地下結(jié)構(gòu)試驗與測試技術總結(jié)

1、地下結(jié)構(gòu)試驗與測試技術總結(jié)孟陸波第一章緒論1.1工程試驗的重要意義和目的存于：1作為設計的依據(jù)和信息2作為施工的指導和控制3作為運營的安全監(jiān)視4作為理論研究的手段要成功地進行一次工程試驗，需要條件:除了有一個完整的、切合實際工程情況的試驗計劃外，還必須掌握一系列測試技術同時，工程試驗中，需要了解巖土體的物理力學參數(shù)，如：容重，彈模、泊松比等通過儀器、儀表、探頭(傳感器)來測定參數(shù)本身和它們的變化值。利用工程試驗和測試技求對若干個工程進行研究，從中得出規(guī)律性的東西，使理論得到發(fā)展。再用工程試驗的方法在以后的工程實踐中應用和改進這些已有理論。1.2研究對象分類：（一）荷載類型根據(jù)荷載類型，工程試驗

2、可分為工程動態(tài)試驗和靜態(tài)試驗。前者主要研究工程結(jié)構(gòu)物在動荷載(例如爆破力、列車振動力、地震力，等等)作用下的力學狀態(tài)和安全狀態(tài)；后者主要研究工程結(jié)構(gòu)物在靜荷載或緩慢變化荷載 (例如巖土壓力、地基反力、靜水壓力、自重力，等等)作用下的力學狀態(tài)和安全狀態(tài)。從試驗的角度看，除了加荷的性質(zhì)不同以外，主要區(qū)別僅在于部分測試項目和儀器不同。（二）工程類型地面工程與地下工程地下工程與地面工程區(qū)別：(1)作用體系的區(qū)別地面工程一般只與地基相互作用。因此，除了地基探測和基礎設計外，結(jié)構(gòu)可以看成是一個空間自由狀態(tài)的作用體系；而地下工程則與周圍地層有密切的關系，屬于二者共同作用的體系。(2)外荷的區(qū)別地面工程所受的

3、外荷一般說來是已知的，明確的；而地下工程，從力學上看，處于與圍巖相互作用的體系之中；從地質(zhì)上，看處于千變?nèi)f化的地質(zhì)體之中。地面工程與地下工程在工程試驗測試中以下內(nèi)容是相同的：(1)外荷的測試，又可稱為壓力測試。 (2)內(nèi)力的測試，包括正應力、剪應力、彎矩和扭矩等形式。(3)位移的測試，包括相對位移、絕對位移等。本課程的研究對象是地下工程的靜態(tài)試驗和靜力測試技術。1.3一些基本概念在工程試驗中遇到的力學量，如壓力、應力、位移等，都屬于非電量的物理量。對這些非電量進行測試，有兩種方法：一種是直接測試法，另一種就是非電量的電測法。非電量電測法原理：先將非電量通過傳感器轉(zhuǎn)換成某一種電量(例如電壓、電流

4、、感生電動勢，電感等等)，這種電量經(jīng)接收儀的放大(或不放大)而得到讀數(shù)，這種讀數(shù)經(jīng)事先與所測非電量的共同率定而還原為非電量數(shù)值。一次儀表：在電測法中，放置在被測物體上，或埋設在被測物體內(nèi)，將非電量轉(zhuǎn)換成電量的儀表。二次儀表：接收從一次儀表傳輸過來的電量訊號，經(jīng)過(或不經(jīng)過)放大，然后顯示讀數(shù)的儀表，二次儀表又稱為接收儀或測試儀器。率定：任何測試元件都是由某一種原理(電學的或機械的)制成的，用它來感受和測換某一個力學量。但是，它被儀器所直接讀出來的數(shù)值不是我們所測力學量的度量單位(例如毫米、公斤等)數(shù)值，為了得到所測力學量的實際數(shù)值，必須把儀器讀出的數(shù)值與要求測到的力學量建立對應關系。有了這個對

5、應關系，就可以從測讀的數(shù)值推求出被測的力學量。率定是任何測試元件和測試儀器都要進行的工作。誤差：誤差力學量的測定值力學量的真值實際上真值無法得到，但是當進行多次重復測試時，可得到測定值的算術平均值，將它近似地看作是真值。此時的誤差為偶然誤差。我們在測試中討論的也就是偶然誤差的數(shù)值：偶然誤差測定值算術平均值造成測試誤差的原因：外界環(huán)境影響、儀器和元件的影響、人為因素的影響等三個方面。減小測試誤差的措施：要克服測讀儀器時所造成的誤差，某一組數(shù)據(jù)要由指定的一名熟練人員測讀；要盡量在一致的外界條件下測讀，在無法做到時，要進行不同外界條件的校正測試，以對讀數(shù)進行修正；提高儀器和元件的精度精度：某種儀器測

6、定一個力學量的讀數(shù)精確程度。如千分表和百分表靈敏度：表示輸出的信息與輸入的信息之間的相對關系。對于測試元件來說，所謂靈敏度高，指的是用相等的被測外界量作用，該元件輸出的電量比別的靈敏度低的元件高。對于接收儀器來說，所謂靈敏度高，指的是同樣一個微弱的輸入電量在表頭上的讀數(shù)值比別的靈敏度低的儀器上讀數(shù)值大。穩(wěn)定性：測試元件和儀器在相當長時間(該時間的長短取決于試驗性質(zhì))的測試中，環(huán)境條件和其它因素(除力學量以外) 對它影響的大小。也就是它們在長時間工作中讀數(shù)是否正常。一般情況，穩(wěn)定性包括兩方面的內(nèi)容：一是零點飄移，二是使用的耐久性。零點飄移指的是在溫度、濕度較穩(wěn)定的室內(nèi)，在非埋置使用條件下，元件和

7、儀器讀數(shù)的穩(wěn)定程度。耐久性指的是元件在現(xiàn)場試驗的使用條件下能正常工作的時間。耐久性好的元件對于長期觀測試驗是很重要的手段。重復性：當元件受多次反復荷載時，它在每一級荷裁上的幾次讀數(shù)值相接近的程度。如果相等或很相近，就認為該元件重復性好。非線性偏差：一個線性變化元件或者一個非線性變化而經(jīng)過讀數(shù)線性處理的元件，它的率定曲線往往不會是一條嚴格的直線。用平均的方法在圖中作出一條比較直線。這時得到一組偏差值，得到標準離差。對于一般的土建工程，非線性偏差C允許值為12%。第二章測試原件2.1測試元件的感受部分的基本原理和分類測試元件的感受部分的基本原理：(一)機械原理； (二)液壓原理； (三)光測彈性力

