地下结构硐室实习报告.docx
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地下结构硐室实习报告
防灾科技学院
实训报告书
专业勘查技术与工程
系别防灾工程系
报告题目地下结构与工程地质原位测试实习
报告人班级
指导教师蔡晓光、王伟、孙有为带队教师蔡晓光、王伟、孙有为
实训时间2014.7.8-2014.7.13实训单位防灾科技学院
教务处监制
报告内容摘要:
本次实习包含地下结构的监测与检测、原位试验两个部分。
其中地下结构的监测与检测又分为深层水平位移监测、土体分层沉降监测、地下水位监测、隧道净空相对位移监测、土压力监测、衬砌混凝土内力和变形监测、衬砌中钢筋应力检测、锚杆拉力量测、锚索拉力量测、隧硐周边土体内部位移量测和孔隙水压力量测。
原位测试有包括土体直剪试验、岩体与混凝土模拟直剪试验、岩石点荷载实验、承压板载荷试验、模拟围岩平探头声波测试、模拟围岩松动圈测试、回弹仪测定岩体抗压强度等试验。
通过此次实习结合实际情况以及理论在实习过程中学习和理解了不少地下结构相关的知识和技术,通过实习更好地掌握了理论知识,并且体会到实际生产的实际操作性。
指导教师评语:
成绩:
指导教师(签名):
年月日
前言
本次实习针对岩石岩体的工程地质特征,岩体(石)基本力学性质及地下开挖工程中岩体力学问题进行验证和试验探索。
目的是巩固加深理解课堂上所学知识,培养运用理论知识解决实践问题的能力;掌握实践工作的方法,如原位实验、地下结构的监测与检测等的方法;培养在实践中分析问题、解决问题的综合能力。
本次实习进行的主要试验及项目有:
岩土体直剪试验、岩体强度试验、岩石点荷载强度试验、岩体声波探测(硐室围岩松动圈的声波测试、声波测井、围岩分类的声波测试)、利用回弹仪测定岩石强度试验、围岩的收敛变形试验、地基沉降观测试验、地下水位监测、硐室收敛变形监测等十几项内容。
各项试验的技术和方法与实际工程相似,对毕业后工作具有很大的帮助。
本次实习重在通过结合理论知识来指导实践生产活动,此次实习目的是检验和深刻学习地下结构检测和检测的理论知识,并通过实际操作更好地去体会和学习专业技能。
通过本次实习,将使学生更好地结合理论与实践,更好地掌握专业知识。
第一部分地下结构的监测与检测
第一章深层水平位移监测
1.1、实验目的
深层水平位移监测可以连续地、逐段测出产生位移后的测斜管轴线与铅垂线或水平线的夹角,再分段求出水平位移(测斜管垂直埋设)或垂直位移(测斜管水平埋设时),累计得出总的位移量及沿管轴线整个孔位的变化情况,可以在总体上检测测斜管埋设处的岩体或土体的位移情况,为工程提供可靠地参数。
1.2、实验地点
试验场地位于防灾科技学院北校区地下结构与工程地质试验场深层水平位移监测孔。
1.3、实验设备
NJX2型系列数字式活动测斜仪(南京南瑞集团)、NDA1511变送器信号指示仪(南京南瑞集团)、NCXG-A测斜管。
1.4、实验步骤
1.测量前准备工作
首先检查测斜仪的导轮是否转动灵活、扭簧是否有力、密封圈是否完好。
将测杆上航空插座与电缆航空插头插好,并用扳手拧紧连接螺母,确保测杆和电缆连接头的连接密封性。
将电缆从电缆绕线盘上放出穿过整个测斜管所需要的长度,再将指示仪的测量线拧在电缆绕盘上放出穿过整个测斜管所需要的长度,再将指示仪的测量线拧在电缆绕线盘的插座上。
打开指示仪,进入主菜单界面按“测量”键,打开指示仪,选用-2.500~2.500V档进行测量。
NJX2-V型活动测斜仪探头专用于垂直测空的测量。
2.将测斜仪测头大致保持垂直,检查指示仪指示是否稳定,示值应“+”向增大。
当测斜仪后导轮相对前导轮右偏时,示值应“——”向增大。
