勘探設計外，還應逐個編制鑽孔設計書，以保證鑽探工作達到預期的目的。 鑽孔設計書的內容要點應包括： 1、鑽孔附近的地形、地質概況及鑽孔的目的。鑽孔的目的一定要充分說明，使施鑽人員和觀測、編錄人員明確該孔的意義及鑽進中應注意的問題，這對於保證鑽進、觀測和編錄工作的質量，都是至關重要的。 2、鑽孔的類型、深度及孔身結構。應根據已掌握的資料，繪制鑽孔設計柱狀剖面圖，說明將要迂到的地層岩性、地質構造及水文地質情況等，據以確定鑽進方法、鑽孔類型、孔深、孔和終孔直徑，以及換徑深度、鑽進速度及固壁方法等。 3、工程地質要求。包括岩心採取率、取樣、試驗、觀測、止水及編錄等各方面的要求。編錄的項目及應取得的成果資料有：鑽孔柱狀剖面、岩心素描（或照相）、鑽進觀測、試驗記憶錄圖表及水文地質日誌等。 4、說明鑽探結束後對鑽孔的外理意見，留作長期觀測抑或封孔。 （二） 孔的觀測與編錄 為了全面、准確地反映鑽探工程第一性地質資料，在鑽進過程中必須認真、細致地做好觀測與編錄工作。 1、岩心觀察、描述和編錄 應對岩主進行鑒定，描述其顏色、礦物萬分和顆粒成分、結構和構造，正確地定名，必要進取樣進行岩礦鑒定。對疏鬆砂礫土秋粘性土，應觀察其緻密程度和稠度狀態。確定節理裂隙的類型、延續性、蝕變充填情況、傾角 、間距等，進行裂隙統計。對風化岩石，應將岩心按風化程度進行分帶和描述。必要時編制岩心素描及岩心拄狀圖。 通過對岩心的各種統計，可獲得岩心採取率、岩心獲得率和岩石質量指針等定量指針。岩心採取率是指所取岩心的總長度與本回次進尺的百分比。總矩度包括比較完整的岩心和破碎的碎塊、碎屑及碎粉物質。 岩石質量指針（RQD）由D·U·迪你提出的，它是指在取出的岩心中，只計算長度大於10cm的柱狀岩心長度，與本回次進飛的百分比。其計算和等級劃分如圖3—22所示。上述三項定量指針可反映岩石的堅硬和完整程度。岩石愈堅硬、完整，數值愈高；而愈軟弱、破碎的岩石，則數值愈低。它們也與鑽進的工藝和技術水平有關。 每回次取出的岩心應順序排列，並按有關規定進行編號、裝箱和保管。並應註明所取原狀土樣、岩樣的數量及深度。 2、孔水文地質觀測 注意並記錄鑽進過程中沖洗液消耗量的變化。發現地下水後，應測定其初見水位及穩定水位，確定含水層頂底板標高及厚度，測量水溫，定深取水樣以進行水質分析。 3、孔內情況 鑽過過程中注意換層的深度、回水顏色變化、鑽具陷落、孔壁坍塌、卡鑽埋鑽和涌砂現象等，結合岩心以判斷孔內情況。如果孔壁坍塌及卡鑽，岩心廠礦且採取率又低，就表明岩石裂孫發育覲上於構造破碎帶中。 當鑽進過程中，迂到嚴重風華蔌裂隙十分發育的岩層、斷層破碎帶、岩溶洞穴時，岩主採取率往往很低，甚至取不到岩心，給判斷孔內情況帶來困難。鑽孔攝影和鑽孔電視彌了這一缺陷，通過對孔壁的觀察，可以對岩層的裂隙發育程度及方向、風化程度、斷層破碎帶、財溶洞穴和軟弱泥化夾層等，取得較為清晰的照片或圖像，給人以孔內直觀的感覺。目前我國水電部門使用的SK——150型鑽孔攝影儀和JZS—1型鑽孔電視機，為提高工程地質勘探的質量和鑽孔利用率，顯示了獨特的優越性。 二、坑探工程設計書的編制、觀測與編錄 （一）坑探工程設計書的編制及觀測 坑探工程的設計是在工程地質勘探總體布置的基礎上進行的。其主要內容包括：坑探工程附近的地形地質情況、坑探的目的、類型、掘進深度及其誰、施工條件、觀測與編錄內容、取樣位置和成果要求等。 坑探工程的觀察、描述內容，依其類型和目的不同，側重點有所不同，側重點有所不同，一般應有：第四系和基岩地層的時代、岩性、成分、結構構造、厚度、產狀及接觸關系；岩石的風化特點及風化殼分帶；軟弱夾層的岩性、厚度、產狀破碎泥化情況；斷裂、裂隙的組數、產狀、性質、密度、寬度以及延展、空切情況；地下水滲水點位置、特點、涌水量大小；以及不育地制裁現象的描述等。 （二）坑探工程的編錄 坑探工程的編錄工作主要是繪制展視圖。所謂展視圖，就是沿坑探工程的壁、底面所編制的地質斷面圖，按一定的制圖方法將三度空間的圖形展開。用它表示的地質成果一目瞭然，故在生產上廣為應用。 不同類型坑探工程展視圖的編制方法和表示內容有所不同，它們的比例尺一般為1：25—— 1：100。現介紹如下： 1、試坑、淺井、豎井等鉛直坑探工程展視圖，一般採用四壁輻射展開法或四壁平等展開法。前者適用於試坑，後者適用於淺井和豎井。 2、探槽展視圖一般只畫底和一壁，有時也將兩側壁畫出。如果槽長且方向、坡度有轉析時，可分段畫出，使壁與氏保持平行。 3、平硐展視圖一般將五個面全部畫出，其中硐頂分開單畫，其餘幾個面相聯展開。硐底坡度有變化時，要用高差曲線表示。第五節 工程地質勘探的布置 布置勘探工作的總要求是：以最少的勘探工作量取得盡可能多的地質資料。為此，要求工程地質人員必須明確勘探的目的和任務，做好勘探設計，將每個勘探工程都布置在關鍵部位。以發揮綜合效益。