8、學原理(簡稱光彈原理)； (四)電阻原理； (五)電感原理(包括振蕩器原理)； (六)差動變壓器原理； (七)振弦原理；(八)物探原理(包括聲波原理和視電阻率原理)。(一)機械式測試元件：直接測讀力學量而不經(jīng)過任何電學轉(zhuǎn)換的元件。優(yōu)點：安裝簡單方便，讀數(shù)直接明確，由于不經(jīng)電學轉(zhuǎn)換，所以穩(wěn)定可靠，受外界環(huán)境影響小。缺點：靈敏度較低，不易遠距離操縱和讀數(shù)，不能作結(jié)構(gòu)內(nèi)部測試。其中最常用、最典型的機械式元件就是機械 傳動、雙指針顯示的百分表和千分表。目前，在地下工程和巖土工程中使用的機械式位移計可分為兩大類，一類是鉆孔位移型，另一類是相對位移型。鉆孔位移型多點位移計：相對于單點而言的，就是說在鉆孔中

9、不同深度埋置幾個固定點，每個固定點都引出一根測桿。多點位移計構(gòu)造：一般主要由測點、基準盤、位移計三部分組成。位移值的符號一般規(guī)定:向洞室內(nèi)的位移為正，反之為負。相對位移型元件指的是空間任意兩點間相對位移的測試元件。這種元件一般都在地下工程中用于測試拱部和邊墻某些主要變形點間的位移規(guī)律。相對位移型測桿，收斂計。前者僅適用于小型洞室和巷道(直徑或跨度4.0m），后者適用于所有地下工程。收斂計按測試方式分類：鋼尺重錘型：優(yōu)點是構(gòu)造簡單，易于加工，造價低廉，操作簡單。缺點是重錘重量較大，在高處測讀時甚為不便。另外，它的重復性誤差稍大，因此以用于軟弱圍巖和變形較大的地下工程為宜。彈簧張力型：優(yōu)點：由于采

10、用了銦鋼絲以及靈活轉(zhuǎn)動的方向接頭，提高了量測精度和溫度穩(wěn)定性。其缺點是銦鋼絲的基距不能隨意改變。這一缺點是靠大量程百分表和多根銦鋼絲來彌補的。應該指出，這類收斂計的多數(shù)仍然用鋼尺，其主要優(yōu)點是使用方便、安裝簡易。鋼絲扭矩平衡型：優(yōu)點是精度和自動化程度高，使用方便。缺點造價高和工藝要求高(二)液壓式元件：是利用液體作為傳遞介質(zhì)的一種元件。特點：應用油壓表讀數(shù)的，所以可以直接讀出被測壓力的數(shù)值，而不需要經(jīng)過任何轉(zhuǎn)換和電學放大，因此最明顯的特點是讀數(shù)準確可靠，不易受外界因素的影響。目前有兩種該類元件用得比較多。一種是壓力枕，另一種是液壓式壓力盒。壓力盒的工作原理：是:當它的盒體承受外力P時，其內(nèi)之油

11、壓為P，在壓力平衡室的左邊的油壓也為P。該壓力將薄膜向右側(cè)頂緊。此時外油路的進油管和回油管的兩個管口由于薄膜頂緊，其間無孔隙，進油管中之油不能進入回油管。(三)電阻式測試元件：包括電阻應變片、差動電阻式和滑動電阻式等幾類。電阻應變片工作原理：金屬導線的電阻R與其長度L成正比，與其面積A成反比。巖石電阻應變片粘貼步驟：1、選擇應變片，電阻率誤差小于0.1；2、砂紙打磨巖石粘貼處；3、酒精擦洗干凈；4、502膠水，厚度小于0.1mm，保證應變片與巖石接觸面無空氣、氣泡；5、萬用表檢查電阻率；6、焊接導線。溫度補償法有較大的零點飄移原因：(1)多個工作片與一個補償片難于處在完全相同的溫度、濕度和其它

12、外界環(huán)境之中。 (2)即使上述條件能夠滿足，由于電阻絲材料的不均勻性，紙基或膠基材料的不均勻性等原因，在同一外界條件變化下也會造成電阻值的不均勻變化。 (3)被測試件材料的不均勻變化(例如收縮)也會造成電阻應變片的不均勻變化。電阻應變片應用范圍：在試驗室的結(jié)構(gòu)試驗(靜態(tài)或動態(tài))中，尤是短期加載試驗中，或在現(xiàn)場試驗中，對于短期的觀測和動載觀測，電阻應變片是一種主要的測試元件。但是對于現(xiàn)場長期觀測，溫度和濕度條件變化較大的長期觀測試驗，電阻應變片的測試只能作為其他測試的一種補充和參考。主要的電阻應變片測試元件：（1）小標距應變計（2）電測百分表（3）電測位移計（4）裂縫觀測計（5）電阻式鉆孔位移計

13、（6）電阻式鉆孔應變計（7）壩體內(nèi)應變計（8）鉆孔底面應變計差動電阻式測試元件：差動電阻式元件的測試原理也是惠斯頓電橋原理。差動式元件測試時，要測讀“電阻比”。從外形來看，這一類元件與電阻應變片式的元件很相象?？梢栽O計應變計、應力計、鋼筋計、測縫計、溫度計等。主要的差別是傳感原理不同。優(yōu)點：從長期性能來看，差動電阻式比電阻應變片式穩(wěn)定性好。這是因為前者對于絕緣度的要求不如后者高，而且前者的兩根電阻絲是處于防護油的保護之中，其絕緣條件比電阻應變片好。缺點：是制造較復雜和價格較高；同時，盡管兩根電阻絲有溫度自補償作用，但是由于它的不均勻性，因此仍然受溫度變化影響?；瑒与娮枋綔y試元件：滑動電阻式測試

14、元件的測試原理仍然是惠斯頓電橋原理?；瑒与娮枋綔y試元件(簡稱滑阻式測試元件)通?？勺鳛槲灰频臏y試工具。優(yōu)點：是量程大，所用的測試儀器簡單、穩(wěn)定?；瑒与娮枋綔y試元件常用類型：（1）盒式滑阻位移計：由于它的結(jié)構(gòu)具有較好的防水性，所以在潮濕的地下工程中可以作為長期觀測的工具。（2）管式滑阻位移計：這種位移計比前一種的構(gòu)造更為緊湊，體積更小。因此它適用于小直徑巖石鉆 (直徑50mm左右)內(nèi)作位移觀測用。（3）多點式滑阻位移計：這種位移計用作大直徑巖石鉆孔（直徑76-100mm）內(nèi)的位移測試。(四) 電感式測試元件電感式測試元件的原理：由帶有磁芯的電感線圈L和固定電容C組成的LC振蕩器。振蕩器經(jīng)儀器起振

15、以后輸出頻率訊號，經(jīng)放大后由頻率儀顯示讀數(shù)。磁芯可以相對于線圈位移，位移以后，電感線圈的電感量發(fā)生變化，LC振蕩器的頻率也隨之變化。通過率定得到位移量與頻率之間的關系。常見的電感式測試元件：1、電感式鉆孔位移計2、鉆孔沉陷計3、鉆孔膨脹計4、鉆孔橫向位移計電感式鉆孔位移計的電原理是：當固定的銅套管隨著巖層發(fā)生位移時，它與電感線圈之間的相對位置發(fā)生變化，使電感量發(fā)生變化。這種電感量的變化反映到接收儀器上就是頻率的變化。它與鉆孔的聯(lián)結(jié)分兩種情況：孔底固定與孔口固定。(五) 振弦式測試元件利用金屬絲的自振頻率特性研制成的應力、應變、位移或壓力傳感器。最大優(yōu)點：穩(wěn)定性好基本原理：一根金屬弦在一定的拉應

