地下工程测试技术复习题

1、一个完整的力学测试系统，它由哪四大部分组成？（1页）

试验装置、测量装置、数据处理装置、记录、显示装置。

2、什么叫静态测量、动态测量、静态传递特性和动态传递特性。（4～5页）

对不随时间变化（或变化很慢而可以忽略）的量的测量叫静态测量；对随时间而变化的量的测量叫做动态测量。与此相应，测试系统的传递特性分为静态传递特性和动态传递特性。描述测试系统静态测量时输入－输出函数关系的方程、图形、参数称为测试系统的静态传递特性。描述测试系统动态测量时的输入—输出函数关系的方程、图形、参数称为测试系统的动态传递特性。作为静态测量的系统，可以不考虑动态传递特性；而作为动态测量的系统，则既要考虑动态传递特性，又要考虑静态传递特性；因为测试系统的精度很大程度上与其静态传递特性有关。 3、传感器的命名应由主题词（传感器）加四级修饰语构成：四级修饰语分别为被测量－变换原理－特征描述－主要技术指标。但在陈述句子中，作为产品名称应采用与修饰语级别相反的顺序。在实际应用中可采用简称，即可省略四级修饰词中的任一级，但第一级修饰词（被测量）不能省略。（8页） 4、简述钢弦式传感器的工作原理。（21～22页）

工作原理：由钢弦内应力的变化转变为钢弦振动频率的变化。根据《数学物理方程》中有关弦的振动的微分方程可推导出钢弦应力与钢弦振动频率的关系： 1?

f?2L?式中：f?－钢弦的振动频率；L－钢弦长度；

－钢弦的质量密度；?－钢弦所受的张拉应力。

钢弦式传感器加工完成后，L、

?已为定值，

所以，钢弦的振动频率只取决于钢弦上的张拉应力，而钢弦上的应力又取决于被测量，从而建立钢弦频率与被测量之间的关系。 5、简述地下工程监测中常用的钢弦式传感器。（22～23页）

土压力盒、钢筋计、表面应变计、埋入式应变计、位移计、孔隙水压力计、荷载传感器

6、岩块试验的样品制备有哪几个步骤？（54～55页） 采样、保存、描述、加工 7、岩块单轴压缩下变形试验目的有哪些？ 目的是用来测定规则岩块试件在单轴压缩下的应力—应变曲线、弹性模量和泊松比 8、造成基坑工程事故的原因有哪几个方面？（85～86页）

1基坑及周围土体的勘察资料很难比较准确地反映土层的总体情况，导致计算时，基坑围护体系所承受的土压力等荷载存在着较大的不确定性； 2基坑周围施工环境的影响；3基坑周围侧向土压力计算和围护结构受力简化计算的假定都与工程实际状况有着一定差别，因此对基坑稳定性和变形问题的预测很难做到比较精确；4围护结构施工质量的影响；5连续的降雨及暴雨等引起的墙后土体应力增加，冲刷，浸泡、地下水渗透都会引起围护结构失稳。

9、基坑工程现场监测中的围护桩墙监测重要有哪四项内容？相邻环境监测中重要有哪四项内容？（88页）

1)、桩墙水平位移与沉降；2)、桩墙深层挠曲；3)、桩墙内力；4)、桩墙水土压力。1)、相邻地层；2)、相邻管线；3)、相邻房屋；4)、坑外地下水。

10、简述基坑工程现场监测中所用测斜仪的原理，在测斜管两端都有水平位移的情况下，各点的水平位移如何确定？

答：原理是通过摆锤受重力作用来测量测斜探头轴线与铅垂线之间倾角φ，进而计算垂直位置各点的水平位移。图4-2为测斜仪量测的原理图，当土体产生位移时，埋人土体中的测斜管随土体同步位移，测斜管的位移量即为土体的位移量。放入测斜管内的活动探头测出的量是各个不同量测段上测斜管的倾角φ，而该分段两端点(探头下滑动轮作用点与上滑动轮作用点)的水平偏差可由测得的倾角φ用下式表示： ?i

?Li?sin?i式中

?i——第i量测段的水平偏差值(mm)；

Li——第i量测段的长度，通常取为0.5m、1.0m等整数(mm)；

?i——第i量测段的倾角值(o)。 当测斜管埋设得足够深时，管底可以认为是位移不动点，从管底上数第n量测段处测斜管的水平偏差总量为：nn?

