cq在岩土物理力学中表示什么意思

❶ 岩土物理力学性质试验

4.1.2.1 土样直接剪切试验

土的抗剪强度是土在外力作用下其一部分土体对于另外一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。测定土的抗剪强度可以提供计算地基强度和地基稳定性用的基本指标，即土的粘聚力和内摩擦角。土的内摩擦角和粘聚力与抗剪强度之间的关系由库仑公式表示:

τ=σ·tanφ+c (4-1)

式中:τ——抗剪强度，(kPa);

σ——为正应力，(kPa);

φ——内摩擦角，(°);

c——黏聚力，(kPa)。

直接对试样施加剪力的设备叫直剪仪，常用的直剪仪根据施加剪应力的特点分为应力控制式和应变控制式两种。应力控制式是分级施加等量水平剪力于土样使之受剪;应变控制式是等速推动剪切容器使土样受剪。以应变式最为常用。试样置于上下盒之间，在试样上先施加预定的法向压力，然后以一定速率分级施加水平力对试样施加剪力，可借助于与上盒相接触的量力环的变形或以所加水平力与杠杆力臂比关系确定。为求得的抗剪强度参数(c，φ)，一般至少用四五个试样，以同样的方法分别在不同的法向压力σ₁，σ₂，σ₃……的作用下测出相应的τf₁，τf₂，τf₃……的值，根据这些σ，τ_f值，即可在直角坐标中绘出抗剪强度曲线。

为近似模拟现场土体的剪切条件，按照剪切前的固结过程、剪切时的排水条件以及加荷快慢情况，将直剪试验分为:快剪、固结快剪和慢剪三种试验方法。

应变控制式直剪仪见图4-1，仪器的主要部件剪切容器是由固定的上盒和活动的下盒(应变式)或固定的下盒与活动的上盒(应力式)等部件组成。其中环刀:内径61.8mm，高20mm。位移量测设备，百分表和传感器，百分表量程应为10mm，分度值0.01mm，传感器的精度应为零级。

图4-1 应变控制式直剪仪

通过对工程地质勘察钻孔分析，针对粉土、粉质黏土分别进行直剪试验。将每一级压力下的试验结果绘制成剪应力τ和剪切变形s的关系曲线如图4 2，一般将曲线的峰值作为该级法向应力下相应的抗剪强度τ_f。

图4-2 剪应力-剪变形关系曲线

图4-3 峰值强度和残余强度曲线

变换几种法向应力σ的大小，测出相应的抗剪强度τ_f。在σ-τ坐标上，绘制曲线，即为土的抗剪强度曲线，也就是莫尔 库伦破坏包线，如图4-3所示。

直线交τ_f轴的截距即为土的粘聚力c，直线倾斜角即为土的内摩擦角φ，相关直线可用图解法或最小二乘法确定。直接剪切试验的结果用总应力法按库仑公式τ=σ·tanφ+c，计算抗剪强度指标。

试验对于砂土而言，τ_f与σ的关系曲线是通过原点的，而且，它是与横坐标轴呈φ角的一条直线。该直线方程为:τ_f=σ·tanφ

式中:τ_f——砂土的抗剪强度，(kPa);

σ——砂土试样所受的法向应力，(kPa);

φ——砂土的内摩擦角，(°)。

对于黏性土和粉土而言，τ_f与σ之间的关系基本上仍呈一条直线，但是，该直线并不通过原点，而是与纵坐标轴形成一截距c，其方程为: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，砂土的抗剪强度是由法向应力产生的内摩擦力σ·tanφ(tanφ称为内摩擦系数)形成的;而黏性土和粉土的抗剪强度则是由内摩擦力和粘聚力形成的。在法向应力σ一定的条件下，c和φ值愈大，抗剪强度τ_f愈大，所以，称c和φ为土的抗剪强度指标，可以通过试验测定。

计算公式:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

4.1.2.2 煤岩样直接剪切试验

煤岩试块直接剪切试验采用岩石直剪仪进行。其法向为与剪切力范围均应满足煤岩体赋存情况与煤岩强度上限的要求。

(1)试样制备

1)岩块试样

① 试样可用立方体(剪切面积为5cm×5cm～20cm×20cm)，或高度等于直径的圆柱体(直径＞5cm);

② 试样应用有足够刚度的钢外框包裹。试样与外框之间应贴实;

③ 测定饱和剪切强度时，应事先将试块按规定要求进行饱和。

2)具有软弱结构面的试样

① 试样应尽量保持原状结构，防止结构面被扰动;

② 试样断面尺寸按同岩块试样尺寸，结构面保持在试样高度中部;

③ 对天然含水量的试样，在试样制备过程中应尽量减少含水量的损失。试样需进行饱和时，应按《土工试验方法标准》GB/T50123^[41]规定要求进行饱和。

(2)试样数量

一组试样不得少于5个，一般应多制备1、2个样。

(3)试样描述

实验前，应对下列内容进行描述。

① 岩煤名称、组织结构、胶结物质和风化程度;

② 层理、片理和节理裂隙的发育程度及其与受剪方向的关系;

③ 结构面的填充物质和填充程度以及试样采取和制备过程中的扰动情况;

④ 测量试样尺寸，对试样进行素描或拍照。

(4)仪器设备

制备试样设备、饱和样品设备、测量试样尺寸量具、岩石直剪仪、测量法向和切向位移仪表、测量法向应力和剪切应力仪表，建议采用连续自动记录仪器。

(5)测试步骤

1)将试样至于直剪仪上，试样的受剪方向应与设计方向一致;

2)安装法向和剪切方向的加荷系统时，应保证法向力和剪切向力的合力通过剪切面的中点;

3)安装测量法向和切向位移的仪表时，测杆的支点应设置在剪切变形影响范围之外，测杆和表架应有足够的刚度;

4)所选择的法向应力，除充填夹泥的结构面测定外，一般应不小于实际应力。对于充填夹泥的结构面测定，法向应力的选择，以不挤出夹泥为原则;

5)试样上的法向应力在设计的正应力区间内分4个等级选择对应整数值施加;

6)法向荷载分4、5次施加，每5min加荷一次，加荷前后读取垂直变形，达到预定荷载之后，观测变形，直到相对稳定时能施加剪切荷载;

垂直变形相对稳定的标准应符合下列要求:

① 对于不夹泥的结构面和岩样的测定，5min的读数不超过0.01mm;

② 对于充填低塑性夹泥的结构面和煤样测定，10min的读数不超过0.05mm;

③ 对于充填高塑性夹泥的结构面和煤样测定，15min的读数不超过0.05mm。

7)剪切荷载的施加应符合下列要求:

① 剪切荷载分级施加，除低塑性和高塑性夹泥结构面试验分别采用预估最大剪切荷载的5%和10%进行施加外，其余试验按预估最大剪切荷载的8%～10%施加;

② 施加的剪切荷载引起的剪切变形超过前一级剪切荷载变形值的1.5倍时，剪切荷载减半施加，即分别按预估的最大剪切荷载的2.5%、5%以及4%～5%施加;

③ 剪切荷载的施加采用时间控制，即每5min加荷一次，并记录加荷前后的剪切向和法向位移值;

④ 试样剪断后，继续施加剪切荷载使剪应力下降到接近某一常数值，记录剪应力值;

⑤ 如需进行摩擦试验，则调整剪切位移仪表，在同级法向应力下，按上述方法进行摩擦试验;

⑥ 必要时可改变法向应力进行单点摩擦试验;

⑦ 在剪切过程中，宜用稳压装置使法向应力保持恒定，无稳压装置又遇到升压或退压情况时，要及时手动调整。

8)测定结束后，拆除仪表、翻转试样，取样按《土工试验方法标准》GB/T50123^[41]规定测定含水率，并对剪切面进行如下描述:

① 岩样破坏状态是否沿预定剪切面破坏，当不满足测定设计方案要求时，测定数据无效;

② 测定剪切面的起伏差，绘制沿剪切方向的断面高度的变化曲线;

③ 对剪切面进行素描和拍照，记述节理裂隙与剪切面的关系，测量剪断面积;