3.在墩台上设置有测绘标的测斜管口处作为基点开始进行测量。
按照以下步骤完成:
(1)将测头导轮卡在侧斜管的导槽内,轻轻将测头放入测斜管内,慢慢放松电缆,使测头下到孔底。
快到孔底时,为避免与测头造成大的冲击,应减慢放电缆的速度。
使测头在孔底停止5分钟以上,以便传感器及电缆温度稳定。
(2)将测头拉起至设定的测量深度为测读起点,每0.5米测量一个数据。
一直测读到测量管顶位置。
测读时注意对好电缆标记,以防测头定位不准确。
(3)将测头调转180度,重新放入测斜管中,重复上述步骤。
4.NDA1511变送器信号指示仪的使用步骤
(1)按下电源开关之后,显示开机界面,约2秒钟后,自动进入测斜指示仪表的主菜单操作界面。
(2)参数设置:
首次使用测斜仪时,根据测斜仪标定检验数据记录表设置传感器转换系数a0,a1,a2,a3;以后可以忽略本步骤;
(3)选择“管孔设置”功能进入管孔设置。
包括新建、删除、编辑管孔。
可以对管孔名称,测量深度,测量间距依次进行设置。
(4)返回后,选择“数据测量”功能。
选择已设置好的管孔进行测量,按“确认”键后,仪器开始正式测量。
每次按“确认”键后,测量数据被锁定,按“存储”键后该数据被存储,紧接着开始下一个位置重新测量。
按“取
消”键,锁定的数据不被保存,并继续该位置的测量。
一个测孔需要重新测量时,可按“”键返回到特定的位置,按“确认”键后,重新测量。
一个测孔要进行两个行程的测量,一个行程测量结束后指示仪会提示用户需要换到另一个行程测量,待调整好传感器位置准备下一个行程测量时,可按“确认”键即可继续下一行程的测量,直到测量结束。
(5)测量完毕后,可以选择“数据浏览”功能,选择已经测量好的管孔进行数据的浏览,包括正程位移、反程位移、平均位移。
此外还可以选择清孔数据的选项,清除该孔的数据(该选项只清除该孔的数据,该孔的配置不清除)。
(6)选择“系统设置”功能,可以设置和系统相关的默认选项,例如:
设置。
(7)传感器参数,显示并更改当前设置的时间和日期,激活或解除系统自动关机的功能并设置自动关机时间,设置屏幕背光显示,数据上传PC,清除数据等。
1.5、实验结果
IN1测孔数据:
正向
反向
深度(m)
位移(m)
深度(m)
位移(m)
平均(m)
10
-0.36
10
-1.65
-0.64
9.5
-0.76
9.5
-1.38
-0.3
9
-2.38
9
-0.19
-1.09
8.5
-6.83
8.5
4.96
-5.89
8
-6.83
8
8.32
-7.57
7.5
-13.48
7.5
11.38
-12.43
7
-15.85
7
13.71
-14.77
6.5
-16.7
6.5
14.31
-15.5
6
-15.82
6
13.08
-14.45
5.5
-8.24
5.5
6.1
-7.17
5
-5.49
5
3.07
-4.28
4.5
-4.33
4.5
2.44
-3.38
4
-6.47
4
4.12
-5.29
3.5
-10.51
3.5
8.05
-9.28
3
-10.03
3
9.84
-9.93
2.5
-4.59
2.5
1.25
-2.92
2
-0.12
2
-2.6
1.36
1.5
0.08
1.5
-2.58
1.33
1
2.57
1
0.07
-1.32
0.5
-3.08
0.5
0.66
-1.92
IN2测孔数据:
正向
反向
深度(m)
位移(m)
深度(m)
位移(m)
平均(m)
10
-13.37
10
11.19
-12.28
9.5
-14.24
9.5
12.22
-13.23
9
-13.79
9
