岩石原位测试设备的一般操作方法

  岩石原位测试设备种类繁多，不同设备针对不同的测试目标和岩土条件，操作方法各有差异。以下是几种常见岩石原位测试设备的核心操作流程与使用要点，涵盖点荷载试验仪、柔性体积膨胀计、旁压仪、钻孔剪切仪及声波/波速测试系统。

一、岩石点荷载试验仪操作方法

用于测定岩石抗拉强度，适用于岩芯或不规则岩块。

1.1‌准备工作‌

1.1.1检查设备电源、传感器连接是否正常，确保供电电压符合要求（三线插头接地）。

1.1.2校准压力传感器和位移传感器，保证测量精度。

1.1.3保持设备清洁干燥，避免振动或撞击。

1.2‌试样安装‌

1.2.1将岩样置于上下两个锥形压头之间，确保加载线通过岩样中心。

1.2.2对于不规则岩块，选择最短距离作为加载方向。

1.3‌加载测试‌

1.3.1以0.5–1.0 MPa/s的速率匀速加载，直至岩样破裂。

1.3.2实时记录Z大破坏荷载值。

1.4‌数据处理‌

计算点荷载强度指数，再换算为抗拉强度。

注意：初学者应在熟练人员指导下操作，禁止超载运行。

二、柔性体积膨胀计（Dilatometer）——测定岩体原位变形模量

适用于N尺寸钻孔（75.7mm），评估各向同性岩体弹性变形。

2.1‌钻孔验收‌

2.1.1使用六臂井径仪检测孔径，偏差不得超过±0.25mm。

2.1.2孔内注水或乙二醇溶液（低温环境）作为耦合剂。

2.2‌探头定位‌

将膨胀段准确对准测试层位，施加初始接触压力。

2.3‌分级加压‌

2.3.1按10个等分压力阶跃加载至Z大工作压力（≤20,680 kPa）。

2.3.2每级稳定1分钟后记录体积变化。

2.4‌数据分析‌

使用修正公式计算变形模量

三、旁压仪（Pressuremeter）——测定土体与软岩水平力学参数

广泛用于深部土层或软质岩石的原位水平应力与变形特性测试。

3.1‌设备下放‌

将圆柱形旁压器放入预钻孔中，确保垂直居中。

3.2‌加压膨胀‌

3.2.1向橡皮囊注水加压，使其径向膨胀挤压孔壁。

3.2.2测量压力与钻孔体积变化关系。

3.3‌关键参数获取‌

3.3.1临塑压力、极限压力、旁压模量。

3.3.2可用于估算地基承载力、桩基摩阻力等。

四、钻孔剪切仪——测定土体原位抗剪强度

适用于多种土层（除极软土和高粘聚力岩石），直接测得摩擦角

4.1‌钻孔准备‌

开孔直径60–66mm，安放套管防止塌孔。

4.2‌探头就位‌

将剪切探头下放至目标深度，保持稳定。

4.3‌剪切测试‌

4.3.1施加轴向推力，使土体在固定剪切面上滑动。

4.3.2记录剪切过程中的力与位移数据。

4.4‌结果分析‌

4.4.1通过扭矩与位移曲线反演 φ和 c。

4.4.2测试面积达500 cm²，结果离散性小，可靠性高。

五、声波/波速测试系统——测定岩体动力参数

通过P波、S波传播速度评估岩体完整性与弹性模量。

5.1‌测孔布置‌

5.1.1一般布置3个测孔，呈直角三角形分布，间距0.5–2m。

5.1.2孔深应进入天然应力区。

5.2‌耦合与激发‌

5.2.1孔内注水作为声波耦合剂。

5.2.2选择合适频率换能器（根据岩性决定）。

5.3‌测试模式‌

5.3.1常用“一发一收"或“一发二收"方式，后者可消除井液影响。

5.3.2设置采样频率、延迟时间、移动间隔等参数。

5.4‌波速计算‌

根据滑行波到达时间差和距离 ，计算岩体波速。

六、通用安全与操作注意事项

6.1所有电子设备通电前确认电压匹配，并接入带接地保护的插座。

6.2输入信号与负载不得超过设备额定范围。

6.3试验中如出现异常（异响、数据突变），立即停止并检查线路。

6.4实验室仪器布局合理，便于操作与观察。

6.5操作人员需接受培训，熟练掌握后方可独立作业。

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