④ 对于充填夹泥的结构面，必要时记述夹泥性质、厚度。

(6)煤岩样测定数据记录与整理

1)按式(4-3)、(4-4)计算各级荷载下的法向应力和剪应力:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:σ——作用于剪切面上的法向应力，(MPa);

τ——作用于剪切面上的剪应力，(MPa);

P——作用于剪切面上的总法向荷载，包括施加的荷载、设备质量，(kN);

Q——作用于剪切面上的剪切荷载(应扣除滚轴排摩擦阻力)，(kN);

A——实测剪切面积，(cm²)。

2)绘制剪应力与法向位移、剪应力与剪切位移的关系曲线。其中剪切位移取所有测量仪表的平均值，法向位移的前后端测量仪表应取平均值。

3)根据上述曲线，确定峰值和残余强度值，以及比例极限、屈服极限等。

4)绘制各剪切阶段的剪应力和法向应力关系曲线，按库伦表达式确定相应的摩擦系数和粘聚力。

4.1.2.3 三轴剪切试验

三轴压缩剪切试验是测定土与软弱岩土的抗剪强度的一种方法。它通常用3～4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力(σ₃)下，施加轴向压力，即主应力差(σ₁-σ₃)，进行压缩剪切直到破坏;然后根据 Mohr Coulomb理论，求得抗剪强度参数。^[40]

试验采用全自动应变控制式三轴仪见图4-4，有反压力控制系统、周围压力控制系统、压力室、孔隙压力测量系统、数据采集系统及试验机等。

图4-4 全自动应变控制式三轴仪

本试验分为不固结不排水剪(UU);固结不排水剪(CU或

)和固结排水剪(CD)等

3种试验类型。一般试验采用的是固结排水剪(CD)。

三轴剪切试验的原理是在圆柱形试样上施加最大主应力(轴向压力)σ₁和最小主应力(周围压力)σ₃。固定其中之一(一般是σ₃)不变，改变另一个主应力，使试样中的剪应力逐渐增大，直至达到极限平衡而剪坏，由此求出土的抗剪强度。

试验时，将圆柱体土样用乳胶膜包裹，固定在压力室内的底座上。先向压力室内注入液体(一般为水)，使试样受到周围压力σ₃，并使σ₃在试验过程中保持不变。然后在压力室上端的活塞杆上施加垂直压力直至土样受剪破坏。

设土样破坏时由活塞杆加在土样上的垂直压力为Δσ₁，则土样上的最大主应力为σ₁=σ₃+Δσ₁，而最小主应力为σ₃。由σ₁和σ₃可绘制出一个莫尔圆。

按上述方法进行试验，对每个土样施加不同的周围压力σ₃，可分别求得剪切破坏时对应的最大主应力σ₁，将这些结果绘成一组莫尔圆。根据土的极限平衡条件可知，通过这些莫尔圆的切点的直线就是土的抗剪强度线，由此可得抗剪强度指标c、φ值。

图4-5 三轴剪切试验基本原理

将同一土样在不同应力条件下所测得的不少于2次的三轴剪切试样结果，分别绘制应力圆，从这些应力圆的包线即可求出抗剪强度指标。至于煤岩试块的三轴压缩试验，则需采用专门的岩石三轴仪进行压缩(剪切)试验以求取煤岩的三轴抗剪强度指标。

4.1.2.4 单轴抗压强度试验

煤岩单轴抗压强度的测定，一般是采用直接压坏标准试件的方法。应用材料试验机对标准试样进行抗压强度试验;如图4-6所示。采用圆柱体标准试样，直径为5cm，允许变化范围为4.8～4.2cm;高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm。当缺乏圆柱体制样设备时，允许采用5cm×5cm×10cm的方柱体。试样数量:试样数量按要求的受力状态或含水状态确定，每种情况下式样的数量一般不小于3块。

图4-6 煤岩单轴压缩试验原理图

煤岩单轴受压至破坏时的最大压应力值称单轴抗压强度，简称抗压强度，以R表示，

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:R——试件单向抗压强度，(kPa);

P——试件破坏载荷，(kN);

F——试件初始断面积，(cm²)。

4.1.2.5 抗拉强度试验

应用材料试验机，对标准试件采用直接拉伸法或间接法(劈裂法和点荷载)测定煤岩单向抗拉强度;如图4-7所示。以间接法劈裂法为例测试煤岩单向抗拉强度，试件规格:标准试件采用圆盘形

直径，厚2.5±0.2cm，也可采用5cm×5cm×10cm(公差±0.2)的长方形试件。

图4-7 煤岩抗拉强度试验

(1)试件单向抗拉强度用R_L表示，

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:R_L——试件单向抗拉强度，(kPa);

P——试件破坏载荷，(kN);

D——试件直径，(cm);

L——试件厚度，(cm)。

注:用方形试件时，D为试件高度。

(2)采用算术平均值计算并确定抗拉强度。计算结果取2位有效数字。

4.1.2.6 固结压缩试验

应用固结仪:由环刀、护环、透水板、水槽、加压上盖组成(图4-8)。测定土的压缩系数a_v，用以计算压缩模量E_s。本试验方法适用于饱和黏土。当只进行压缩时，允许用于非饱和土。

饱和土体受到外力作用后，孔隙中部分水逐渐从土体中排出，土中孔隙水压力逐渐减小，作用在土骨架上的有效应力逐渐增加，土体积随之压缩，直到变形达到稳定为止。土体这一压缩变形的全过程，称为固结。固结过程的快慢取决于土中水排出的速率，它是时间的函数。而非饱和土体在外力作用下的变形，通常是由孔隙中气体排出或压缩所引起，主要取决于有效应力的改变。

固结试验就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土，制备成一定规格土样，然后在侧限与轴向排水条件下测定土在不同荷载下的压缩变形，且试样在每级压力下的固结稳定时间为24h。

固结试验主要用于测定饱和土的压缩系数、体积压缩系数、压缩模量和回弹指数等。

某一压力范围内的压缩系数，应按下式计算:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:a_v——压缩系数，(MPa^-1);

p_i——某级压力值，(MPa)。

图4-8 固结仪

某一压力范围内的压缩模量，应按下式计算:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:E_s——某压力范围内的压缩模量，(MPa)。

固结系数可按时间平方根法或时间对数法确定

4.1.2.7 含水率试验

岩土含水率试验用于测定岩土在天然状态下的含水。岩土的含水率可间接地反映岩土中孔隙的多少、岩土的致密程度等特性。

试验采用烘干法。岩土烘干温度为105～110℃。

含水量是指岩土样在105～110℃温度下烘干至恒重时所失去的水分质量与烘干质量的比值，用百分数表示为:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:w——岩土含水率，(%);

m₀——称量盒的干燥质量，(g);

m₁——试样烘干前的质量与干燥称量盒的质量之和，(g);

m₂——试样烘干后的质量与干燥称量盒的质量之和，(g)。

土样在105～110℃温度下加热，土中自由水会变成气体挥发，土恒重后，即可认为是干土质量m₂-m₀，挥发掉的水分质量为水重m₁-m₂。

4.1.2.8 密度试验

岩石块体密度是选择建筑材料、研究岩石风化、评价地基基础工程岩体稳定性及确定围岩压力等必须的计算指标。

密度测定采用量积法、水中称量法或蜡封法。试件尺寸应大于岩石最大颗粒的10倍，试件可采用圆柱体、方柱体或立方体，蜡封法采用边长40mm～60mm的浑圆状岩块。每组试件不少于3～5个。

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:ρ——试件密度，(g/cm²);

M——岩样质量，(g);

A——试件;

H——试件高度，(cm)。

4.1.2.9 比重试验

定义比重为土在100～105℃下烘干至恒值时的质量与同体积4℃纯水质量的比值。一般采用比重瓶法。按下式计算:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:G_s——土粒比重;

m₁——瓶、水总质量，(g);

m₂——瓶、水、土总质量，(g);

G_wt——T℃时纯水的比重。

根据以上三项试验成果，可以计算干密度ρd、孔隙比e、孔隙率n、饱和度S_r、饱和含水量w_max，按下式计算:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:ρ_w——纯水在T℃时的密度，(g/cm³);其他指标同上述，含水量w值以小数代入公式。

4.1.2.10 界限含水量试验^[41]