11.19
-12.49
8.5
-8.97
8.5
6.59
-7.78
8
-8.62
8
5.88
-7.25
7.5
-8
7.5
5.48
-6.74
7
-7.3
7
5.34
-6.57
6.5
-6.35
6.5
3.98
-5.16
6
-5.71
6
3.4
-4.55
5.5
-7.5
5.5
5.36
-6.43
5
-8.55
5
6.09
-7.32
4.5
-9.31
4.5
6.9
-8.1
4
-9.19
4
6.81
-8
3.5
-10.22
3.5
8.16
-9.19
3
-10.77
3
8.53
-9.65
2.5
-10.68
2.5
8.01
-9.19
2
-3.29
2
5.95
-7.12
1.5
-3.92
1.5
1.49
-2.7
1
-0.34
1
-2.08
-0.87
0.5
-0.62
0.5
-1.23
-0.3
第二章土体分层沉降监测
2.1、实验目的
测得沉降环距管口的距离,进而算出深层测点的位移变化值,为工程提供更为准确的分层沉降数据以保证工程施工及施工结束后的安全性。
2.2、实验地点
试验位于防灾科技学院北校区地下结构与工程地质试验场地面土体分层沉降监测孔中。
2.3、实验设备
实验设备包括:
南京南瑞集团NCJM型电磁式沉降仪、沉降管、NCT01T钢环、NCT01C磁环。
2.4、实验步骤
a.接通电源
b.将探头从管口慢慢放下。
c.探头下降至沉降环中间时,音响器会发出声音。
此时应缓慢地收放钢卷尺使探测头更准确地探测到沉降环的位置。
然后让钢卷尺与管口基准对齐。
读出该沉降环的深度。
2.5、实验结果
ES1测孔:
ES1测孔
上→下(m)
下→上(m)
平均值(m)
原始数据(m)
沉降量(m)
第一测点
2.08
2.17
2.125
2.346
-0.221
第二测点
3.87
3.97
3.92
3.871
0.049
第三测点
6.02
6.12
6.07
5.933
0.137
第四测点
8.03
8.14
8.085
7.784
0.301
第五测点
9.97
10.08
10.025
9.945
0.08
ES2测孔:
ES2测孔
上→下(m)
下→上(m)
平均值(m)
原始数据(m)
沉降量(m)
第一测点
2.35
2.45
2.4
2.079
0.321
第二测点
3.87
3.97
3.92
3.868
0.052
第三测点
5.93
6.03
5.98
6.021
-0.041
第四测点
7.87
7.98
7.925
8.035
-0.11
第五测点
9.94
10.04
9.99
9.975
0.015
第三章地下水位监测
3.1、实验目的
由试验测得地下水位,结合水准测量,得出地下水位高程,以供工程及其他方面参考使用。
3.2、实验地点
试验地点位于防灾科技学院北校区地下结构与工程地质试验场内。
监测试验区1-1/2-2断面中部,南侧墙外0.5m,进水管长度0.8m,导管长度14.5m,总管长15.3,实际钻孔孔深15m,实际孔深15.2m。
3.3、实验设备
南京南瑞集团NS型电测水位计(NS-30)、NVP渗压计、水位管)。
3.4、实验步骤
a.首先检查NS型电测水位计是否能够正常使用。
b.松开水位计绕线盘后面的止动螺丝,使绕线盘能够自由转动,打开NS型电测水位计蜂鸣器开关。
c.把侧头缓慢放入水位管内,将水位尺缓慢下放,当蜂鸣器开始报警时,即为水位管内水位至管口的距离,读数,记录。
d.反复进行试验,取平均值,以确保数据的精确。
3.5、实验结果
地下水位监测点
测量值
UP-1
10.57m
第四章隧道净空相对位移测试