16、力作用下，具有一定的自振頻率。當拉應力變化時，它的自振頻率也隨之變化。弦受應力后的變化也就是它的長度發(fā)生了變化，或者說金屬弦產(chǎn)生了應變值。振弦式測試元件設計理論基礎：鋼弦的自振須率與它受的應力，或者在此應力作用下發(fā)生的應變的平方根成正比。應用較廣的振弦式測試元件有：1、埋入式應變計：工作原理：從振弦頻率測定儀向線圈輸出斷續(xù)的電脈沖，使線圈產(chǎn)生磁場，鐵芯磁化后吸引弦線。當脈沖消除后，弦線回復并產(chǎn)生振動。它的振動頻率也就是弦的自振頻率。另一方面，在脈沖消除后，線圈周圍仍留有剩余磁場。弦切割磁場后產(chǎn)生的交變感生電流和交變磁場又反過來在線圈中產(chǎn)生了頻率等于弦的自振頻率的感生電動勢。這個感生電動勢由線圈

17、引線反輸回測定儀，經(jīng)放大后進行頻率計數(shù)并顯示。2、表面式應變計：了解混凝土結(jié)構(gòu)表面或者巖體表面的應變數(shù)值，用以換算表面應力.基本構(gòu)造與埋入式一致。不同之處是在其兩端有連接件和固定螺絲，用于和所測結(jié)構(gòu)表面的固定柱相連接。3、鉆孔應力計:用來測試巖體或混凝土構(gòu)件的鉆孔徑向應力的元件。測試的目的是為了解一個工程結(jié)構(gòu)或者巖體在長期荷載作用下或者施工荷載作用下，其內(nèi)部的應力變化規(guī)律。4、油壓式壓力盒:該種壓力盒是用鋼弦式應力計作為壓力傳感器，以油壓式傳力囊作為壓力傳遞工具的埋入式測壓元件。精度相當高，適用于土壓力變化較小的工程試驗。主要問題是油壓部件和管路的工藝要求很高，不允許任何微小的漏油象，一旦漏油

18、，這種元件便失效。5、滲水壓力計：壓力水從壓力計前部的透水石滲入，并作用在金屬薄膜上。其后的變化過程與油壓式壓力盒相同。6、 巖土壓力盒：其構(gòu)造特點是在受力膜外面套上了一個鐵皮制成的受力油囊，油囊的直徑為300mm，厚度為20mm，內(nèi)裝機油。油囊受到土石壓力以后，其內(nèi)的油將壓力傳遞給受力膜。受力膜受壓撓曲變形，振弦受張拉，頻率增高。7、鋼索拉力計：兩端與鋼索牢固連接，受力外殼的抗拉強度稍大于鋼索強度，其它構(gòu)造與前述相似。也可測定鋼筋拉力數(shù)值。(六)其他方法如物探式測試技術。目前，在工程中常用的物探式測試技術包括聲波法、電法、地震法和視電阻率法。其它的方法，例如放射性同位素探測法用的較少。第三章

19、 工程測試中的常用儀器工程測試中的常用儀器：常用測試儀器、常用輔助。測試儀器：程測試中它的功能就是接收傳感器傳輸過來的訊號，然后顯示某種事先率定過的數(shù)據(jù)。簡言之，它是測定某些物理量，其中主要是測定力學數(shù)據(jù)的儀器。輔助儀器：指的是在測試或者安裝儀器過程中所應用的電學測定儀器。3.1常用的測試儀器：（一）比例電橋：是差動電阻式測試元件的二次儀表。它的基本原理是直流四臂電橋。儀器使用步驟：1、打開檢流計開關并確認其狀態(tài)良好，接上測試元件(注意電纜線的顏色與ABC一致)； 2、測定電阻，將K3扳向電阻值t一邊，打開K2，按下粗調(diào)G1，然后轉(zhuǎn)動四個旋鈕開關使檢流計指針基本居中，再按下細調(diào)作相同調(diào)節(jié)，使檢

20、流計居中便可讀數(shù); 3、測定電阻比時將K3扳向電阻比一邊，測定步驟同前。讀數(shù)：1）測定電阻值時，其讀數(shù)與面板所示的倍乘率一致，即小數(shù)點放在第二和第三旋鈕之間。例如四個旋鈕的讀數(shù)分別是6、4、7、2，那么這個電阻值就是64.72。2）測定電阻比時，其小數(shù)點在第一旋鈕之前。例如四個旋鈕的讀數(shù)分別是9、8、5、7，那么這個電阻比就是0.9857。優(yōu)點：比例電橋中沒有任何的電子放大部件，它的可變電阻均為線繞電阻，因此它的測試穩(wěn)定性是較好的，儀器本身受外界影響較小。在通常的測試中，應用得較多的是差動式應變計和差動式鋼筋計。（二）靜態(tài)電阻應變儀：靜態(tài)電阻應變儀分為簡易型和多點巡檢型兩大類。簡易型電阻應變儀

21、即通常應用的手動度盤讀數(shù)的便攜式應變儀。國產(chǎn)的類型:YJ-5，YJB-1，KJY-1等。YJ-5是一種以電子管作為振蕩、放大，電源等部件主體的一種應變儀。它的優(yōu)點是靈敏度高，穩(wěn)定性好，測量精度較理想，但缺點是體積和重量均較大，故適宜于在實驗室作模型試驗或結(jié)構(gòu)試驗。YJB-1是一種晶體管式應變儀，它的主要優(yōu)點是輕便易于攜帶，有足夠的靈敏度，同時可交流直流供電兩用，因此是現(xiàn)場試驗中不可缺少的一種儀器。KJY-1是一種礦用輕便型應變儀，它是專為含有瓦斯氣體的煤礦礦井中測試用的，因此它的主要特點是采用安全火花型的直流電源和線路設備，可在礦井下安全使用。3種測量方法：（1） 橋測量（2）半橋測量：（3）

22、全橋測量：多點巡檢指的是測試點超過100點，自動切換測點并自動記錄打印數(shù)據(jù)和進行數(shù)據(jù)處理的應變儀裝置。微處理機也是一種微型化的電子計算機，它包括:中央處理單元，只讀存貯器，隨機存取存貯器，中斷邏輯設備、接口和各種外圍設務。有了微處理機以后，應變儀的功能可擴大到有以下幾種：1、各種物理量的模擬信號：物理量如應變，應力，壓力，荷載，轉(zhuǎn)矩，位移，角度，張力，壓差、流量，土壓，等等。2、測量掃描控制功能：可以程序控制各測點的輸入方式，供橋電壓，給定常數(shù)和放大率，工程單位或線性化計算等。3、報警功能：可監(jiān)視，記錄，報警和發(fā)出控制信號。各個報警測點均可選任意的報警值。4、測量與計算功能： a）校驗功能；