界限含水量试验，可测定液限W_L、塑限W_P，并计算得到液性指数I_L、塑性指数I_P。

采用光电式液塑限联合测定仪。用76g圆锥仪测定在5s时土在不同含水量时圆锥下沉深度，在双对数坐标纸绘制圆锥下沉深度和含水量的关系曲线。在直线上查得圆锥下沉深度为17mm处的相应含水量为17mm液限(W_L17)，下沉深度为10mm处的相应含水量为10mm液限(W_L10)，查得下沉深度为2mm所对应得含水量为塑限(W_P)，以百分数表示，准确至0.1%。

塑性指数I_P，液性指数I_L按下式计算:

I_P=W_L-W_P(4-12)

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:W、W_L、W_P分别为天然含水率、液限及塑限。

分别按17mm液限(W_L17)、10mm液限(W_L10)计算塑性指数I_P17、I_P10、I_L17、I_L10。4.1.2.11 软弱岩土流变试验

(1)岩土的流变性能

许多滑坡地质灾害发生的实例和研究表明:边坡岩体中的软弱夹层往往是对边坡稳定与变形直至发生滑坡起着控制作用的岩土，它的试验研究包含二个重要方面:一是强度大小，二是变形特征。除了研究软弱岩土在瞬时应力作用下岩石的破坏特征和强度外，还必须研究岩土特别是对边坡稳定起控制作用的软弱夹层岩土的流变特性(蠕变)，因此需对边坡稳定起控制作用的软弱岩土测定岩土的流变强度—长期强度及有关流变(蠕变)参数。

在岩体上施加某一荷重后，岩体将产生瞬时的弹性变形，在温度不变的情况下，如果保持这一荷重为定值，其变形将随时间的延长而增长，这就是岩体的流变现象。对于时间效应明显的露天煤矿边坡及顺层岩体边坡软弱岩体，其长期强度是非常重要的。

岩土的流变性能主要包括四个方面:

① 蠕变特性—在荷重作用下，应变ε随时间t而逐渐增长的现象;

② 松弛特性—当应变ε一定时，应力σ随时间t而逐渐减小的现象:

③流动特性—当时间一定时，应变速率

与应力σ的关系;

④ 长期强度—在一定时间内，强度τ与时间t的关系。

典型的岩土蠕变分为三阶段，见图4 9所示:^[42]

图4-9 典型蠕变三阶段曲线

1)初始蠕变，开始时蠕变速度较快，然后过渡到一恒定蠕变区。图中0-A段为初始蠕变阶段。

2)稳定蠕变，如图H-B段，在该区内，蠕变呈恒速增长，此时蠕变速度较小并不发生破坏。

3)加速蠕变，当达到一定的时间后，变形超过恒定蠕变区，则急剧增加，直至破坏，即图中B-C段。

当应力较小时，无论多长时间都不会发生加速蠕变，这样的蠕变为稳定蠕变;但当应力达到一定值，蠕变将进入加速蠕变区，这样的蠕变为不稳定蠕变，由二区进入三区的临界值，就是我们所要测定的岩土的长期强度-流变强度。

(2)直剪流变试验

流变试验设备:对于土或软弱夹层中的泥化夹层，可以选用直剪流变试验仪或采用四台等应力直剪仪，直接在恒温恒湿、防扰动的环境里(如地下室)进行流变试验。对于硬岩或较硬岩石，则选用岩石剪切流变仪，这是一种中型直剪流变仪，适用于岩石、混凝土快剪及流变试验。该机水平最大剪力可达1000kN，垂直压力达400kN，水平和垂向最大行程50mm，试样尺寸三种规格:100mm×100mm×95mm，150mm×150mm×145mm、200mm×200mm×195mm，稳压系统由电动泵、蓄能器、充油阀、稳压阀、压力指示表等组成，能对水平压力(稳压范围40Pa～320×105Pa)和垂直压力下(稳压范围35Pa～260×105Pa)试件进行长期稳压，以进行各种要求的流变试验。

试验方法主要介绍最常用的软弱岩土的直剪流变试验方法。

首先对试验岩土进行快剪试验，取得不同法向力级的剪应力破坏值σ_i和τ_i，然后按下式确定流变试验相对应正压力和剪切荷载等级梯度:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:τ_0i为对应不同法向力σ_i的剪切等级剪应力，(kPa);τ_i为对应不同法向力σ_i下的快剪强度，(kPa);K为土岩介质性质系数，一般取K=0.5～0.85;n为流变试验线性范围分级数n=4～6。

一般按4级(i=4)正应力进行，正应力大小可根据土岩赋存深度或土岩强度确定，然后按上述得出的流变试验方案由小到大(τ_0i)分级进行。每一级剪力维持一周，每天测取蠕变变形量，得出每一级σ_i和τ_0i下的剪切蠕变变形γ-时间t关系曲线，n周之后可得4组(i=4)剪切蠕变变形γ—t数据，在试验过程中要根据试验结果(主要是变形情况)对τ_0i进行适当调整。一般至最后一级τ_0i时试样均能发生破坏。一组4个试样，试验历时2个月以上。

根据4组γ-t数据，采用应变叠加原理可以绘制不同正应力σ_i下的4组剪应力τ-剪切应变γ的叠加曲线，见图4-10～图4-13;根据叠加曲线绘制各种时间的剪应力τ与剪应变γ等时线簇，见图4-14～图4-16。

图4-10 剪应变叠加曲线σ=50kPa

图4-11 剪应变叠加曲线σ=100kPa

由以上两套图可以看出:如施加的剪应力τ＜τ_∞，γt曲线呈示a型，呈趋稳定性蠕变;而当τ＞τ_∞时，曲线呈b型，即经减速、等速、加速三个阶段发展至破坏—即非稳定蠕变:c型属于过渡型。剪应力等级分得越细，试验时间愈长，则试验成果的精度愈高。但一般受时间限制，剪应力分4、5级。时间每一等级试验(稳压)七天就基本可以满足边坡软岩流变试验的要求。

图4-12 剪应变叠加曲线σ=150kPa

图4-13 剪应变叠加曲线σ=200kPa

图4-14 剪应力—剪应变等时线簇σ=50kPa

图4-15 剪应力—剪应变等时线簇σ=100kPa

图4-16 剪应力—剪应变等时线簇σ=150kPa

根据叠加曲线及等时线簇，绘制剪切模量G与时间t的关系曲线。剪切模量G=τ/γ，即剪应力与剪应变关系曲线的斜率。不同的剪切历时有不同的剪切模量。一般来说，它是随着剪切历时的增长而降低.它描述了土骨架在剪应力作用下粘滞流动的时间效应，是表征夹层流变性质的重要参数之一，见图4-17、图4-18所示。

据这两组曲线，还可绘制以剪切速率(γ=dγ/dt)为纵坐标，以剪应力(τ)为横坐标的流动曲线，它表明了在一定含水量和一定密度状态下，剪切速度—剪应力的关系，根据此曲线可以计算出软弱夹层的粘滞系数η和松弛周期M。流动曲线见图4-19所示。

图4-17 剪应力—剪应变等时线簇σ=200kPa

图4-18 剪切模量—剪切历时关系曲线

图4-19 流动曲线-(剪切变形速率—剪应力)

根据以上流变试验曲线和流变理论，可以确定软弱夹层的流变特性参数。

(3)软弱夹层蠕变模型

根据软弱岩层的稳定蠕变和非稳定蠕变两种类型，分别建立蠕变模型。

1)稳定蠕变模型

当剪应力τ小于其长期强度τ_∞时，整个蠕变过程包括以下几个阶段:瞬时应变、初始蠕变、稳定蠕变。瞬时应变后，进入初始蠕变阶段，应变速率由大逐渐变小，而后过渡到稳定蠕变阶段，当t→∞时，应变量最终趋于一稳定值，稳定蠕变过程不会过渡到加速蠕变过程，因此不会影响边坡的稳定和安全，其蠕变方程为:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:G₀——瞬时剪切模量，(kPa);

τ——剪应力，小于τ_∞，(kPa);

G_∞——长期剪切模量，(kPa);