4.1、实验目的
隧道净空相对位移测试需要使用收敛计测得隧道开挖后周边轮廓向其内侧发生的相对位移绝对值的测量。
隧道净空相对位移测试是围岩监控测量的必测项目之一,在浅埋隧道和水平或近似水平岩层巷道中显得尤为重要。
4.2、实验地点
试验地点位于防灾科技学院北校区地下结构与工程地质试验场内。
4.3、实验设备
南京南瑞集团NSL收敛计和南京南瑞集团徕卡D8激光测距仪。
4.4、实验步骤
a.收敛计简介及原理
NSL型收敛计由内装由压簧的主体,数显卡尺,调节圈,用来连接两测点得钢卷尺,封端等部件组成。
要在测量的二基点上埋设测点固定端,光上收敛计及钢卷尺。
挂钉插入钢卷尺相对应的孔内,调节收敛剂长度可以使钢卷尺产生恒定张力,以保证测量的准确度及可比性。
收敛计将两个基点相对微小的位移变化转变为数显卡尺的二次读数差。
二个基点之间用钢卷尺连接,调节收敛计是钢卷尺产生恒定张力,基点间相对变化由数显卡尺读出,不同时间内所测值的差值是基点间相对变化的位移值。
当基点间相对位移值变化超过数显卡尺的有效量程时应调整挂钉插入钢卷尺的孔位。
b.准备
1.二基准点处理入测点固定端。
2.收敛计对零
顺时针方向旋转调节至‘u’形量块接触为止(慢慢旋转)。
按数显卡尺开启键(ON/mm)接通电源,按显零键(ZERO)对零点值。
将封口向右拉,再推回,指零值不应变化。
如变化再按显零键。
注意:
对零后,在工作过程中此置零件不许再按。
c.测量
1.将钢卷尺与收敛计挂在二基准点的测点固定端内,挂钉插入相应的钢卷尺孔内。
2.反时针方向旋转调节圈直至挂端上的刻线与刻线尺上的刻线对齐为止。
此时钢卷尺已加上恒定张力。
数显卡尺显示数值I0.
3.记下挂钉插入相应的钢卷尺出的读数L0。
4.基点间产生相对位移变化后,按上程序再旋转调节圈使刻线对齐再读数,数显卡尺显示In。
d.二基准点间收敛值σ按下式计算:
σ=(I0+L0)-(In+Ln)
公式中:
I0------------首次数显卡读数值(mm)
L0------------首次钢卷尺读数值(mm)
In------------第N数显卡读数值(mm)
Ln------------第N钢卷尺读数值(mm)
4.5、实验结果
测线
原始值(mm)
测量值(mm)
收敛值(mm)
BC
2868.66
2870.12
-1.46
第五章土压力监测
5.1、实验目的
1.验算挡土构筑物各特征部位的土压力理论分析值及沿深度分布规律。
2.为验证挡土构筑物和建筑物基础的稳定和安全提供依据。
3.积累各种条件下的土压力大小及变化规律,为提高理论分析水平积累资料
5.2、测试仪器
通常采用在量测位置上埋设压力传感器来进行。
土压力传感器工程上称之为土压力盒,常用的土压力盒有钢弦式和电阻式。
在现场监测中,为了保证量测的稳定可靠,多采用钢弦式。
目前采用的钢弦式土压力计,可分为竖式和卧式两种。
其直径为100~150mm,厚度为20~50mm。
薄膜的厚度视所量测的压力的大小来选用2mm至3.1mm不等,它与外壳用整块钢轧制成的,钢弦的两端夹紧在支架上,弦长一般采用70mm。
在薄膜中央的底座上,装有铁芯及线圈,线圈的两个接头与导线联接。
5.3、测试结果
图5.1土压力监测点布置图
图5.2E1点土压力变化曲线
图5.3E2点土压力变化曲线
图5.4E3点土压力变化曲线
第六章衬砌混凝土内力和变形监测
6.1、实验目的
衬砌混凝土内力和变形监测实验主要测得衬砌混凝土的强度和变形模量,用以提供工程施工中以工程投入使用后衬砌混凝土是否有足够的强度以及衬砌混凝土的变形模量是否在安全范围内,以提高工程质量及安全性。
6.2、测试仪器
NVS应变计、NVNS无应力计