❺ 岩土物理力學性質指標統計選用的公式

岩石的力學指標主要有抗壓強度、抗剪強度和彈性模量及變形模量等等。關於強度主要關注，岩石受到很多復雜因素影響，影響的規律也較復雜，一般受岩石的類型、完整性、風化程度及含水條件等諸多因素的控制；軟岩一般破碎、風化程度高，浸水狀態時，強度低，反之，則強度都較大。
公式一：抗壓強度計算公式如下：
p＝P/A
式中 p為抗壓強度，以每平方吋多少磅（psi）、每平方公分多少公斤為單位，P為壓力，以磅、公斤為單位，A為剖面面積，以平方公分、平方吋為單位。
公式二：庫倫定律土的抗剪強度公式如下
τ=σtanφ+c
其中φ為內摩擦角，c為土的粘聚力
公式三：彈性模量公式如下
E=2.06e11Pa=206GPa
(e11表示10的11次方)它只與材料的化學成分有關，與溫度有關。與其組織變化無關，與熱處理狀態無關。各種鋼的彈性模量差別很小，金屬合金化對其彈性模量影響也很小。
公式四：變形模量公式如下
Eo=βEsEo/Es
其比值在0～1之間變化，即一般Eo小於Es。但很多情況下Eo/Es 都大於1。其原因為：一方面是土不是真正的彈性體，並具有結構性；另一方面就是土的結構影響；三是兩種試驗的要求不同。

❻ 土力學十二個物理指標是什麼意思

土力學研究的是土的物理性質以及所受外力發生變化時土的應力、變形、強度和滲透等特性及其規律

❼ 物理中各種字母代表什麼意思

一、F：

1、表示法拉第常數：F=96485.3383±0.0083C/mol。

2、F，法拉（Farad），電容單位（國際單位制導出單位）。

3、F，表示力（Force）或摩擦力（Friction）的符號。Fn表示向上的力。

4、凸透鏡成像中f表示焦距，F表示焦點（Focus）。

5、F波段（F band），3-4GHz的無線電波段。

二、A：

1、在電學中表示電流強度的單位：安培（ampere）。

2、物理學中表示機械波的振幅也可以用A來表示。

3、a在力學中表示加速度（acceleration） a=△v/△t=s/t^2 國際單位是m/s^2 （米每平方秒）。

三、C：

1、電學：物理量--電容單位--庫侖（電量）。

2、電磁波傳播速度：c= (299 792 458±1) m/s（光波是屬於電磁波的一種，所以光速也為c）。

3、電容器（或電容， capacitor，condenser）由兩片接近並相互絕緣的導體製成的電極組成的儲存電荷和電能的器件；在電路中用字母 C 表示。

4、電池放電倍率：電池的放電倍率是指電池在規定的時間內放出其額定容量時所需要的電流值，它在數據值上等於電池額定容量的倍數，通常以字母C表示。

5、比熱容。

四、B：

磁感應強度是指描述磁場強弱和方向的物理量，是矢量，常用符號B表示，國際通用單位為特斯拉（符號為T）。磁感應強度也被稱為磁通量密度或磁通密度。在物理學中磁場的強弱使用磁感應強度來表示，磁感應強度越大表示磁感應越強。磁感應強度越小，表示磁感應越弱 。