????i??L?sin??ii?1i?1显然，管口的水平偏差值?o就是各量测段水

平偏差的总和。

在测斜管两端都有水平位移的情况下，就需要实测管口的水平偏差值 ?o，并从管口下数

第n量测段处的水平偏差值

?n，即： ?n ?n?0??L?sin?ii?111、隧道收敛量测数据处理时，根据量测结果一般需绘制哪三种曲线？拱顶下沉量测一

般有哪三种方法？

答：位移－时间关系曲线；位移-开挖面距离关系曲线；位移速度-时间关系曲线；水准仪直接测量、收敛计间接测量、全站仪等非接触测量。

12、简述隧道施工监测中选测的四种项目，测点布置时一般布置在何部位，并绘图表示。（125页）1围岩内部位移，测孔布置：一般与净空位移测线相应布置，以使其能相互印证。每100-500m设一个量测断面；2锚杆轴力，布置：局部加强锚杆，在加强区域有代表性的位置布设，系统锚杆如图所示3喷层（衬砌）应力，量测布置：在拱顶、拱腰、拱脚、墙腰、墙脚等代表性部位设测点。4围岩弹性波，声波测孔布置：如图 13、隧道施工当采用上、下台阶开挖时，地面沉降纵向断面测点如何布置？

答：纵向断面布置的测点的超前距离为隧道距地表深度h与上台阶高度h1之和。于是整个纵向测定区间的长度为（h+h1）+(2～5)B + h′ (h′为上台阶开挖超前下台阶的距离，B为隧道开挖直径)

14设计一个断面，布置初支与围岩间的压力、钢支撑的应力量测、喷混凝土的应变量测和锚杆轴力的量测。并说明埋设各种传感器时应注意的事项和应提交的数据分析内容. 压力盒、钢筋计或钢弦式应力传感器、混凝土应变计（埋入式、表面式）

1;压力盒，注意事项；（1 将压力传感器按测试应力的方向埋于测试部位，在喷射混凝土或模筑混凝土振捣过程中，应注意不要顺上导线或导管，（2侧压力和系统还应在适当部位安设管路连接头及门阀

数据分析内容：不同时间的压力-时间关系曲线；压力变化率-时间关系曲线；不同测点压力与掌子面据观测断面的关系曲线；同一时间不同测点压力分布图；压力综合汇总表 2；混凝土应变计，注意事项(1, 将 混凝土应变计按测试应力的方向埋于测试部位或粘与测试表面，在喷射混凝土或模筑混凝土振捣过程中，应注意不要顺上导线或导管，传感器在安装时要做好保护工作，防止施工损害

数据分析内容：不同时间的压力-时间关系曲线；同一时间不同测点压力分布图；压力综合汇总表

3；位移计，注意事项;围岩内部位移的测孔布置，除应考虑地质.隧道断面形状，开挖因素外，一般与净空位移侧线相应布设，以便使两项测试结果能够相互印证，协同分析与应用

数据分析内容：不同时间锚杆轴力-深度关系曲线；不同深度各测点锚杆轴力-时间关系；锚杆轴力变化率-时间关系曲线；锚杆轴力变化率-时间曲线；锚杆轴力与掌子面距观测断面距离的关系曲线；锚杆轴力综合汇总表

15、在同一个断面内，设计地表沉降观测、洞内收敛量测和拱顶下沉量测的测点布置。（127页、综合）地表、地中沉降测点的布置，原则上主要测定应布置在隧道中心线上，并在与隧道轴线正交平面的一定范围内布设必要数据量的测点，一般至少布置11个测点，两侧点的距离为2-5m。在隧道中线附近测点应布置密些，原理隧道中线应疏些。同时，在有可能下沉的范围外设置不会下沉的固定测点

16、简述根据锚杆轴力监测分析结果如何反馈于施工。（145页）

锚杆轴力是检验锚杆效果与锚杆强度的依据，根据锚杆极限强度与锚杆应力的比值K(安全系数)即能作出判断。锚杆轴应力越大，则K值小。一般认为锚杆局部段的K值稍小于1是允许的，因为钢材有一定的延性。根据实际调查发现锚杆轴应力在洞室断面各部位是不同的，表现在同一断面内，锚杆轴应力最大者多数在拱部45o附近到起拱线之间。

17、简述根据围岩压力监测分析结果如何反馈于施工。（145页）

由围岩压力分布曲线可知围岩压力的大小及分布状况。围岩压力的大小与围岩位移量及支护刚度密切相关。围岩压力大，即作用于初期支护的压力大。这可能有两种情况：一是围岩压力大但变形量不大，这表明支护时机，尤其是支护的封底时间可能过早或支护刚度太大，可作适当调整，让围岩释放较多的应力；另一种情况是围岩压力大且变形量也很大，此时应加强支护，限制围岩变形，控制围岩压力的增长。当测得的围岩压力很小但变形量很大时，则应考虑可能会出现围岩失稳。