η₁——蠕变初始段的粘滞系数，(kPa·h);

t₁——蠕变初始段时间，(h);

t₂——t₁至某一时间或t₁至无穷大t_∞的时间。67

因为整个蠕变曲线是连续的，所以从初始段向稳定段过渡时，其应变速率应相等，因而对上述方程求导数可求得由初始蠕变向稳定段过渡的时间t1，或者从试验曲线判断t₁，平衡方程为下式:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

这种稳定蠕变模型可采用修正凯尔文模型表征其应力—应变—时间关系。

2)非稳定蠕变模型

当剪应力τ大于长期强度τ_∞时，整个蠕变过程包括以下几个阶段:瞬时应变γ₀，初始蠕变γ₁，等速蠕变γ₂，加速蠕变γ₃，直至岩体破坏，其蠕变方程如下:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:G′₀——τ大于τ_∞后的瞬时剪切模量，(kPa);

G′_∞——τ大于τ_∞后的长期剪切模量，(kPa);

η′₁——τ大于τ_∞后的初始段粘滞系数，(kPa·h);

η′₂——τ大于τ_∞后的等速段粘滞系数，(kPa·h);

η₃——加速段的粘滞系数，(kPa·h);

t₁——初始蠕变段时间，(h);

t₂——等速蠕变段时间，(h);

t₃——加速蠕变段时间，(h)。

当τ＞τ_∞时，在初始蠕变之后出现等速蠕变，这时应在凯尔文模型后串联-宾哈姆体。等速段向加速段的转化，主要决定于应变量的积累，当应变达到一定值γ₂时，进入加速蠕变，粘滞系数η₃随时间不断减少，可以用一变η₃牛顿粘筒表示。在蠕变过程中，可使蠕变由速率最小的γ_min逐渐增大，直至破坏。

由于等速蠕变转化为加速蠕变，主要靠应变控制，故为非稳定蠕变的模型，它与上述的蠕变方程是对应的，这与中科院地质所长春地质学院对泥化夹层蠕变模型的研究成果是一致的。

由蠕变τ-γ曲线可以看出，当τ＞τ_∞之后，曲线斜率有变化，说明G和η有变化，公式中的G₀′、G′_∞，η值均应用超过τ_∞以上的数值。

煤矿露天井工联合开采理论与实践

蠕变破坏时间根据室内试验或现场观测资料，用经验公式来估算，法恩依据室内试验资料建议的经验公式为:

lnt_r=0.75-0.92lnξ_min (4-19)

式中:t_r——从蠕变开始计算的破坏时间;

ξ_min——最小蠕变速率(等速段应变速率)。

如果在边坡岩体等速蠕变段不采取任何措施，如疏干排水，减重、加固支挡等，那么等速段的发展，必然导致加速段的出现，这表明岩层结构遭到破坏，边坡将很快失稳破坏。

加速段的应变增量为:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

η₃是一个变量，与应变速率、蠕变积累量和蠕变时间有关，目前还难以由理论分析确定，只能通过试验资料分析确定，但这次仍未观察到由等速段到加速段全过程的试验资料，因而难以由试验资料确定。斋腾通过室内试验的分析，得出加速段的应变用下式表达:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:A——试验常数;

t_r——等速段开始至蠕变破坏时间;

t₂——加速段开始的时间;

t——加速段蠕变延续时间;

t′_r——加速段开始至蠕变破坏时间。

法恩建议的应变速率开始增加至破坏时间的时间间距经验公式为:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:tt_r——由t开始到达破坏所需时间;

ξ——应变速率开始增加时的应变速率。

加速段的变形量γ为:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

式中:d——试验常数，由试验数据求出，

这样，当τ＞τ_∞时，整个蠕变方程也可写为:

煤矿露天井工联合开采理论与实践

根据蠕变方程，可以用来估算蠕变过程的总变形量，从而进一步推断破坏时间。

❷ 岩土物理力学性质指标的统计与选择

为使试验资料可靠和适用，应进行正确的数据分析和整理。勘察资料的整理是在搜集原始资料基础上，收集现有的岩土工程勘察资料，进行初勘、详勘等有关勘察资料的整理，结合岩土工程测绘、勘探、测试、检验与监测所得各项原始资料和数据的基础上，进行岩土物理力学性质指标的统计与选择。整理时对试验资料中明显不合理的数据，应通过研究分析其原因(试样是否具有代表性、试验过程中是否出现异常情况等)，或在有条件时，进行一定的补充试验后，再决定对可疑数据的取舍或改正。

岩土物理力学性质指标可分为两类：一类是评价指标，用以评价岩土的性状，作为划分地层鉴定类别的土主要依照；另一类是计算指标，用以设计岩土工程预测岩土体在荷载和自然因素作用下的力学行为和变化趋势，并指示施工和监测。

工程上对这两类岩土参数的基本要求是可靠性和适用性。可靠性是指参数能否正确反映岩土体在规定条件下的性状，能比较有把握地估计参数值所在的区间。适用性是指参数能否满足工程设计计算的假定条件和计算精度要求。岩土工程勘察报告应对主要参数的可靠性和适用性进行分析，并在分析的基础上选定参数。

岩土参数的可靠性和适用性，在很大程度上取决于土体本身的结构性和取样时受到扰动的程度及试验标准。土体本身的结构性是影响参数取值的内因，结构性越强的土体受到扰动的可能性越大；而影响到参数取值的外因是取样器和取样方法、试验方法和取值标准。通常是通过控制外因来提高岩土参数的可靠性和适用性。

通过提高取样器质量和采用最佳的取样方法，来尽可能地减少对岩土体样品的扰动，减少数据的离散性。对同一土层的同一指标。采用不同的试验方法和标准时常会发现，所获数据差异很大。例如，不同的直剪试验方法(快剪、固结快剪、慢剪)其抗剪强度参数有较大的区别：若土体是含水率较高的粘性土体，则参数的差异值更大。因此，要根据不同的工程要求等情况，来确定试验方法与标准。目前我国基本上对不同的试验项目规定了相关的试验方法和标准，这个标准就是中华人民共和国国家标准：《土工试验方法标准》(GB—T50123-1999)。考虑到岩土参数是随机变量，变异性较大，该规范还规定了试验参数的统计方法。因此，岩土工程师在进行岩土工程设计计算时，不仅要掌握岩土参数的数据、而且要了解取样和试验问题，针对岩土体的非均质性和各向异性以及参数测定方法、条件与工程原型之间的差异等种种原因，对岩土参数的可靠性和适用性进行评价。

土工试验测得的土性指标，可按其在工程设计中的实际作用，分为：一般特性指标和主要计算指标。前者如土的天然密度、天然含水率、土粒比重、颗粒组成、液限、塑限、有机质、水溶盐等，系指作为对土分类定名和阐明其物理化学特性的土性质指标；后者如土的粘聚力、内摩擦角、压缩系数、变形模量、渗透系数等，系指在设计计算中直接用以确定土体的强度、变形和稳定性等力学性质的土性质指标。

对一般特性指标的成果整理，通常可采用多次测定值x_i的算术平均值，并计算出相应的标准差σ和变异系数δ，以反映实际测定值对算术平均值的变化程度，从而判别其采用算术平均值时的可靠性。

算术平均值

的计算公式为：

土体原位测试与工程勘察

式中：

x_i为指标测定值的总和；n为指标测定的总次数。

标准差σ按下式计算：

土体原位测试与工程勘察

标准差虽然是衡量参数离散程度的尺子，但由于它是有量纲的，不能用来比较不同参数的离散性，即无法进行相互比较。为此引入了变异系数的概念来评价岩土参数的变异特征。变异系数是无量纲的，使用上比较方便，故在国际上是通用的指标。

变异系数δ按下式计算，并按表8-1来评价变异性。

土体原位测试与工程勘察

表8-1 参数变异系数

按变异系数的大小，可划分变异性的不同等级(变异类型)，它有助于岩土工程师定量地判别评价岩土参数的变异特性，以便提出不同的设计参数值。

对于主要计算指标的成果整理，如果测定的组数较多，此时指标的最佳值常接近于诸测值的算术平均值，故可按一般特性指标的方法确定其设计计算值，即采用算术平均值。但通常由于试验的数据较少，考虑到测定误差、土体本身的不均匀性和施工质量的影响等，为安全考虑，对初步设计和次要建筑物宜采用标准差平均值，即对算术平均值加(或减)一个标准差的绝对值，即：