23、b）初始值的測定和記憶； c）測量值的測定； d）執(zhí)行運算程序的功能。（三）滑阻式測定儀其基本原理仍然是惠斯頓電橋。構(gòu)造和特點：這種滑阻式測定儀與比例電橋一樣，它的特點是沒有設置晶體管放大器(或集成電路)等電子線路。優(yōu)點：因此它的穩(wěn)定性比其它電子儀器都好，而且它具有體積小，重量輕，造價低，使用方便等。使用：這種儀器使用直流電壓供電。電源可以用電池，也可以用交流電經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后使用。電源的電壓大小對惠斯頓電橋的平衡無影響，也就是說儀器讀數(shù)不隨電壓而發(fā)生變化。這一點已被實際測試所證明。但是電壓(電源電壓或供橋電壓)的大小不同，會使檢流計的顯示靈敏度發(fā)生變化。電壓越小，顯示靈敏度越低。（四）振

24、弦頻率測定儀特點：把振弦的機械振動頻率轉(zhuǎn)換為電訊號頻率的傳感器。向測試元件發(fā)出激振脈沖，并接收和顯示經(jīng)測試元件轉(zhuǎn)換反輸回來的頻率訊號。常見儀器：（1）數(shù)字和示波聯(lián)合顯示式頻率儀（2）自動運算頻率測壓儀（五）差動變壓器接收儀這種接收儀與差動變壓器式測試元件相配合使用，測定位移值或者應變值。3.2常用輔助儀器和儀表：（一）萬用電表一般的萬用電表均能夠測定交直流電壓、直流電流和電阻等電學參數(shù)，較高檔的萬用電表，還能測定音頻電平值、電容值和交流電流值。（二）絕緣電表在以電阻應變片作為傳感元件的測試中，絕緣電表是一種必不可少的輔助儀表。主要功能是測定電阻應變片對地的絕緣程度；當應變片用來測試金屬物表面應

25、變時，它的功能則是測定應變片與金屬物表面之間的絕緣程度。（三）頻率儀通用頻率儀：測定某個交變訊號的頻率。與鋼弦頻率測定儀的區(qū)別：鋼弦測試元件自身不會發(fā)出訊號，靠鋼弦頻率測定儀輸出一組激振脈沖激發(fā)鋼弦振動，利用感生電流的頻率訊號再回輸?shù)綔y定儀。通用頻率儀則只測定訊號而不向外輸出激振脈沖。頻率儀原理：利用在機內(nèi)編制的適當邏輯電路，使一套電子計數(shù)器在給定的標準時間內(nèi)累計待測輸入信號的個數(shù)，并用數(shù)碼管顯示單位時間(1秒)的信號個數(shù)，即頻率數(shù)。（四）示波器在研制和檢修測試儀器時，通用示波器是一種必備的輔助儀器。用途：就是檢查一個電子測試儀器的每一個部分工作是否正常。第五章地下結(jié)構(gòu)工程地質(zhì)力學模型試驗研究

26、巖體穩(wěn)定問題，通常采用的方法有工程類比法、地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析法、數(shù)值模擬分析法和地質(zhì)力學物理模型試驗法等。對于中小型工程，一般只采用前幾種方法進行研究，但對與大型或超大型工程，地質(zhì)力學物理模型試驗則是必要的。5.1概述模型試驗的意義：超大型工程往往沒有先例可以比較，地質(zhì)和地應力條件千差萬別，而且采用不同的數(shù)值分析方法和模型也會給出差別較大的結(jié)果。這在工程尚未施工時也很難對它們的差別做出準確判斷。物理模型則由于是真實的物理實體，在基本滿足相似原理的條件下，則更能真實地反映地質(zhì)構(gòu)造和工程結(jié)構(gòu)的空間關系，更準確地模擬施工過程和影響。試驗結(jié)果能給人以更直觀的感覺，使人更容易從全局上把握巖體工程整體力學特征、

27、變形趨勢和穩(wěn)定性特點，以及各洞室或結(jié)構(gòu)之間的相互關系，從而做出相應的判斷。其次，也可以通過物理模型試驗，對各種數(shù)值分析結(jié)果進行一定程度上的驗證，而不必等到工程施工以后。模型試驗的不足：改變方案很不靈活，重復性差； 測量數(shù)據(jù)受儀器精度影響大，有一定的離散性；有尺寸效應，很難保證所有物理參數(shù)都滿足相似理論；試驗工作量大、難度大、費用高，尤其是三維模型試驗更是如此。模型試驗試驗內(nèi)容：將實際工程結(jié)構(gòu)物(以及與之接觸的巖體)按照一定比例做成模型，然后在加載臺架中進行不同內(nèi)容的試驗。這些內(nèi)容概括起來是： 比較不同類型結(jié)構(gòu)物的承載能力；比較不同類型外荷對于同一結(jié)構(gòu)物的作用結(jié)果；了解結(jié)構(gòu)物在受外荷過程中，其內(nèi)

28、部應力和結(jié)構(gòu)變形特性，以及與之接觸的巖體的力學變化特性；了解結(jié)構(gòu)物在長期外荷作用下的力學特性。模型試驗試驗目的：為設計中的結(jié)構(gòu)選型和設計參數(shù)提供數(shù)據(jù)，為運營的可靠性提供依據(jù)，為理論探討提供核證。例如研究結(jié)構(gòu)物的力學特性，工程建筑物的設計理論等。模型試驗試驗準備： 1試驗計劃的擬定，一個比較切實可行的試驗計劃包括下列內(nèi)容： (1)結(jié)構(gòu)(或結(jié)構(gòu)加巖體)模型的類型和比例； (2)模型所用的材料及制備方法；(3)加載設備的類型； (4)外荷類型以及加載程序； (5)結(jié)構(gòu)模型的測試項目； (6)測試儀表的種類及數(shù)量； (7)試驗人員的數(shù)量及分工； (8)費用。2、結(jié)構(gòu)模型的制備和儀表的安裝模型比例的選擇

29、與加載設備的大小有關。另外，模型材料又與模型比例有關。3、模型試驗臺架模型試驗臺架就是容納模型結(jié)構(gòu)并能進行加載的試驗設備。從臺架材料來看，有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種；要設計一個試驗臺架，必須掌握以下幾項資料：(1)結(jié)構(gòu)物模型的最大尺寸； (2)模型的估算破壞荷載， (3)臺架所選用的材料和受力條件。試驗臺架類型：（1）小型豎式臺架：在介質(zhì)的側(cè)面放置鋼化玻璃或有機玻璃，其作用利用它們的透明性質(zhì)進行觀察；利用它們的光滑性質(zhì)減小介質(zhì)與四周的摩擦力。（2）中型豎式臺架：除了垂直方向加載以外，還考慮了側(cè)向加水平荷載。加水平荷載的方法可以用橡皮氣壓囊、液壓（3）大型臥式臺架：由于它的體積是按照縮小若干倍