18、简述地质雷达的工作原理和隧道衬砌质量检测中测线的布置方式。（160页）1地质雷达利用主频为106-109HZ波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由介质表面通过发射机发送至介质中，经介质中的目的地或介质中的界面发射后返回介质表面，被接收机所接收，通过对接收到的反射波进行分析就可推断地下地质情况。

2（1）隧道施工过程中质量检测应以纵向线

为主横向线为辅。纵向布线的位置应在隧道拱顶左右、左右拱腰、左右边墙和隧底各处，且均布置一条；横向布线可按检测内容和要求布设线距，一般情况线距8至12米。采用点测时每断面不少于6点，检测中发现不合格地段应加密测线或测点。（2）隧道竣工验收时质量检测应以纵向线为主，必要时可横向布线。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰、 左右边墙各处，且均布置一条；横向布线距8-12米。采用点测时每断面不少于5个点。需确定回填空洞规模和范围时，应加密测线或测点（3）三线隧道应在拱顶部位增加两条测线。（4）测线每5至10米应有一里程标记。

19隧道检测前应对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，说明标定要求和标定方法和注意事项。（161页）

1)每座隧道应不少于1处，每处实测不少于3次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。当隧道长度大于3km、衬砌材料或含水量变化较大时，应适当增加标定点数。2)标定方法a)在已知厚度部位或材料与隧道相同的其它预制件上测量；b)在洞口或洞内避车洞处使用双天线直达波法测量；c)钻孔实测。3）求取参数时应具备以下条件：a)标定目标体的厚度一般不小于15cm，且厚度已知； b)标定记录中界面反射信号应清晰、准确； 20、衬砌厚度的计算公式并指出各参数的含义。（161页）

衬砌厚度的计算 d?0.3t或 d?1v?t?10?9式中：d－衬砌厚度（2m?）r；?2r－相对介电常数；v－电磁波速（m/s）；t－双程旅行时间（ns）；

21雷达进行隧道检测时，衬砌背后回填密实时，雷达信号有什么特征？钢拱架的反射信号一般为什么形式的反射信号？（163页） 密实：信号幅度较弱，甚至没有界面反射信号。不密实：衬砌截面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散。空洞：衬砌截面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强界面反射信号，两组信号时程差较大。钢架：分散的月牙形强反射信号。钢筋：连续的小双曲线形强反射信号。

22据所学知识，说明隧道地质超前预报有哪几种方法和地质超前预报常用地球物理勘探仪器有哪些？（170～171页）

答：地质超前预报方法：地质前兆定量预测法和仪器探测法。物理勘探仪器有：地质雷达、声波雷达、红外探测器

1、一个完整的力学测试系统，它由哪四大部分组成？（1页）

试验装置、测量装置、数据处理装置、记录、显示装置。

2、什么叫静态测量、动态测量、静态传递特性和动态传递特性。（4～5页）

对不随时间变化（或变化很慢而可以忽略）的量的测量叫静态测量；对随时间而变化的量的测量叫做动态测量。与此相应，测试系统的传递特性分为静态传递特性和动态传递特性。描述测试系统静态测量时输入－输出函数关系的方程、图形、参数称为测试系统的静态传递特性。描述测试系统动态测量时的输入—输出函数关系的方程、图形、参数称为测试系统的动态传递特性。作为静态测量的系统，可以不考虑动态传递特性；而作为动态测量的系统，则既要考虑动态传递特性，又要考虑静态传递特性；因为测试系统的精度很大程度上与其静态传递特性有关。 3、传感器的命名应由主题词（传感器）加四级修饰语构成：四级修饰语分别为被测量－变换原理－特征描述－主要技术指标。但在陈述句子中，作为产品名称应采用与修饰语级别相反的顺序。在实际应用中可采用简称，即可省略四级修饰词中的任一级，但第一级修饰词（被测量）不能省略。（8页） 4、简述钢弦式传感器的工作原理。（21～22页）

工作原理：由钢弦内应力的变化转变为钢弦振动频率的变化。根据《数学物理方程》中有关弦的振动的微分方程可推导出钢弦应力与钢弦振动频率的关系： ?

f?12L?式中：f?－钢弦的振动频率；L－钢弦长度；

－钢弦的质量密度；?－钢弦所受的张拉

应力。

钢弦式传感器加工完成后，L、

?已为定值，

所以，钢弦的振动频率只取决于钢弦上的张拉应力，而钢弦上的应力又取决于被测量，从而建立钢弦频率与被测量之间的关系。 5、简述地下工程监测中常用的钢弦式传感器。（22～23页）