6.3、试验地点
试验地点位于防灾科技学院北校区地下结构与工程地质试验场内。
图6.1衬砌混凝土内力和变形监测点布置图
6.4、测试结果
图6.2S-1应变计应变变化曲线
图6.3S-2应变计应变变化曲线
图6.4S-3应变计应变变化曲线
图6.5N-1无应力计应变变化曲线
第七章衬砌中钢筋应力检测
7.1、实验目的
衬砌中钢筋应力测检要求对钢筋应力进行检测,判断钢筋是否能够承受建筑7.2、测试仪器
NVR钢筋应力计
7.3、试验地点
试验地点位于防灾科技学院北校区地下结构与工程地质试验场内。
图7.1钢筋应力计布置图
7.4、测试结果
图7.2R-1钢筋计数据变化曲线
图7.3R-2钢筋计数据变化曲线
图7.4R-3钢筋计数据变化曲线
第八章锚杆拉力量测
8.1、实验目的
锚杆拉力量测实验要求测得锚杆的应力,做到对地下硐室侧壁锚杆拉力的连续监测,能反映地面荷载的实时变化对锚杆拉力大小的影响。
8.2、测试仪器
NVGR锚杆应力计
8.3、试验地点
试验地点位于防灾科技学院北校区地下结构与工程地质试验场内。
图8.1锚杆应力计布置图1
图8.2锚杆应力计布置图2
8.4、测试结果
图8.3AS-1_1锚杆应力计数据变化曲线
图8.4AS-1_2锚杆应力计数据变化曲线
图8.5AS-2_1锚杆应力计数据变化曲线
图8.6AS-2_2锚杆应力计数据变化曲线
第九章锚索拉力量测
9.1、实验目的
锚索拉力测试对地下硐室贴壁锚索拉力的连续监测,能反映地面荷载的实时变化对锚索拉力大小的影响。
9.2、测试仪器
实验采用的测试设备为NVMS-500锚索测力计
9.3、试验地点
试验地点位于防灾科技学院北校区地下结构与工程地质试验场内。
图9.1锚索应力计布置图1
图9.2锚索应力计布置图2
9.4、测试结果
图9.3AE-1_1锚索应力计数据变化曲线
图9.4AE-1_2锚索应力计数据变化曲线
图9.5AE-1_3锚索应力计数据变化曲线
图9.6AE-1_4锚索应力计数据变化曲线
图9.7AE-2_1锚索应力计数据变化曲线
图9.8AE-2_2锚索应力计数据变化曲线
图9.9AE-2_3锚索应力计数据变化曲线
图9.10AE-2_4锚索应力计数据变化曲线
第十章隧硐周边土体内部位移量测
10.1、实验目的
围岩内部位移测量,就是观测围岩表面,内部各测点间的相对位移,它能较好地反映出围岩受力的稳定状态,岩体扰动与松动范围。
围岩内部各点的位移是判断围岩稳定性的一个重要指标。
10.2、测试仪器
不锈钢基座(NVD),不锈钢测杆及保护杆(NVD),灌浆锚头(NVD),多点位
移计传感器(NVD),DAMS-IV型智能分布式安全检测数据采集系统,NDA1411振弦式指示仪。
10.3、试验地点
试验地点位于防灾科技学院北校区地下结构与工程地质试验场内。
图10.1多点位移计布置图1
图10.2多点位移计布置图2
10.4、测试结果
图10.3M3-1_L1位移计数据变化曲线
图10.4M3-1_L2位移计数据变化曲线
图10.5M3-1_L3位移计数据变化曲线
图10.6M3-2_L1位移计数据变化曲线
图10.7M3-2_L2位移计数据变化曲线
图10.8M3-2_L3位移计数据变化曲线
第十一章孔隙水压力量测
11.1、实验目的
1.验算挡土构筑物各特征部位的孔隙水压力理论分析值及沿深度分布规律。
2.为验证挡土构筑物和建筑物基础的稳定和安全提供依据。
3.积累各种条件下的孔隙水压力大小及变化规律,为提高理论分析水平积累资料。
11.2、测试仪器
NVGR渗压计
11.3、试验地点
试验地点位于防灾科技学院北校区地下结构与工程地质试验场内。
图11.1渗压计布置图
