[发明专利]一种基于原位表面单裂隙的岩体剪切参数评估方法

说明书

本发明涉及一种基于原位表面单裂隙的岩体剪切参数评估方法，属于岩土工程技术领域，本发明在原位单裂隙附近，进行点触探加载试验，使岩体发生偏向于原位裂隙的剪切破坏，形成三棱锥状剪切岩块，根据力学分析，剪切岩块的表面裂纹破坏角系主动破裂角，与岩石内摩擦角有关，又根据一般力系的平衡原理，岩体破裂时，点触探作用的剪力应该等于岩石的抗剪强度，而岩石的抗剪强度与粘聚力c有关，故通过建立表面裂纹破坏角与内摩擦角，剪力与抗剪强度之间的关系式即可求得岩石的内摩擦角与粘聚力，实现了在现场利用含裂隙的岩体进行点触探试验，形成剪切破坏，进而评估岩体剪切参数的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于原位表面单裂隙的岩体剪切参数评估方法，属于岩土工程技术领域。

背景技术

原位测试可以很好的指导现场实践工程项目，较室内试验，由于其能保持岩体原有地质结构、应力状态和含水量，测试结果更接近于现场实际情况，已成为岩石工程设计和安全施工的重要测试方法。随着原位测试方法的改善与进步，越来越多的原位方法致力于便捷、快速的获取岩体的工程特性，其中原位点触探就是其中重要的一种方法，该方法利用点触探压头对岩石进行贯入或压入实验，通过得到岩石在压入过程中的荷载-位移关系特征来评估岩石力学参数，其具有测试方便快捷、测量范围广、代表性强等特点。其中结合钻孔开展的孔内触探不仅可以保证加载过程中的原位应力条件，同时可以获得整个岩层剖面的参数信息，不受岩层深度、结构面限制，具有良好的应用前景。目前钻孔原位触探测试可以通过经验的手段获取岩石的抗压强度和变形参数，对评估岩体特性提供了重要的原位技术手段。

但是，对岩体而言，除了基本的抗压强度和模量参数，其剪切强度参数也是非常重要的工程参数，如岩石的内摩擦角与粘聚力，对评估岩体特性至关重要，目前关于剪切参数的原位便捷测试还没有很好的技术手段，考虑到原位点触探技术的便捷特性，结合其形成一种抗剪参数的评估方法，对岩体原位测试技术的发展有重要意义。

由于岩石内部包含各种缺陷及裂隙，它的存在为利用原位触探进行岩体剪切测试提供了可能。试验结果表明：当触探或荷载作用点离裂隙距离很近时，将会发生偏向于裂隙的剪切破坏，形成剪切滑动面，这种固有的剪切破坏模式为岩体剪切参数评估提供了很好的便利。如若合理的运用岩石中宏细观裂纹传播规律对岩石破坏的影响，用已知的破坏机理充分探究力学参数与裂纹扩展相互作用关系，可为评估岩石力学参数提供了新的测试方法。

发明内容

针对上述问题，本发明利用含裂隙岩体触探试验破坏规律规律性，提出一种基于原位表面单裂隙的岩体剪切参数评估方法，实现了在现场利用含裂隙的岩体进行点触探试验，形成剪切破坏，进而评估岩体剪切参数的目的。

本发明采用以下技术方案：

一种基于原位表面单裂隙的岩体剪切参数评估方法，包括：

步骤一：选择一条合适的原位裂隙，在裂隙附近位置设为加载点；

步骤二：在触探压头安装图像采集装置，在加载点进行触探加载，加载方向与岩体表面垂直，实时监测触探压头的荷载和位移，直至触探压头下方产生裂纹并向原位裂隙的内部扩展并贯穿，发生剪切破坏时停止加载，并记录破坏时的峰值荷载P_i，分别对破坏后的破裂形态及剪切脱落的岩块进行形状测量，测量表面破裂角α，表面破裂角α可以直接测量，孔条件下也可以通过在压头配置图像采集装置，对孔壁破裂角进行图像测量；

步骤三：对剪切块体进行测量得到剪切深度h，并根据剪切深度h与原位裂隙到触探加载点的距离之间的几何关系，估算表面向内部剪切破裂角β，或利用图像采集装置对剪切块图像测量得到剪切破裂角β；

步骤四：点触探试验岩体表面破裂角为主动破裂角，根据表面破裂角α与内摩擦角之间的关系，通过公式(1)推算岩石内摩擦角