30、的實體制作的，因此在實際承載能力、受力特點和變形規(guī)律方面都不能很好地反映實體結(jié)構(gòu)的情況。模型試驗的過程：1儀表和測試元件的安裝：在一般的結(jié)構(gòu)模型試驗中，最基本的測試項目是位移和應變，有的試驗中再加上壓力測試。百分表：用來測試結(jié)構(gòu)的徑向位移傳壓板上的百分表用來測試“地表”的下沉值。電阻應變片：用來測試結(jié)構(gòu)的內(nèi)外表面的應變。微型壓力盒：沿結(jié)構(gòu)外周布置的微型壓力盒用來測試通過介質(zhì)傳遞的壓力。應變花：試驗中，可以在模擬材料表面或內(nèi)部粘貼電阻應變片，應變片在三個方向組成應變花。應變花用來測試模擬巖層中的應變數(shù)值。在應變花間距較密的情況下，還可用應變數(shù)值估算各點的位移值。2、加載過程由于模型制作和儀表設置

31、等一般都要化費較多時間，尤其是1：1的大模型試驗，化費的時間更長，因此模型試驗的加載都不是一次達到破壞荷載。加載階段： (1)彈性階段，荷載數(shù)量只到設計荷載的1/51/2，分布形式可按現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)進行設計（2）長期觀測階段，有的結(jié)構(gòu)試驗中對材料徐變影響比較感興趣，因此在彈性階段荷載作用下保持荷載不變的情況下觀察一段時間。（3）破壞階段，在進行了上述兩個階段加載并已得到一定規(guī)律以后，即可最后加載將結(jié)構(gòu)壓壞，以得到承載能力的數(shù)值。3、資料整理（1）在結(jié)果分析之前首先要將全都資料進行整理。核對各項記錄是否完整；計算各測試點在各加載等級中的讀數(shù)差值和總差值；利用計算所得到的差值和總差值并根據(jù)需要列表格

32、，繪制荷載和應變、位移、壓力等項目之間的關系曲線，以及時間和各項目之間的關系曲線。（2）檢查觀測模型變形破壞情況5.2模型試驗原理：相似材料模擬試驗方法采用模擬材料做成模型，然后在模型中開挖洞室或隧道，觀察模型的變形、位移、破壞和應力等情況，據(jù)以分析、推測原型中所發(fā)生的情況。確定原型與模型之間的相似關系和相似準則。若欲使模型和原型相似，必須滿足以下兩個條件：（1）各對應量成一定的比例關系；（2）各對應量所組成的數(shù)學物理方程相同。5.3地下結(jié)構(gòu)模型試驗模擬技術5.3.1室內(nèi)模擬技術的主要內(nèi)容：是如何選擇模型材料和量測技術來實現(xiàn)所建立的相似條件，然后進行模型設計的研究，包括： 巖塊模擬； 節(jié)理或不

33、連續(xù)面的模擬； 巖體模擬； 巖體初始應力場及開挖過程的模擬等。模型材料的一般要求：由于結(jié)構(gòu)對象、荷載性質(zhì)、受力工作階段等不同，對模型材料的要求也不同，但以下條件是模型材料選擇應共同遵守的： (1)模型材料應與原型材料的物理、力學性能相似。(2)保證模型在現(xiàn)代量測技術水平下，得到足夠精確的量測成果。為此，在某種加荷設備條件下，要求材料彈模比原型巖石材料彈模小得多，并且有足夠的強度和承載能力。 (3)保證模型在加荷和正常試驗的量測時間內(nèi)，無顯著的徐變產(chǎn)生。(4)凝固前具有較好的和易性，便于施工和修補，易制成多種材料、性能較為均勻的試驗結(jié)構(gòu)所要求的特定形狀，且在制作模型或模坯時，材料可以大量的混合和

34、配置，以適應不同的物理、力學性能模擬的要求。同時還要求材料在凝固及干燥過程中，收縮變形很小。(5)物理、力學、化學、熱學等性能穩(wěn)定，力求不受時間、濕度、溫度等變化的影響。(6)價格便宜、容易取得。應力試驗對模型材料的要求：在設計荷載作用下，模型和原型一般都處于彈性體范圍內(nèi)工作，原型巖體或混凝土在彈性階段工作時，可以認為它服從彈性力學中的假設，即連續(xù)、均勻、各向同性，因此模型材料也要相應滿足這些要求：（1）巖石在較小應力范圍內(nèi)，重復多次加荷、卸荷后，其應力應變關系趨近直線，因此模型材料也應具備這個特點。（2）當模型的變形足以改變結(jié)構(gòu)的幾何而影響其應力狀態(tài)時，則為了保持變形后模型與原型的幾何相似，

35、這就要求原型、模型上相應點的應變必須相等。（3）模型和原型材料的泊松比應相等或至少相近。與天然巖體泊松比相去甚遠時，會使得試驗結(jié)果產(chǎn)生誤差問題。因此在選用模型材料時，必須充分考慮泊松比差別。破壞試驗對模型材料的要求：進行破壞試驗，模型材料除應滿足上述應力試驗所要求條件外，還應補充以下幾點要求：(1)模型材料和原型材料的應力應變關系曲線，應嚴格滿足完全相似的要求。(2)為保證模型和原型在相似荷載下開裂，要求原型和模型材料的破壞情況應當相似。(3)由于模型和原型材料都存在非彈性變形，且影響承載能力，因此要求模型材料的非彈性變形與原型材料的非彈性變形應滿足相似要求。幾種類型的模型材料：（1）不考慮容

36、重相似的砂石膏混合物適用條件：當?shù)貞鰪姸茸銐虼?，足以略去巖石自重影響，或者，當?shù)叵露词疑蠈訋r石覆蓋厚度足夠厚，以致可將巖石自重化引為面力作用在洞室周圍巖體的邊界時，可以忽略模型范圍內(nèi)自重的相似性，采用石膏砂的混合料作為模型材料是合適的。同一配比下，含砂量對材料應力應變關系的線型及破壞模式有明顯的影響。1)砂量增加時，彈模增加，材料表現(xiàn)出脆性破壞特性；2)砂量減少時，彈模降低，脆性減弱；砂量為零時，彈模降到最低，并表現(xiàn)出典型的塑性破壞特性。（2）考慮容重相似的地質(zhì)力學模型材料地質(zhì)力學模型材料和前述不考慮自重的砂膏混合物的共同特點是：1）彈模及抗壓強度低，加載設備簡單易行； 2）變形大，量測精