11.4、测试结果
图11.2P-1渗压计数据曲线
图11.3P-2渗压计数据曲线
防灾科技学院地下结构试验场安全监测仪器布设平面图
第二部分原位试验
第一章土体直剪试验
1.1、实习目的
现场直剪试验测定岩土体特定剪切面上的抗剪强度指标。
该实验主要适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土以及由它们组成的混合土层。
由于试验尺寸大且在现场进行,能把岩体的非均值性以及软弱结构面对抗剪强度的影响更真实的反映出来,比室内土块实验更符合实际情况。
1.2、主要的仪器设备
1、试体制备系统
手风钻(或切石机)、模具、人工开挖工具各一套。
2、加荷系统
(1)、液压千斤顶,2台;根据岩土体强度,竖向千斤顶出力为100T,水平千斤顶选用出力为50T;
(2)、油压泵(附压力表、高压油管。
测力计等),2台;电动式,对千斤顶供油用。
3、传力系统
(1)高压胶管,若干(配有快速接头),输送油压用;
(2)体力柱:
无缝钢管一套,要求钢管必须有足够的刚度和强度。
材料为锰钢无缝钢管,外径为260mm,内径为250mm。
长度为0.8m、0.6m、0.5m、0.3m、0.1m各一根,从长度为2.1m。
传立柱为等距4孔法兰盘连接。
(3)钢垫板:
用厚度15mm,45#钢制480*480*15mm。
一套10块。
(4)土样套筒:
用厚度15mm,45#钢制成,尺寸为500*500*350mm。
(5)滚轮排:
一套,尺寸为500*500*350mm。
4、测量系统
(1)、压力表:
精度为一级的标准压力表一套,测油压用;
(2)、千分表:
四只;
(3)、磁性表架:
四只;
(4)、测量表架:
20A工字钢2根,每根2.0m;
(5)、测量标点:
混凝土墩4根;
(6)、压力传感器:
2个。
5、反力系统:
采用63C工字钢支架反力系统。
6、记录系统
目前国内静载试验的记录方式采用人工记录,经资料整理绘出应力—应变曲线。
其发展趋势是绘图仪绘制应力—应变曲线,提高记录精度,降低试验人员的劳动强度。
我们设计的是绘图仪绘制应力—应变曲线的方式。
试验设备的连接方法:
加荷系统依次为电动油泵—稳压器—千斤顶—压力传感器—X—Y记录仪;变形观测设备依次为变形传感器—X—Y记录仪;反力系统:
土样盒—承压板—滚轴排—承压板—传立柱—63C工字钢横梁。
1.3、试验原理及方法
在现场对几个式样(不少于3个)施加不同的法向荷载,待其固结稳定后再施加水平剪力使其破坏,同时记录下几个样式破坏时的剪切应力,绘制出剪应力与法向应力的关系曲线,继而可以得到土体在特定破坏面上的抗剪强度参数即内摩擦角和粘聚力。
1.4、试验步骤
1、制备土样
制备土样,土样尺寸为500mm*500mm*350mm,要求一组五个试样保证相同的含水量、密实度等。
2、安装垂直加荷系统
在试体顶面铺以一层橡皮板或砂浆地层,垫层上放传压钢板,并用水平尺找平,然后依次放置:
滚轴排、钢垫板、液压千斤顶、传立柱和顶部钢垫板等(滚轴排视具体情况也可以放于顶部)。
整个垂直加荷系统必须与剪切面垂直,垂直合力应通过剪切面中心。
3、安装侧向剪切加荷系统
安装斜向千斤顶时,应该严格定位。
斜向推力作用方向与剪切面的夹角一般为12~17°,一般用15°。
使千斤顶的轴线穿过剪切面的中心,力争剪切面手里均匀。
安装水平千斤顶时应该严格定位,水平推力应通过预定的剪断面。
当难以满足此要求时,着力点距剪切面距离应控制在试件边长(岩剪切方向)的5%以内,试验前
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