土压力盒、钢筋计、表面应变计、埋入式应变计、位移计、孔隙水压力计、荷载传感器

6、岩块试验的样品制备有哪几个步骤？（54～55页） 采样、保存、描述、加工 7、岩块单轴压缩下变形试验目的有哪些？ 目的是用来测定规则岩块试件在单轴压缩下的应力—应变曲线、弹性模量和泊松比

8、造成基坑工程事故的原因有哪几个方面？（85～86页）

1基坑及周围土体的勘察资料很难比较准确地反映土层的总体情况，导致计算时，基坑围护体系所承受的土压力等荷载存在着较大的不确定性； 2基坑周围施工环境的影响；3基坑周围侧向土压力计算和围护结构受力简化计算的假定都与工程实际状况有着一定差别，因此对基坑稳定性和变形问题的预测很难做到比较精确；4围护结构施工质量的影响；5连续的降雨及暴雨等引起的墙后土体应力增加，冲刷，浸泡、地下水渗透都会引起围护结构失稳。

9、基坑工程现场监测中的围护桩墙监测重要有哪四项内容？相邻环境监测中重要有哪四项内容？（88页）

1)、桩墙水平位移与沉降；2)、桩墙深层挠曲；3)、桩墙内力；4)、桩墙水土压力。1)、相邻地层；2)、相邻管线；3)、相邻房屋；4)、坑外地下水。

10、简述基坑工程现场监测中所用测斜仪的原理，在测斜管两端都有水平位移的情况下，各点的水平位移如何确定？

答：原理是通过摆锤受重力作用来测量测斜探头轴线与铅垂线之间倾角φ，进而计算垂直位置各点的水平位移。图4-2为测斜仪量测的原理图，当土体产生位移时，埋人土体中的测斜管随土体同步位移，测斜管的位移量即为土体的位移量。放入测斜管内的活动探头测出的量是各个不同量测段上测斜管的倾角φ，而该分段两端点(探头下滑动轮作用点与上滑动轮作用点)的水平偏差可由测得的倾角φ用下式表示： ?i

?Li?sin?i式中

?i——第i量测段的水平偏差值(mm)；

Li——第i量测段的长度，通常取为0.5m、1.0m等整数(mm)；

?i——第i量测段的倾角值(o)。 当测斜管埋设得足够深时，管底可以认为是位移不动点，从管底上数第n量测段处测斜管的水平偏差总量为：nn?

????i??L?sin??ii?1i?1显然，管口的水平偏差值?o就是各量测段水

平偏差的总和。

在测斜管两端都有水平位移的情况下，就需要实测管口的水平偏差值 ?o，并从管口下数

第n量测段处的水平偏差值

?n，即： ?nn??0??L?sin?ii?111、隧道收敛量测数据处理时，根据量测结果一般需绘制哪三种曲线？拱顶下沉量测一般有哪三种方法？

答：位移－时间关系曲线；位移-开挖面距离关系曲线；位移速度-时间关系曲线；水准仪直接测量、收敛计间接测量、全站仪等非接触测量。

12、简述隧道施工监测中选测的四种项目，测点布置时一般布置在何部位，并绘图表示。（125页）1围岩内部位移，测孔布置：一般与净空位移测线相应布置，以使其能相互印证。每100-500m设一个量测断面；2锚杆轴力，布置：局部加强锚杆，在加强区域有代表性的位置布设，系统锚杆如图所示3喷层（衬砌）应力，量测布置：在拱顶、拱腰、拱脚、墙腰、墙脚等代表性部位设测点。4围岩弹性波，声波测孔布置：如图 13、隧道施工当采用上、下台阶开挖时，地面沉降纵向断面测点如何布置？

答：纵向断面布置的测点的超前距离为隧道距地表深度h与上台阶高度h1之和。于是整个纵向测定区间的长度为（h+h1）+(2～5)B + h′ (h′为上台阶开挖超前下台阶的距离，B为隧道开挖直径)

14设计一个断面，布置初支与围岩间的压力、钢支撑的应力量测、喷混凝土的应变量测和锚杆轴力的量测。并说明埋设各种传感器时应注意的事项和应提交的数据分析内容. 压力盒、钢筋计或钢弦式应力传感器、混凝土应变计（埋入式、表面式）