±｜σ｜。

对不同应力条件下测得的某种指标(如抗剪强度等)，应经过综合整理后求取。在某些情况下，尚需求出不同土体单元综合使用时的计算指标。这种综合性的土性指标，一般采用图解法或最小二乘法分析确定。

(1)图解法：将不同应力条件下测得的指标值(如抗剪强度)求得算术平均值，然后以不同应力为横坐标，指标平均值为纵坐标作图，并求得关系曲线，确定其参数(如土的粘聚力c和角摩擦系数tgφ)。

(2)最小二乘法：根据各测定值同关系曲线的偏差的平方和为最小的距离原理，求取参数值。

(3)当设计计算几个土体单元土性参数的综合值时，可按土体单元在设计计算中的实际影响，采用加权平均值，即：

土体原位测试与工程勘察

式中：x_i为不同土体单元的计算指标；w_i为不同土体单元的对应权。

❸ 地质招告中r,c,Φ分别表示什么意思

r,c,Φ：是土的物理力学指标，其中：
r：比重
c：粘聚力
Φ：内摩擦角

❹ 地勘探孔中，图中的r,c,等各代表什么意思

工程地质物探与勘探的任务，主要有以下各项： （一）详细研究建筑场地的岩性及地质结构。研究个地层的性质、厚度、纵向和横向变化，进行地层划分并确定其接触关系；基岩的风化深度及风化岩石性质，划分风化带研究岩层的产状、裂隙发育程度及随深度的变化；褶皱、断裂、破碎带以及其它地质结构现象的空间分布、变化的特点。提供岩石右钻性和岩体强度、结构面发育等定量指针。 （二）查明水文地质条件。了解含水层和隔水层的分布厚度、性质及其变化，地下水位（水头）等。 （三）研究地貌及物理地质现象。查明各种地貌形态，如河谷阶地、洪积扇、斜坡的位置和结构等。研究各种物理地质现象，如岩溶的规模及发育深度，滑坡的范围、滑动面位置、动态等。 （四）取样及提供野外试验条件。从勘探工程中采取岩土样及水样，供室内试验及分析鉴定用。在勘探工程中可作各种野外试验，如岩土力学性质试验、地应力量测、水文地质试验等。 （五）其它项目。如利用勘探工程布置地下水及各种工程动力地质现象的长期观测，进行井下摄影及井下电视、灌浆等工程处理。 物探可以说是一种间接的勘探工作，它可以简便而迅速地探测地下地质情况，与测绘工作相配合尤为适宜，又可为勘探工作的布置指出方向。物探成果亦须由勘探工作来证实。勘探工作包括钻探和坑探两种，能较可靠地了解地下地质情况，万其是坑探工程，勘探人呐可以直接在其中观察测量；但是它耗费人力和资金较多，周期也长，因此使用时应具经济观点。布置钻探和坑探工程，要以测绘和物探工作为基础。考虑到物探和勘探各自的优缺点，在布置工作时应综合运用，互为补充。 一个工程在不同的勘察阶段，物探 和勘探往往是配合测绘工作的，而应较多地采用物探手段，钻探和坑探主要用来验证物探成果和取得基准剖面。随着勘察程度的提高，为了深入研究各种工程地质问题，以进行确切的分析、评价，钻探和坑探工程将愈来愈被广泛地采用，成为主要的勘察手段，而物探工作则作为勘探工程的辅助手段。本章重点论述物探和勘察在工程地质勘察中的适用条件，所要解决的主要问题，统计局萧要求。心肝及勘探工作的布置、设计及施工顺序等问题。 工程地质物探 物探的全称为地球物理勘探，它是以专门仪器来探测地表层各种地质体的物理场，从而进行地层划分，判定地质构造、水文地质条件及各种物理地质现象的一种勘探方法。 由于地质体具有不同的物理性质（导电性、弹性、磁性、密度、放射性等）和物理状态（含水率、裂隙性、固结程度等），就为利用物探方法研究各种不同的地质体和地质现象提供了物理前提。所探测的地质体各部分之间以及该地质体与周围地质体之间的物理性质和物理前提。所探测的地质体各部分之间以及该地质体与周围地质体之间的物理性质和物理状态差异愈大，使用这种方法就愈能获得比较满意的结果。 需要指出的是，物探方法虽能简便而迅速地探测地下地质情况，但由于它经常受到非探测对象的影响和干扰，心肝及仪器测量精度的不够，其所得判断和解释的结果往往较为粗略，且有多解性。所以，在物探工作之后，还常须用钻探或坑探来验证，以获得确切的地质成果。物探工作的方法有电法勘探、地震勘探、重力勘探、磁法勘探、核子勘探以及地球物理测井等，在工程地质勘察中运用最普遍的是电法和地震勘探。 一、电法勘探在工程地质勘察中的应用 将各个电测 点所得地质资料边成剖面，即为物探地质剖面，它如同利用钻孔资料所墨守成规的剖面（图3—3） 环形电测深法是利用对称四极装置改变其方向，测量同一点的视电阻率。它可用来确定各向异性很明显的地质介质，职陡立岩层的走向、断层破碎带与含水裂隙带的延伸和岩溶发育的主导方向，以及它随深度的变化情况等。图3—4是利用环形电测深法所测得的裂隙主导走向为N10°W（椭圆长轴所指方向）。这个方向在不同极呓（即不同深度上）都是稳定的。 但是，钻探方法也有它一定的缺点，主要是：一般难于进行直接观察；一些有重大工程地质意义的软弱层（破碎泥化夹层、风化夹层等）和构造破碎带，往往不易取得岩心，以致达不到地质要求。为了克服上述缺点，近十余年来发民兵了钻孔摄影技术和钻孔电视以及便于地质人员能直接下井观测的大口径钻孔，使用效果良好。 二、工程地质钻探的特殊要求 工程地制裁钻探是为工程建筑物的设计、施工服务的，它多具综合目的，因而在钻进方法、钻孔结构、钻进进程中的观测编录等方面均有特殊要求。 工程地质钻探 对岩心采取率要求校高，一般岩层不能低于80%；对工程建筑物至关生要的软弱夹层和断层破碎带也不能低于60%，但往往不易取得岩心。为保证获较高的岩心采取率，针对不同的勘探对象应采用相尖的钻进方法。如在软弱地层或断层破碎带中钻进时，要昼养活冲洗液或用干钻，降低钻速，缩短钻程，最好采用双层岩心管。近年来，黄河水利委员会在水浪底水利枢纽勘察中，革新钻具，采用套钻和化学树脂胶合的措施，几乎可以100%地采取泥化夹层和断层破碎带的岩心。在土层中钻进时，以采取干钻为宜，并应适当缩短钻程。 为了保证准确地测定地下水位和水文地质试验工作的正常运行，必须按含水层的位置和试验工作的要求，确定孔身结构及外电进方法。对不同的含水层要换径并分层止水，加以隔离。含水层愈多，换径和分层止水的次数就愈多。一般的工程地质钻孔终孔直径为91MM，根据换 径次数及位置，即可确定孔身结构。。若在基岩面以一的砂卵石层中作抽水试验干钻，不允许使用泥浆加回孔壁的办法。一般钻孔要直，不能发生弯曲；孔壁要求光滑规则，同一孔径段应大小一对敌。这些要求在钻探操作工艺上给予满足。 钻孔水文地质观测，是工程地质钻探的一项重要工作，借以了解岩层透水性的变化，发现含水层和得知其近似水位并掌握各含水层之间的水力联系等。在外钻进过程中应按水文地质钻探的要求，做好孔中水位测量，测定冲洗液消耗量及外电孔涌水量、测量水温等工作。在工程地质钻探中，为了研究岩土的物理力学性质，经常要采取岩土槔。坚硬岩石的取样可利用岩心，但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时，必须采取特殊措施。为了取得质量可靠的原状土样，则必须配备专门的取土器，燕应注意取样方法和操作工序，以尽量使土倦不受或少受扰动。为达到上述的特殊要求，钻探人员应严格按规定操作，不能盲目追求进尺。 三、工程地质钻探常用的钻探方法和设备 自然地质条件是复杂的，各种钻探方法和设备都有一定的使用条件，选择钻探方法和设备时，应视钻探的目的和地质条件而定。目前，工程地质勘探中常用的钻探方法、钻具及其使用条件和优缺点列于表3—2中。 由表列可知：钻探方法可分为冲击钻探、回转钻探、冲击回转钻探和振动钻探等四种。