37、度易于掌握。3）材料的力學性能變化幅度大，便于模擬各種復雜的地質(zhì)特性。不同點是模擬自重應力場的地質(zhì)力學模型材料要滿足以下相似：1）應力應變?nèi)^程的相似； 2）內(nèi)摩擦角、凝聚力及泊松比的相似； 3）且尚要求模型材料有盡可能大的容重較低的強度和變形模量。其不足之處是有時某些材料很軟，強度很低，在這種材料的表面上貼電阻片測量應變目前尚有一定困難。提高材料容重的辦法是采用大比重骨料。例如： 1)重晶石粉，其容重為2.72g/cm3,空隙率40； 2)紅丹粉，容重5.25g/cm3,空隙率40；3)鐵粉，可 由未生銹的鐵屑中篩選，容重3.56g/cm3,空隙率47； 4)此外尚有石英砂，鉛及鉛的氧化物為

38、改善拌合物的可塑性與和易性，往往加一些膨潤土，硅藻土，甘油與水的溶液，酒精等外加料。甘油對降低變模及增加和易性稍有作用，能減少干縮，但易于使模型材料表面吸收空氣中的水份而降低模型表面的絕緣性能。酒精也能增加和易性，且能消除水對骨料的物理化學作用并導致快速干燥效果。膠結(jié)劑：是影響材料強度的主要因素。除利用環(huán)氧樹脂在水中的乳化作用作為膠結(jié)料以外，所用的膠結(jié)料主要有兩種：（）石膏漿：調(diào)整石膏用量或水膏比，可以調(diào)整材料的強度及變模。（2）松香酒精溶液或石蠟：屬于一種弱膠結(jié)劑，有利于降低材料的強度5.3.2巖體不連續(xù)面和應力釋放模擬技術由弱面和巖塊組成的巖體的變形模量和強度常常小于巖塊本身的變形模量和強

39、度，有2種模擬方式：1）對于不連續(xù)的、厚度不可以忽略的弱面，一種辦法是較詳細地模擬單個弱面的強度和法向變形特性，然后去驗證整個巖體的強度和變形特性。2）模擬巖體的力學性能，將弱面的削弱、軟化隱含在巖體變形特性之中。模型如果需要模擬斷層或軟弱夾層等地質(zhì)構(gòu)造面，則模型制作通常以這些面、帶加以分塊砌筑。而對一般的節(jié)理、裂隙面，巖體仍作為連續(xù)的整體，這種模型稱為“大塊體”地質(zhì)力學模型。此時模型材料一般采用石膏、石膏硅藻土或石膏重晶石粉。模擬斷層接觸面上抗剪強度的材料，通常采用涂料法或不同的紙型來，或者淀粉石膏粉黏結(jié)劑。如果模型中要進一步模擬節(jié)理、裂隙，即把構(gòu)造面間巖體作為非連續(xù)的裂隙介質(zhì)考慮，則需用小

40、砌塊分層、分段砌筑而成，這種模型稱為“小塊體”地質(zhì)力學模型。巖體不連續(xù)面力學性能的模擬包含：1、弱面強度模擬2、剪切變形特性模擬3、法向變形特性模擬4、剪切膨脹特性模擬巖體不連續(xù)面力學性能的模擬的方法：先制成小尺寸的砌塊，在其接觸面之間放置不同的夾層材料，以模擬所要求的節(jié)理性能，稱這種方法為砌塊夾層法；用一種專門設計的刀片把模型材料劈裂為具有粗糙表面的不連續(xù)砌塊，然后再把這些小砌塊按切割前的形狀擠在一起堆砌成整體模型劈裂法。應力釋放的相似包括：（1）開洞前初始應力場的相似和開挖過程相似，這可以在整體模型的加載和開挖的工藝中得到實現(xiàn)。（2）加載、卸載條件下的應力應變關系及卸載應力水平相近。5.3

41、.3模型試驗的量測技術模型試驗的量測內(nèi)容有位移、變形、應力、裂隙的滑移及材料的屈服松動，當模擬隧洞襯砌時，還要求量測襯砌上的圍巖壓力1、應變、位移測量分為表面位移量測和材料內(nèi)部位移量測表面位移量測的方法有： 1）電阻應變2）懸臂式測位計3）千分表4）差動式位移傳感器5）精密攝影位移量測內(nèi)部位移量測有：1）微型高精度多點位移計2）光纖位移/應變傳感器。2、壓力、應力量測對于壓力測量：1）微型油壓式壓力盒2）微型鋼弦式壓力盒對于應力測量：結(jié)構(gòu)物三維應力測量可采用貼應變片花方式，通過測得應變，根據(jù)胡克定律求的相應應力。巖爆模型相似材料選取的標準：（1）應具有脆性特征，較好的線性應力應變關系，較小的抗

42、壓強度與抗拉強度，較大的彈性能量指數(shù)；（2）相似材料的聲發(fā)射強度、頻率、累計數(shù)及能量特征應與巖石相似，具有突發(fā)性破壞的特征；（3）應滿足施工工藝的要求，凝固時間適宜，易于成型，成本較低且具有力學指標的穩(wěn)定性。相似材料的配合比試驗的基本步驟：（1）制作長方體試件（2）試件的成型與養(yǎng)護（3）模型相似材料的試驗，主要測定試件的彈性模量，單軸抗壓強度，彈性能量指數(shù)等參數(shù)。第六章隧道與地下工程信息化施工監(jiān)測現(xiàn)場原型試驗現(xiàn)場原型試驗的顯著優(yōu)點是在實際的外界條件和工程結(jié)構(gòu)條件下研究它的一切特性和得到必須的設計參數(shù)。同時，現(xiàn)場原型試驗還能為施工的工序提供指導性數(shù)據(jù)，為運營的安生性和一些研究課題提供資料。新奧法

43、施工的要素：光面爆破：保護圍巖自承能力錨噴支護：提高圍巖自承能力監(jiān)控量測：發(fā)揮圍巖自承能力現(xiàn)場原型測試監(jiān)測的目的：確保隧道的安全施工；信息反饋，指導施工（適時支護，發(fā)揮圍巖自承能力）；信息反饋，指導設計（修改支護參數(shù)和計算參數(shù)）；驗證和研究設計新方法、施工新工藝采集數(shù)據(jù)；環(huán)境保護（相互影響）。監(jiān)測信息反饋修正設計內(nèi)容：(1)施工方法變更的建議(2)施工工序更改的建議(3)預留變形量的修正設計參數(shù)的修改或認定：若發(fā)現(xiàn)以下兩種情況時，應及時修改設計參數(shù)：（1）在施工過程中，如發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象之一時，應修改設計參數(shù)，增強初期支護。1）隧道開挖后，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、圍巖類別比預計的差。2）實測位移量

44、超出規(guī)范規(guī)定的或類似條件下的隧道位移值。3）觀察發(fā)現(xiàn)混凝土層裂紋多、裂縫大或不斷擴展時。4）位移量可能超出預留變形量。 位移量可能超出預留變形量時，將影響二次襯砌或噴射混凝土的厚度，因此，必須預先采取加強措施。5）穩(wěn)定特征出現(xiàn)異常狀態(tài)。監(jiān)測位移曲線可能出現(xiàn)正加速度。增強初期支護的措施：增強初期支護可用降低圍巖類別的辦法，改用相應的設計參數(shù)，或選用如下加強措施：增設鋼筋網(wǎng)或改用鋼纖維噴射混凝土。加密或加長錨桿。增加噴射混凝土厚度。 改用早強噴射混凝土或早強砂漿錨桿。 采用或加密鋼架。 增設臨時仰拱及時形成支護封閉環(huán)。（2）在施工過程中，若發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象之一時，應改變設計參數(shù)，適當降低初期支護：1）

