Механика скальных грунтов и скальных массивов

где mi находят по табл. 8.3.

Зная значение коэффициента mv можно также с помощью гра­ фиков (рис. 8.10) определить для скального массива сцепление с и угол внутреннего трения <р.

Ф,

GSI

Рис. в. 10. Зависимости сцепления (а) и угла трения (б) от GSI (Ноек, 1999)

1.Опишите три подхода к определению аналитическим путем деформацион­ ных свойств скального массива.,

2.Приведите и поясните диаграмму деформирования фрагмента, сложенного из гипсопесчаных блоков, при двухосном сжатии а ,=/(£,).

3.Изложите методику изучения свойств масштабно-неоднородных скальных массивов, основанную на способе математического моделирования.

4.Приведите эмпирические зависимости, полученные для оценки модуля

деформации массива с использованием систем RM R и О. Раскройте поня­ тие геологического индекса прочности G SI.

5.Расскажите о прочности трещиноватых скальных массивов для случая с оди­ ночной трещиной, с двумя и более трещинами.

6.По каким формулам вычисляют критерий Кулона - Мора при расчете взаи­ модействия инженерных сооружений со скальным массивом и каковы его значения?

7.Как трансформируется критерий Хоека для скальных массивов?

Таблица 9.1

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА т (Тимошенко, Гудьер, 1979)

В каждом опыте нагрузка дается циклами; определяется мо­ дуль деформации массива, который равен тангенсу угла секущей, проведенной на построенной диаграмме <о=Да) до уровня ожидае­ мых напряжений. Обычно опыт состоит из нескольких циклов на­ грузки и разгрузки. Типичная диаграмма циклического деформи­ рования скального массива приведена на рис. 9.3.

При проведении штамповых опытов необходимо контролиро­ вать скорость нагрузки и разгрузки, которая существенно влияет на результаты.

Штамповые опыты различаются по конструкции испытательных установок, схемам и методикам проведения опытов и представления результатов. Этот способ испытаний получил широкое распростране­ ние в изыскательской практике. Относительно простой с точки зрения выполнения подготовительных работ и применяемого оборудования, он позволяет после завершения исследований по определению дефор­ мационных характеристик массива, т.е. вертикального приложения нагрузок, переходить к определению прочностных характеристик,

100 см

Рис. 9.2. Эпюры осадок поверхности скальной породы под действием ступени нагрузки ст (Ухов, 1975):

а- микросланцы основания Фархадской плотины (штамп № 3); 6 - известняки основания Ингурской плотины (штамп Ns 1);

кривая 2 соответствует решению для абсолютно жесткого штампа

можно отнести то, что при штамповых опытах в работу вовлека­ ется относительно небольшой объем скального массива, а'это, в свою очередь, уменьшает пред­ ставительность получаемых ре­ зультатов исследований. Кроме того, как бы тщательно ни прово­ дилась разработка камеры, гале­ реи, шурфа и т.д., окружающий выработку скальный массив все­ гда, в той или иной мере, будет на какую-то глубину нарушен, что повлияет на корректность полученных результатов.

И сп ы та н и я по стенкам в ы р а б о т о к кругового очертания часто проводят при строитель­ стве подземных сооружений, особенно напорных гидротехничес­ ких туннелей; при этом нагружение массива может осуществлять­ ся двумя способами.

Первый из них предусматривает нагружение по методу напор­ ны х камер (рис. 9.4).

В соответствии с этим методом, часть туннеля изолируется бетон­ ными пробками. Во избежание утечек воды из камеры изготовляют бетонную обделку, на которую наносят гидроизоляционный матери­ ал, после чего устанавливают аппаратуру для измерения перемеще­ ний точек массива. Испытания проводят после закачивания в камеру воды до создания в ней необходимого напора, при этом измеряют пе­ ремещения различных точек обделки. Гидростатическое давление в туннеле кругового очертания вызывает равномерное распределение радиальных напряжений в точках скального массива, граничащих с обделкой, что приводит к суммарному перемещению каждой пары диаметрально расположенных точек. По этим диаметральным пере­ мещениям можно подсчитать модуль деформации массива в разных направлениях (Stagg, Zienkiewicz, 1968):

где v - коэффициент Пуассона, обычно определяемый из лабора­ торных испытаний образцов или динамических испытаний; Ad -

Рис. 9.4. Схема исследований с напорной камерой в скальном массиве (Джегер, 1975):

1 - люк; 2 - трубка для выпуска воздуха; 3 - манометр; 4 - водомер; 5 - трубка для выпуска воды; 6 - трубка кабеля датчиков; 7 - инварные стержни;

в - проволочный измеритель; 9 - кабель

диаметральные перемещения точек породы за обделкой; d - на­ ружный диаметр туннеля; р - интенсивность равномерно распре­ деленного внутреннего гидростатического давления.

По мнению ряда исследователей, такие опыты, максимально приближая схему испытаний к условиям работы реального соору­ жения, дают следующие преимущества:

-перемещения скального массива, а следовательно, и модули деформации можно измерить в любом радиальном направлении;

-гидростатическое давление в туннеле может поддерживаться в течение достаточно длительного времени;

-влияние наличия бетонной обделки на модуль деформации можно оценить путем проведения испытаний в необлицованной ка­ мере и в камере с обделкой.

Он предусматривает нагружение стенок механическим путем с помощью цилиндрического пресса либо с помощью плоских штам­ пов - домкратов, равномерно расположенных по контуру выработ­ ки, каждый из которых передает радиальную нагрузку. Испыта­ ния могут быть проведены также по методу цент ральны х гидравлических штампов (ЦГШ). По сравнению с методом напор­ ных камер, при механическом нагружении стенок опытной штоЛьни в работу вовлекается гораздо меньший объем скального масси­ ва. К преимуществам данного метода можно отнести возможность перемещения установки по длине туннеля, что позволяет прово­ дить опыты на разных участках.

Однако следует иметь в виду, что испытания в камерах очень трудоемки и дорогостоящи. Во многих случаях проведение боЛее

простых штамповых опытов при разных направлениях нагрузки экономичнее и может дать более разностороннюю информацию о свойствах скального массива.

Полевые испытания механических свойств скального массива можно проводить также с помощью прессиометров (Виттке, 1990) (рис. 9.5). Он состоит из разделенной на две половины оболочки, ко­ торая опускается в скважину диаметром 5-20 см. Оболочку запол­ няют под давлением маслом, и она передает давление на стенки скважины, перемещения точек которой измеряются с помощью специальных датчиков (либо по объему закачиваемой жидкости). По перемещениям вычисляют модуль деформации с помощью формулы (Джегер,1975):

где г - радиус скважины; и - перемещения точек стенок скважины; р - давление на стенки скважины.

Прессиометры целесообразно использовать при изысканиях, в качестве дополнительного метода исследований к более круп­ номасштабным опытам, а также для экспресс-оценок свойств скальных пород.

Для прессиометрических испытаний, как и для других методов нагружения породы по стенкам выработки, характерен недостаток - неопределенность интерпретации полученных данных, обусловлен­