在工程地质勘探中主要采用冲击钻探和回转钻探：按动力来源又可将它们分为人力的和机械的两种。机械回转钻探钻进效率高，孔深大，又能采取岩心，所以在工程地质勘探中使用最为广泛。目前，国内外正在大力革新钻探技术，逐步朝着全液压驱动、仪表控制、勘探与测试相结合的方向发展。近年来，法国生产的FORACO-V。P。R。H钻机可称得上是钻探技术革新的代表，它兼具振动、冲击、回转钻进，又可作静力和动力触探试验，操作全由仪表控制，由机械手拧卸钻具，钻进效率高，适用于工程地质勘探。 为了研究工程土体的物理力学性质在工程地质勘察中，应结合勘探工作采取原状土样。但是在钻孔中采取原状土样时受到很多因素影响，其中主要的是取土器的结构和取土实用。下面介绍几种常用的取土器。 1、限制球阀式取土器在取土过程中，进入取土器内的液体、气体将球顶起排出；当取土停止时，由于球上部弹簧的作用将球压回原阀座位置，以起封闭作用，。这种球阀装置密封可靠，但要选择适当的弹簧强度，调节到适当的压力。球的直径与排水孔的直径要互相适应，以便于水、气、泥排出。 2、上提橡皮垫活阀式取土器土样进入取土筒时，取土器内的水、气、泥由活阀上部排排出，。上提钻杆时，橡皮垫封闭活门，即可取上土样。 3、回转压入式取土器有两层管，外管回转（带有合金钻头或螺旋），内管压入。内管一般球阀式取土器类似，上部是球阀封闭。这种取土器适用于深层取土。 4、水压活塞式取土器活塞式取土器的下口一下处于封闭状态，在贯入土时，取土筒下压使土样进入，活塞静止，土样上部不随任何压力，也不受钻孔内冲洗液的影响。这种取土器是借助于水泵的压力推动活塞使取土筒进入土层。在取土器下入孔底时，一个活塞将取土器下口封闭；压土时，上部活塞带动取土筒下压而采得原状土样，如图3—13所示。 以上四种取土器适用于采取粘性土的原状土样。采取砂类土和饱水软粘土是很困难的，要使用特制的取土器。近年来，我国水电勘察部门研制了厚壁管靴长筒上提 活阀式取土器，反旋活阀分节取土器和真空活塞取砂器等，采取地下水位惟下的原状砂类土和软粘土样，效果较好。原状土样的采取方法主要有三种： （1）击入法：适用于较硬的土层中取样，又可分为孔外及孔内的轻锤多击法和重锤少击法。实践证明，孔内的重锤少击法取样效果好，效率高而土样扰动小。 （2）压入法：适用于较软的土层中取样，又可分为连续压入和断续压入法。连续压入法是借助活塞油压筒或钢绳滑轮组合装置，将取土器一次快速均匀地压入土中，土样的扰动较小，当采用连续压入法无法将取土器压入土层时，则可采用断续压入法。 （3）振动法：当振动钻进进，可利用振动器的振动作用将取土器压入土中。 这种方法对土样的边缘部分扰动较大。易受振动液化的土层不适用。为了保证土样的质量，除了对取土器和取土方法进行选择外，还应注意钻探方法、钻、孔结构、清除孔内残土、操作方法、和土样封存及运输等各顶问题。 四、工程地质勘探钻孔类型及其适用条件 钻孔的类型指的是钻孔的角度及其方向。钻孔的角度即是钻机的立轴钻杆与地平线的夹角，也叫做钻孔倾角。按照钻孔倾角及其变化情况，可将钻孔分为铅直孔、斜孔、水平孔和定各孔四种。在进行工程地质勘探时，窨采用何种角度及方向的钻孔，需视钻孔的具体任务及地形地质条件而定。为了能取得尽可能多的地质资料，又节省钻探工作量钻进方向最好与不同岩性接触面或断层面垂直，但是在实际上往往不易达到，一般要求基夹角不中于20°。 （一） 直孔 倾角90°。在工程地质钻探中此类孔最常用，适于查明岩浆岩的岩性岩相、岩石风化壳、基岩面以第四纪覆盖层厚度及性质、缓倾角的沉积及断裂等。作压水试验的钻孔一般都采用铅直孔。 （二） 斜孔 倾角小于90°，且应定出倾斜的方向。当沉积岩层倾角较大（﹥60°），或陡倾的断层破碎带，常以与岩层或断层倾向相反的方向斜向钻进。在水利水电工程地质勘探中，常用斜孔探查河床下的地质结构。尤其是在河床不很宽而水流湍急的峡谷中 ，可在两岸以斜孔向河底交叉钻进，既可较好地控制河床下的地质结构，又可以养活或避免河中布孔进行水上钻探的困难。但是斜孔钻进技术要求较高，常易发生孔身偏斜，而使地质解释工作产生误差，在软硬相间的岩层中钻进，此现象尤为严重。 （三） 水平孔 倾角多为0° 。一般在坑探工程中布置，可作为平硐、石门的延续，用以查明河底地质结构、进行岩体应力量测、超前探水和排水。在河谷斜坡地段用以探查岸坡地制裁结构及卸葆裂隙，效果也较好。 （四） 定向孔 采用一些技术措施，可使钻孔随着深度的变化有规律地弯曲，进行定向钻进，如岩层上缓下陡进，或在一个孔中控制多个定向分枝孔，共同钻探同一目的层，或在一个孔中控制多个定向分枝孔，共同钻探同一目的层。定向钻进的技术措施比较复杂。近年来，国内外广泛采用在一个孔位上钻多个不同方向的定向斜孔的布置方案，效果极佳。 五、大口径钻进和小口径（金刚石钻头）钻进在工程地质勘探中的应用 （一）大口径钻进 工程地制裁勘探钻孔的孔径，大多数是168MM开孔，91MM终孔，这样的孔身结构能够满足一般的勘探、试验要求。但是在特殊情况下，譬如为了探查坝基软弱夹层和强透水带的位置及展布方向、断层破碎带和缓倾角裂隙的产大辩论和特征，以及为了检查基础的灌浆质量和混凝土的浇筑情况，就需按照工程地质的要求，打一些大口每项钻孔，以工程技术人员进入孔中直接观察和测量。。 大口径钻孔主要在水电工程地质勘探中采用。我国于1963年在丹江口坝直址打成了第一口大口每径钻孔；之后，葛洲坝、小浪底、偏窗子、三峡等水利枢纽工程中相继采用，均取得 很好的勘探效果。面且承担了大坝基础处理等任务。 由于大口径钻孔能够让勘探人员直接进入其中观测和取样，准确地搜集到第一性地质资料，因而避免了用一般勘探耗费大量进尺而未能搞清某些地质现象和问题的弊病。它也代替了施工复杂的竖井工程，而且由于无爆破震动，可以保持岩层的天然状态。 大口径钻探方法有冲击钻进和回转钻进，在工程地质勘探中主要使用后者，其孔径分别1150、1050、950和750MM，孔深 30—60M，可以取得财心。钻具是在现有设备基础上改装的，主要包括钻头、岩心管、取粉管、钻杆等。除钻具外，还应配备吊笼、绞国及潜水泵等必要的设备。 大口径钻进的工作情况如图3—18所示。 （二） 小口径（金刚石钻头）钻进 近年来，我国在工程地制裁勘探中逐渐推广小口径的金刚石钻进。这种钻进有很多优点：能钻进极硬的岩石，使用寿命长，钻进效率高，岩心采取率高，且岩心完整度好；孔径均匀，孔壁光滑，钻弯曲度小；钻进时平稳，设备的磨损小，能量消耗少；重量轻，搬运方便等。金刚石钻具主要包括金刚石钻头、金刚石扩也器、岩心卡簧及金刚石钻进用岩心管。金刚石钻头目前生产有直径76、66、46、36MM等几种规格，较一般的钻头要小得多，故称之为“小口径”。这种钻头是将金刚石颗粒镶嵌在钻头唇部，利用金刚石的硬度磨削岩石钻入地层。金刚石钻进一般均使用双层岩心管。从小泵送来的冲洗液，经内、外管之间的间隙而到达孔底，可减少对岩心的冲刷影响。 采用小口径（金刚石钻头）钻进，在操作上必须注意的是：在任何情况下都不允许无水钻进否则发生高热会烧毁金刚石，用过钢粒钻进的孔，不能再下入金刚石钻头，因孔底遗留钢粒，在冲击振动时会使金刚石损坏；若镶嵌的金刚石颗粒掉落孔底，应即打捞，否则会使整个金刚石钻头遭到损坏；钻进中若迂软弱夹层及裂隙发育的地层，应特别注意降低压力及转速。由于在砾石层、砾岩及硬脆破碎地层中钻进时，冲击振动很大，对金刚石的包镶金属磨耗很快，故一般不采用金刚石钻进。 