45、確認圍巖類別、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件比預計的有明顯好轉(zhuǎn)。2）初期支護未全部完成前，位移已收斂，達到施作二次襯砌的指標。3）初期支護全部工作完畢，位移量遠小于規(guī)范規(guī)定時，可按施工信息應用的要求及有關規(guī)定，降低其他地段初期支護設計參數(shù)。降低初期支護的措施：可按提高圍巖類別，改用相應的設計參數(shù)，或選用以下方法處理：減少錨桿數(shù)量，縮短錨桿長度，或減少噴層的厚度，取消鋼架等。取消或改用其他輔助措施，改變輔助措施的設計參數(shù)。6.2隧道監(jiān)測的項目內(nèi)容和方法監(jiān)測的對象：圍巖；襯砌（初襯和二襯）；錨桿；鋼拱架及其它支撐監(jiān)測的部位：地表；圍巖內(nèi)；洞壁；襯砌內(nèi)；襯砌內(nèi)壁等。監(jiān)測的類型：位移；壓力（應力）；其它物

46、理量（圍巖松動圈和聲發(fā)射）。量測項目可分為必測項目和選測項目兩大類。必測項目是必須進行的常規(guī)量測項目，是為了在設計施工中確保圍巖穩(wěn)定、判斷支護結(jié)構(gòu)工作狀志、指導設計施工的經(jīng)常性量測。必測項目是新奧法量測的重點，主要包括： (1)隧道內(nèi)目測觀察。(2)隧道內(nèi)空變位量測。 (3)拱頂下沉量測。選測項目:是對一些有特殊意義和具有代表性的區(qū)段進行補充測試，以求更深入地了解圍巖的松動范圍和穩(wěn)定狀態(tài)以及噴錨支護的效果，為未開挖區(qū)段的設計與施工積累現(xiàn)場資料。一、洞內(nèi)觀察觀察目的: (1)預測開控面前方的地質(zhì)條件。 (2)為判斷圍巖、隧道的穩(wěn)定性提供地質(zhì)依據(jù)。(3)根據(jù)噴層表面狀態(tài)及錨桿的工作狀態(tài)，分析支護結(jié)

47、構(gòu)的可靠程度。觀測內(nèi)容: (1)對開挖后沒有支護的圍巖進行目測，主要是了解開挖工作面的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。1)巖質(zhì)種類和分布狀態(tài)，境界面位置的狀態(tài)。2)巖性特征：巖石的顏色、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。3)地層時代歸屬及產(chǎn)狀。4)節(jié)理性質(zhì)、組數(shù)、間距、規(guī)模，節(jié)理裂隙的發(fā)育程度和方向性，斷面狀態(tài)特征，充填物的類型和產(chǎn)狀等。5)斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀、破碎帶寬度，特征。6)地下水類型，涌水量大小、涌水位置、涌水壓力、水的化學成分，濕度等。7)開挖工作面的穩(wěn)定狀態(tài)，頂板有無剝落現(xiàn)象。(2)開挖后已支護段的目測內(nèi)容。1)初期支護完成后對噴層表面的觀察以及裂 縫狀況的描述和記錄。2)有無錯桿被拉脫或墊板陷入圍巖內(nèi)部

48、的現(xiàn)象。3)噴混凝土是否產(chǎn)生裂隙或剝離，要特別注意噴混凝土是否發(fā)生剪切破壞。4)有無錨桿和噴混凝土質(zhì)量問題。5)鋼拱架有無被壓屈現(xiàn)象， 6)是否自底鼓現(xiàn)象。目測觀察中圍巖的破壞形態(tài)分析1、危險性不大的破壞構(gòu)筑仰拱后，在拱肩部出現(xiàn)的剪切破壞，一般都進展緩慢，危險性不丈，特別是當拱肩部的剪切破壞面上有錨桿穿過時，因錨桿的抵抗作用，更不會發(fā)生急劇破壞。2、危險性較大的破壞在沒有構(gòu)筑仰拱的情況下，當隧道內(nèi)空變位速度收斂很慢且內(nèi)空變位量很大時，拱頂噴混凝土因受彎曲壓縮而產(chǎn)生的裂隙常常進展急劇，時常伴有混凝土碎片飛散，是一種危險性較大的破壞。3、塌方征兆的破壞拱頂噴混凝土層出現(xiàn)對稱的、可能向下滑落的剪切破

49、壞的現(xiàn)象時，或側(cè)墻發(fā)生向內(nèi)側(cè)滑動的剪切破壞并伴有底鼓現(xiàn)象時，這兩種情況都會引起塌方事故的破壞形態(tài)。二、隧道收斂位移量測收斂位移量測目的:(1)周邊位移是隧道圍巖應方狀態(tài)變化的最直觀反映，量測周邊位移可為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息。(2)根據(jù)變位速度判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度為二次襯砌提供合理的支護時機。(3)指導現(xiàn)場設計與施工。測值及溫度修正:由于鋼尺受溫度變化的影響會產(chǎn)生熱脹冷縮，而每次觀測環(huán)境溫度不盡相同，即要對觀測值進行溫度修正，消除變溫引起的誤差。監(jiān)測斷面必須盡量靠近開挖工作面，但太近會造成開挖爆破下的碎石砸壞測樁，太遠又會漏掉該量測斷面開挖后的變位值，根據(jù)部分規(guī)范規(guī)定，測點應距開

50、挖面2m的范圍內(nèi)盡快安設，并應保證爆破后24h內(nèi)或下一次爆破前測讀初次讀數(shù)。監(jiān)測斷面沿隧道縱向設置的間隔，根據(jù)巖性不同與圍巖類別的差異，一般情況下，圍巖類別越低，監(jiān)測斷面布置的越密。量測頻度:根據(jù)圍巖變形規(guī)律，變形量在開挖后初期變形大，以后逐漸變緩，最后趨于穩(wěn)定，因此一般情況下，前期量測頻度密，后期疏。三、地表下沉量測量測目的：地表下沉量測的目的主要在于了解以下內(nèi)容： (1)地表下沉的范圍以及下沉量的大小。 (2)地表下沉量隨工作面推進的變化規(guī)律。(3)地表下沉穩(wěn)定的時間。量測方法及測點布置：一般用水平儀量測，其量測精度為±1mm，用水平儀在地面量測，簡易可行，量測結(jié)果能反映淺埋隧道