五、G：

1、萬有引力常數，為（6.67428±0.00067）×10^-11(牛頓·米²/千克²)。

2、電學上的電力符號。

3、重力符號。

❽ 岩土塑性力學p-q平面中的p和q分別指什麼

樓上定義正解
p—q平面是子午面，p是球應力，q是偏應力
可以理解為：
p是圍壓，圍壓越大，強度越高。
q是剪應力，剪應力越大，剪切效果越強

❾ 主要的岩土性質指標及地基承載力

一、主要的岩土性質指標

（一）土的物理力學性質指標

1）土的主要物理性質指標有天然含水量、天然重度、相對密度（比重）、孔隙比、液限、塑限、塑性指數、液性指數和滲透系數等。

2）土的力學性質指標有壓縮性（壓縮系數、壓縮模量、變形模量）、抗剪強度（內摩擦角、黏聚力）和無側限抗壓強度等。

（二）岩石的物理力學性質指標

1）岩石的主要物理性質指標有天然密度、相對密度（比重）、孔隙率、吸水率、飽和系數和軟化系數等。

2）岩石的主要力學性質指標有抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度（摩擦系數、黏聚力）及變形特性（靜彈性模量、動彈性模量、泊松比）等。

二、主要的岩土性質指標經驗值及地基承載力

（一）土的主要物理力學性質指標經驗值及地基承載力

1996年，通過對深圳地區大量岩土試樣物理力學性質試驗成果的統計，並將統計結果編入深圳市標准《深圳地區地基處理技術規范》（SJG 04-96）附錄A、B、C中，經多年在工程項目中應用及不斷積累和補充，與《岩土工程試驗監測手冊》和《工程地質手冊》（第四版）中的「有關土的經驗數據」對比，提出「深圳地區第四系黏性土層和全、強風化岩的物理力學性質指標經驗值」（表2-2-53）、「深圳地區第四系黏性土層靜三軸、固結、滲透試驗指標經驗值」（表2-2-54）、「砂土的物理力學性質指標經驗值」（表2-2-55）和「深圳地區第四系砂土及風化岩體滲透系數指標經驗值」（表2-2-56）。

（二）岩石的主要物理力學性質指標經驗值

根據廣東省標准《建築地基基礎設計規范》（DBJ15-31-2003）條文說明中的表4.4.1一1（深圳地區各種岩石飽和單軸抗壓強度新老方法統計對照表），《工程地質手冊》（第四版）岩石的物理力學性指標中的表3-1-41（岩石的物理性質指標）、表3-1-42（幾種岩石力學強度的經驗數值）和表3-1-43（岩石力學性質指標經驗數據）；《岩土工程試驗監測手冊》表4.8-2（混凝土與岩石現場直剪試驗數據與有關資料）、表4.8-3（各類岩石現場直剪試驗數據及有關說明）和表4.8-4（岩石軟弱結構面、軟弱岩石現場直剪試驗數據及有關說明）等，綜合深圳地區的經驗值，編制《深圳地區岩石物理力學性質指標的經驗數據》（表2-2-57）。

表2-2-53 深圳地區第四系黏性土層和全、強風化岩物理力學性質指標經驗值

表2-2-54 深圳地區第四紀黏性土層靜三軸、固結、滲透試驗指標經驗值

表2-2-55 砂層物理力學性質指標經驗值

表2-2-56 深圳地區第四紀砂土及風化岩體滲透系數指標經驗值

表2-2-57 深圳地區岩石物理力學性質指標的經驗數據

❿ 土的物理力學性質中，這些符號代表什麼

w代表含水量
r代表重度
e代表孔隙比
Ip代表塑性指數
IL代表液性指數
a1-2代表100-200Kpa的壓縮系數
Es1-2代表100-200Kpa的壓縮模量