金刚石钻进虽有很多优点，可是它的孔径过小，有能作现场水文地质试验。 六、声波测井在工程地质钻探中的应用墀测井是一种地球物理勘探技术，它的物理基础是研究与岩石性质密切相关的声振动沿钻井的传播特征。它具有快速，轻便的优点。近十余年来在国内外逐渐推广应用，我取得了较好的效果。 声波测井可充分利用已有的钻孔，结合地质调查，了解基岩风化壳的厚度、物征，进行分带，查明深部地层的岩性特征，进行地层划分，确定软弱夹层的层位、深度和厚度；寻找岩溶洞穴和断层破碎带；研究岩石的某些物理力学性质，进行工程岩体分类等。与其它测井方法密切配合，还可怜全部或部分代替岩心钻探，开展无岩心钻进。总之，声波测井在工程地质钻探中的应用是多方面的。 目前所应用的声波测井方法主要有以下三种：一是根据墀传播速度研究地质体性质的墀速度测井；二是根据墀振幅的衰减反映岩层性质的墀幅度测井；三是利用墀在井壁上的反向我了解井壁结构情况的专长波电视测井。其中应用最多的是声速测井。 声速测井的装置如图3—19所示，为单发射双接收型的。两个接收器R1、R2的距离为L。沿井壁的滑行波到达两个接收器的时间差为△t，具有 L △t = —— V2 △t表示声波通过厚度为L的一段岩层所需的时间，习惯上把它换算为通过一米岩层所需的时间（叫做旅行时间），单位为μs/m。由时差△t即可求出声波在岩层中的传播速度V（m/s）: V=-106/△t 三峡水利枢纽坝基为前震旦纪的石英闪长岩和闪云斜长花岗岩，经大量声波测并工作后获得的各风化带纵波速度值列于中。 由于没风化带内，岩石组织结构、矿物万分和风化程度不同的岩石所占比例及分布，状况不同，因而不但波速不同，而且声速曲线的形态也不相同。剧风化带的波速值跳跃范围不大，曲线形态以不规则的方形锯齿为主。强内化带中，当坚硬和半坚硬岩石碎块与疏松相互掺杂时，波速值跳跃范围大而密，曲线形态为紧密排弄的长尖刺状锯齿。微风化带的声速曲线摆动幅度较小。四川某坝基48号孔的综合柱状；图，可以用来说明应用声波测勘查断层破碎带的效果。从声波曲线的整个背景值来看，代表二叠纪斑状玄武岩的V为3700-4400m/s，V为2300m/s. 但在标高390m附近，却出现了一个明显的低值异常，V、Vs分加紧为2150和1350m/s，几乎相当于政党值的一半。进行幅度观测时，声波能量吸收衰减强烈，振幅大大下降。经分析，该处是断慨角砾岩，岩体十分破碎。 七、钻孔设计书的编制、钻孔观测编录及资料整理 （一）、钻探工作耗费资金较大，应尽可能使每一个钻孔都发挥综合效益，取得较多的资料。为此，工程地质人员除了编制整个工程地质勘探设计外，还应逐个编制钻孔设计书，以保证钻探工作达到预期的目的。 钻孔设计书的内容要点应包括： 1、钻孔附近的地形、地质概况及钻孔的目的。钻孔的目的一定要充分说明，使施钻人员和观测、编录人员明确该孔的意义及钻进中应注意的问题，这对于保证钻进、观测和编录工作的质量，都是至关重要的。 2、钻孔的类型、深度及孔身结构。应根据已掌握的资料，绘制钻孔设计柱状剖面图，说明将要迂到的地层岩性、地质构造及水文地质情况等，据以确定钻进方法、钻孔类型、孔深、孔和终孔直径，以及换径深度、钻进速度及固壁方法等。 3、工程地质要求。包括岩心采取率、取样、试验、观测、止水及编录等各方面的要求。编录的项目及应取得的成果资料有：钻孔柱状剖面、岩心素描（或照相）、钻进观测、试验记忆录图表及水文地质日志等。 4、说明钻探结束后对钻孔的外理意见，留作长期观测抑或封孔。 （二） 孔的观测与编录 为了全面、准确地反映钻探工程第一性地质资料，在钻进过程中必须认真、细致地做好观测与编录工作。 1、岩心观察、描述和编录 应对岩主进行鉴定，描述其颜色、矿物万分和颗粒成分、结构和构造，正确地定名，必要进取样进行岩矿鉴定。对疏松砂砾土秋粘性土，应观察其致密程度和稠度状态。确定节理裂隙的类型、延续性、蚀变充填情况、倾角 、间距等，进行裂隙统计。对风化岩石，应将岩心按风化程度进行分带和描述。必要时编制岩心素描及岩心拄状图。 通过对岩心的各种统计，可获得岩心采取率、岩心获得率和岩石质量指针等定量指针。岩心采取率是指所取岩心的总长度与本回次进尺的百分比。总矩度包括比较完整的岩心和破碎的碎块、碎屑及碎粉物质。 岩石质量指针（RQD）由D·U·迪你提出的，它是指在取出的岩心中，只计算长度大于10cm的柱状岩心长度，与本回次进飞的百分比。其计算和等级划分如图3—22所示。上述三项定量指针可反映岩石的坚硬和完整程度。岩石愈坚硬、完整，数值愈高；而愈软弱、破碎的岩石，则数值愈低。它们也与钻进的工艺和技术水平有关。 每回次取出的岩心应顺序排列，并按有关规定进行编号、装箱和保管。并应注明所取原状土样、岩样的数量及深度。 2、孔水文地质观测 注意并记录钻进过程中冲洗液消耗量的变化。发现地下水后，应测定其初见水位及稳定水位，确定含水层顶底板标高及厚度，测量水温，定深取水样以进行水质分析。 3、孔内情况 钻过过程中注意换层的深度、回水颜色变化、钻具陷落、孔壁坍塌、卡钻埋钻和涌砂现象等，结合岩心以判断孔内情况。如果孔壁坍塌及卡钻，岩心厂矿且采取率又低，就表明岩石裂孙发育觐上于构造破碎带中。 当钻进过程中，迂到严重风华蔌裂隙十分发育的岩层、断层破碎带、岩溶洞穴时，岩主采取率往往很低，甚至取不到岩心，给判断孔内情况带来困难。钻孔摄影和钻孔电视弥了这一缺陷，通过对孔壁的观察，可以对岩层的裂隙发育程度及方向、风化程度、断层破碎带、财溶洞穴和软弱泥化夹层等，取得较为清晰的照片或图像，给人以孔内直观的感觉。目前我国水电部门使用的SK——150型钻孔摄影仪和JZS—1型钻孔电视机，为提高工程地质勘探的质量和钻孔利用率，显示了独特的优越性。 二、坑探工程设计书的编制、观测与编录 （一）坑探工程设计书的编制及观测 坑探工程的设计是在工程地质勘探总体布置的基础上进行的。其主要内容包括：坑探工程附近的地形地质情况、坑探的目的、类型、掘进深度及其谁、施工条件、观测与编录内容、取样位置和成果要求等。 坑探工程的观察、描述内容，依其类型和目的不同，侧重点有所不同，侧重点有所不同，一般应有：第四系和基岩地层的时代、岩性、成分、结构构造、厚度、产状及接触关系；岩石的风化特点及风化壳分带；软弱夹层的岩性、厚度、产状破碎泥化情况；断裂、裂隙的组数、产状、性质、密度、宽度以及延展、空切情况；地下水渗水点位置、特点、涌水量大小；以及不育地制裁现象的描述等。 （二）坑探工程的编录 坑探工程的编录工作主要是绘制展视图。所谓展视图，就是沿坑探工程的壁、底面所编制的地质断面图，按一定的制图方法将三度空间的图形展开。用它表示的地质成果一目了然，故在生产上广为应用。 不同类型坑探工程展视图的编制方法和表示内容有所不同，它们的比例尺一般为1：25—— 1：100。现介绍如下： 1、试坑、浅井、竖井等铅直坑探工程展视图，一般采用四壁辐射展开法或四壁平等展开法。前者适用于试坑，后者适用于浅井和竖井。 2、探槽展视图一般只画底和一壁，有时也将两侧壁画出。如果槽长且方向、坡度有转析时，可分段画出，使壁与氏保持平行。 3、平硐展视图一般将五个面全部画出，其中硐顶分开单画，其余几个面相联展开。硐底坡度有变化时，要用高差曲线表示。第五节 工程地质勘探的布置 布置勘探工作的总要求是：以最少的勘探工作量取得尽可能多的地质资料。为此，要求工程地质人员必须明确勘探的目的和任务，做好勘探设计，将每个勘探工程都布置在关键部位。以发挥综合效益。