51、開挖過程中圍巖變形的全過程。量測頻度：地表下沉量測在量測區(qū)間內(nèi)，當開挖面距量測斷面前后距離d<2D)時，每天12次；2D<d<5D時，每兩日量測一次；當d>5D時，每周量測一次。量測數(shù)據(jù)整理：將每次的量測數(shù)據(jù)，經(jīng)整理繪出曲線以便分析。 (1)地表縱向下沉量時間關系曲線。(2)地表橫向下沉量一時間關系曲線。從兩曲線圖中可以看出地表下沉與時間的關系，以及最大下沉量產(chǎn)生的部位等。四、圍巖內(nèi)變形量測圍巖內(nèi)變形量測的目的：(1)確定圍巖位移隨深度變化的關系。(2)找出圍巖的移動范圍，深入研究支架與圍巖相互作用的關系。(3)判斷開挖后圍巖的松動區(qū)、強度下降區(qū)以及彈性區(qū)的范圍。(4)

52、判斷錨桿長度是否適宜，以便確定合理的錨桿長度。量測設備：圍巖內(nèi)變形量測的設備，主要使用位移計，它可量測隧道不同深度處圍巖位移量。按測試裝置的工作原理可分為電測式位移計和機械式位移計。電測式位移計是把非電量的位移量通過傳感器的機械運動轉(zhuǎn)化為電量變化信號輸出，再由導線傳送給二次儀表，接收并顯示。位移計可分為單點位移計和多點位移計，而單點位移計只能量測圍巖內(nèi)某一深度處的位移量，多點位移計可在圍巖內(nèi)部不同深度埋設多個測點，同時量測圍巖內(nèi)不同深度處位移量。一般來說，在工程實踐中多點位移計被廣泛采用。1）單點位移計：單點位移計結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，測試精度高； 受外界因素影響小，容易保護； 若鉆孔足夠深時孔

53、底可視為不動點，測得的是位移絕對值； 單點位移計通常與多點位移計配合使用。2）多點位移計按位移監(jiān)測儀器的不同分為：機械式：深度測微計、千分表或百分表。電測式：位移傳感器；鋼弦式電阻式；差動變壓器式；電阻應變式。按安裝方式分為： a.并聯(lián)式多點位移計： 注漿式錨固頭；機械式錨固頭。b.串聯(lián)式多點位移計：孔口固定；孔底固定。c.滑動式位移計（地表埋設）埋設方式：當隧道埋較淺時可地表埋設，測得全位移洞內(nèi)埋設，可向多個方向埋設。利用量測結(jié)果判斷圍巖內(nèi)變位狀態(tài)可根據(jù)圍巖內(nèi)變位曲線判斷圍巖內(nèi)強度下降區(qū)和松動區(qū)的限界。若以橫坐標表示各量測點距圍巖壁面的深度，縱坐標表示各量測點圍巖的絕對變位量，根據(jù)現(xiàn)場量測數(shù)

54、值可繪出圍巖內(nèi)變位曲線，利用曲線斜率的變化狀態(tài)可以判斷圍巖是否出現(xiàn)了強度下降區(qū)和松動區(qū)。判斷的依據(jù)是如果曲線斜率可以分成三個區(qū)域，那么靠近圍巖壁面的變位量最大，則是松動區(qū)，變位量較大的區(qū)域為強度下降區(qū)，再往圍巖深部變形量最小，是為彈性區(qū)。五、錨桿抗拔力、軸向力量測錨桿抗拔力(亦稱錨桿拉拔力)是指錨桿能夠承受的最大拉力，它是錨桿材料、加工與施工安裝質(zhì)量優(yōu)劣的綜合反映。錨桿抗拔力的大小直接影響著錨桿的作用效果，如果抗拔力不足，會使錨桿起不到錨固圍巖的作用，所以是檢測錨桿質(zhì)量的一項基本內(nèi)容。量測目的：(1)測定錨桿的錨固力是否選到設計要求。 (2)判斷所使用的錨桿長度是否適宜。 (3)檢查錨桿安裝質(zhì)

55、量。 (4)了解錨桿受力狀態(tài)及軸向力大小。量測儀器：a.錨桿拉力計、頻率儀或電阻應變儀，直接測得錨桿拉力； b.鋼筋應力計、頻率儀或電阻應變儀； c.鋼筋應變計、頻率儀或電阻應變儀； d.應變片、電阻應變儀。埋設方法a.錨桿拉力計安裝在承壓板與錨頭之間； b.鋼筋應力計：割斷鋼筋，與鋼筋串聯(lián)焊接； c.鋼筋應變計：焊在鋼筋或鋼管上（與錨桿并聯(lián)連接）； d.應變片：對錨桿表面作特殊加工后粘貼，并防潮、密封。數(shù)據(jù)分析：1）錨桿軸向力沿錨桿長度的分布狀態(tài)曲線錨桿的軸向力沿桿長顯“凸形”分布，其原因有兩方面：一是由于爆破形成的自由面將表層圍巖松動，致使表層圍巖的變形大部分在錨桿安裝前業(yè)已完成使應力大量

56、釋放。二是由于錨桿的變形模量比圍巖的變形模量大，使錨桿起到加固圍巖的作用，當圍巖變形時或者當靠近洞壁的郡部分巖體產(chǎn)生塑性流動時，錨桿將阻止這種變形，其結(jié)果在錨桿桿體與孔壁通過砂漿產(chǎn)生相互間的剪切作用，在這種情況下，錨桿中軸向力的分布確系“凸形”分布。2)根據(jù)錨桿軸向力確定適宜的錨桿長度。當錨桿軸向力的最大值低于錨桿的拉拔抗力，且圍巖壁面與圍巖內(nèi)不動點之間的絕對變形量又大于所用錨桿長度的6(經(jīng)驗值)時，應當加大錨桿長度。當錨桿軸向力最大值低于錨桿拉拔抗力，且圍巖內(nèi)變位很小時，說明錨桿過長，可以減少錨桿長度或數(shù)量。3）繪制錨桿軸向力隨時間變化曲線判斷圍巖變形的發(fā)展趨勢。繪制錨桿不同深度處錨桿軸向力

57、隨時間的變化曲線。對每一測點(不同深度)隨著時間的增長軸向力逐漸增大。在同一時間內(nèi)不同深度處的軸同力的大小是不等的，淺部的軸向力最大，深部的最小，這是由于深部巖體的制約所形成。六、鋼架荷載量測量測的目的:(1)了解鋼架受力的大小為鋼架選型與設計提供依據(jù)。(2)根據(jù)鋼架的受力狀態(tài)，為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息。(3)了解鋼架的工作狀態(tài)，評價鋼架的支護效果。量測設備與量測方法:目前國內(nèi)使用較普遍的鋼架荷載測量儀器有機械式測壓儀，鋼弦測壓儀和液壓測力計等。量測與量測數(shù)據(jù)分析:鋼架受力的量測工作，應與圍巖內(nèi)空變形的量測工作同步進行，量測頻度可參照圍巖內(nèi)空變形的量測間隔進行。對整理出的資料應作以下分析： (1)根據(jù)同一時間內(nèi)所測定的鋼架受力與隧道圍巖變形的大小，可以獲得隧道圍巖位移與圍巖壓力(鋼架上的壓力)間的關系。 (2)通過