❺ 岩土物理力学性质指标统计选用的公式

岩石的力学指标主要有抗压强度、抗剪强度和弹性模量及变形模量等等。关于强度主要关注，岩石受到很多复杂因素影响，影响的规律也较复杂，一般受岩石的类型、完整性、风化程度及含水条件等诸多因素的控制；软岩一般破碎、风化程度高，浸水状态时，强度低，反之，则强度都较大。
公式一：抗压强度计算公式如下：
p＝P/A
式中 p为抗压强度，以每平方吋多少磅（psi）、每平方公分多少公斤为单位，P为压力，以磅、公斤为单位，A为剖面面积，以平方公分、平方吋为单位。
公式二：库伦定律土的抗剪强度公式如下
τ=σtanφ+c
其中φ为内摩擦角，c为土的粘聚力
公式三：弹性模量公式如下
E=2.06e11Pa=206GPa
(e11表示10的11次方)它只与材料的化学成分有关，与温度有关。与其组织变化无关，与热处理状态无关。各种钢的弹性模量差别很小，金属合金化对其弹性模量影响也很小。
公式四：变形模量公式如下
Eo=βEsEo/Es
其比值在0～1之间变化，即一般Eo小于Es。但很多情况下Eo/Es 都大于1。其原因为：一方面是土不是真正的弹性体，并具有结构性；另一方面就是土的结构影响；三是两种试验的要求不同。

❻ 土力学十二个物理指标是什么意思

土力学研究的是土的物理性质以及所受外力发生变化时土的应力、变形、强度和渗透等特性及其规律

❼ 物理中各种字母代表什么意思

一、F：

1、表示法拉第常数：F=96485.3383±0.0083C/mol。

2、F，法拉（Farad），电容单位（国际单位制导出单位）。

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

4、凸透镜成像中f表示焦距，F表示焦点（Focus）。

5、F波段（F band），3-4GHz的无线电波段。

二、A：

1、在电学中表示电流强度的单位：安培（ampere）。

2、物理学中表示机械波的振幅也可以用A来表示。

3、a在力学中表示加速度（acceleration） a=△v/△t=s/t^2 国际单位是m/s^2 （米每平方秒）。

三、C：

1、电学：物理量--电容单位--库仑（电量）。

2、电磁波传播速度：c= (299 792 458±1) m/s（光波是属于电磁波的一种，所以光速也为c）。

3、电容器（或电容， capacitor，condenser）由两片接近并相互绝缘的导体制成的电极组成的储存电荷和电能的器件；在电路中用字母 C 表示。

4、电池放电倍率：电池的放电倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。

5、比热容。

四、B：

磁感应强度是指描述磁场强弱和方向的物理量，是矢量，常用符号B表示，国际通用单位为特斯拉（符号为T）。磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。在物理学中磁场的强弱使用磁感应强度来表示，磁感应强度越大表示磁感应越强。磁感应强度越小，表示磁感应越弱 。

五、G：

1、万有引力常数，为（6.67428±0.00067）×10^-11(牛顿·米²/千克²)。

2、电学上的电力符号。

3、重力符号。

❽ 岩土塑性力学p-q平面中的p和q分别指什么

楼上定义正解
p—q平面是子午面，p是球应力，q是偏应力
可以理解为：
p是围压，围压越大，强度越高。
q是剪应力，剪应力越大，剪切效果越强

❾ 主要的岩土性质指标及地基承载力

一、主要的岩土性质指标

（一）土的物理力学性质指标

1）土的主要物理性质指标有天然含水量、天然重度、相对密度（比重）、孔隙比、液限、塑限、塑性指数、液性指数和渗透系数等。

2）土的力学性质指标有压缩性（压缩系数、压缩模量、变形模量）、抗剪强度（内摩擦角、黏聚力）和无侧限抗压强度等。

（二）岩石的物理力学性质指标

1）岩石的主要物理性质指标有天然密度、相对密度（比重）、孔隙率、吸水率、饱和系数和软化系数等。

2）岩石的主要力学性质指标有抗压强度、抗拉强度、抗剪强度（摩擦系数、黏聚力）及变形特性（静弹性模量、动弹性模量、泊松比）等。

二、主要的岩土性质指标经验值及地基承载力

（一）土的主要物理力学性质指标经验值及地基承载力

1996年，通过对深圳地区大量岩土试样物理力学性质试验成果的统计，并将统计结果编入深圳市标准《深圳地区地基处理技术规范》（SJG 04-96）附录A、B、C中，经多年在工程项目中应用及不断积累和补充，与《岩土工程试验监测手册》和《工程地质手册》（第四版）中的“有关土的经验数据”对比，提出“深圳地区第四系黏性土层和全、强风化岩的物理力学性质指标经验值”（表2-2-53）、“深圳地区第四系黏性土层静三轴、固结、渗透试验指标经验值”（表2-2-54）、“砂土的物理力学性质指标经验值”（表2-2-55）和“深圳地区第四系砂土及风化岩体渗透系数指标经验值”（表2-2-56）。

（二）岩石的主要物理力学性质指标经验值

根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）条文说明中的表4.4.1一1（深圳地区各种岩石饱和单轴抗压强度新老方法统计对照表），《工程地质手册》（第四版）岩石的物理力学性指标中的表3-1-41（岩石的物理性质指标）、表3-1-42（几种岩石力学强度的经验数值）和表3-1-43（岩石力学性质指标经验数据）；《岩土工程试验监测手册》表4.8-2（混凝土与岩石现场直剪试验数据与有关资料）、表4.8-3（各类岩石现场直剪试验数据及有关说明）和表4.8-4（岩石软弱结构面、软弱岩石现场直剪试验数据及有关说明）等，综合深圳地区的经验值，编制《深圳地区岩石物理力学性质指标的经验数据》（表2-2-57）。

表2-2-53 深圳地区第四系黏性土层和全、强风化岩物理力学性质指标经验值

表2-2-54 深圳地区第四纪黏性土层静三轴、固结、渗透试验指标经验值

表2-2-55 砂层物理力学性质指标经验值

表2-2-56 深圳地区第四纪砂土及风化岩体渗透系数指标经验值

表2-2-57 深圳地区岩石物理力学性质指标的经验数据

❿ 土的物理力学性质中，这些符号代表什么

w代表含水量
r代表重度
e代表孔隙比
Ip代表塑性指数
IL代表液性指数
a1-2代表100-200Kpa的压缩系数
Es1-2代表100-200Kpa的压缩模量