1;压力盒，注意事项；（1 将压力传感器按测试应力的方向埋于测试部位，在喷射混凝土或模筑混凝土振捣过程中，应注意不要顺上导线或导管，（2侧压力和系统还应在适当部位安设管路连接头及门阀

数据分析内容：不同时间的压力-时间关系曲线；压力变化率-时间关系曲线；不同测点压力与掌子面据观测断面的关系曲线；同一时间不同测点压力分布图；压力综合汇总表 2；混凝土应变计，注意事项(1, 将 混凝土应变计按测试应力的方向埋于测试部位或粘与测试表面，在喷射混凝土或模筑混凝土振捣过程中，应注意不要顺上导线或导管，传感器在安装时要做好保护工作，防止施工损害

数据分析内容：不同时间的压力-时间关系曲线；同一时间不同测点压力分布图；压力综合汇总表

3；位移计，注意事项;围岩内部位移的测孔布置，除应考虑地质.隧道断面形状，开挖因素外，一般与净空位移侧线相应布设，以便使两项测试结果能够相互印证，协同分析与

应用

数据分析内容：不同时间锚杆轴力-深度关系曲线；不同深度各测点锚杆轴力-时间关系；锚杆轴力变化率-时间关系曲线；锚杆轴力变化率-时间曲线；锚杆轴力与掌子面距观测断面距离的关系曲线；锚杆轴力综合汇总表

15、在同一个断面内，设计地表沉降观测、洞内收敛量测和拱顶下沉量测的测点布置。（127页、综合）地表、地中沉降测点的布置，原则上主要测定应布置在隧道中心线上，并在与隧道轴线正交平面的一定范围内布设必要数据量的测点，一般至少布置11个测点，两侧点的距离为2-5m。在隧道中线附近测点应布置密些，原理隧道中线应疏些。同时，在有可能下沉的范围外设置不会下沉的固定测点

16、简述根据锚杆轴力监测分析结果如何反馈于施工。（145页）

锚杆轴力是检验锚杆效果与锚杆强度的依据，根据锚杆极限强度与锚杆应力的比值K(安全系数)即能作出判断。锚杆轴应力越大，则K值小。一般认为锚杆局部段的K值稍小于1是允许的，因为钢材有一定的延性。根据实际调查发现锚杆轴应力在洞室断面各部位是不同的，表现在同一断面内，锚杆轴应力最大者多数在拱部45o附近到起拱线之间。

17、简述根据围岩压力监测分析结果如何反馈于施工。（145页）

由围岩压力分布曲线可知围岩压力的大小及分布状况。围岩压力的大小与围岩位移量及支护刚度密切相关。围岩压力大，即作用于初期支护的压力大。这可能有两种情况：一是围岩压力大但变形量不大，这表明支护时机，尤其是支护的封底时间可能过早或支护刚度太大，可作适当调整，让围岩释放较多的应力；另一种情况是围岩压力大且变形量也很大，此时应加强支护，限制围岩变形，控制围岩压力的增长。当测得的围岩压力很小但变形量很大时，则应考虑可能会出现围岩失稳。

18、简述地质雷达的工作原理和隧道衬砌质量检测中测线的布置方式。（160页）1地质雷达利用主频为106-109HZ波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由介质表面通过发射机发送至介质中，经介质中的目的地或介质中的界面发射后返回介质表面，被接收机所接收，通过对接收到的反射波进行分析就可推断地下地质情况。

2（1）隧道施工过程中质量检测应以纵向线为主横向线为辅。纵向布线的位置应在隧道拱顶左右、左右拱腰、左右边墙和隧底各处，且均布置一条；横向布线可按检测内容和要求布设线距，一般情况线距8至12米。采用点测时每断面不少于6点，检测中发现不合格地段应加密测线或测点。（2）隧道竣工验收时质量检测应以纵向线为主，必要时可横向布线。纵向布线的位置应在隧道拱顶、左右拱腰、 左右边墙各处，且均布置一条；横向布线距8-12米。采用点测时每断面不少于5个点。需确定回填空洞规模和范围时，应加密测线或测点（3）三线隧道应在拱顶部位增加两条测线。（4）测线每5至10米应有一里程标记。

19隧道检测前应对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定，说明标定要求和标定方法和注意事项。（161页）

1)每座隧道应不少于1处，每处实测不少于3次，取平均值为该隧道的介电常数或电磁波速。当隧道长度大于3km、衬砌材料或含水量变化较大时，应适当增加标定点数。2)标定方法a)在已知厚度部位或材料与隧道相同的其它预制件上测量；b)在洞口或洞内避车洞处使用双天线直达波法测量；c)钻孔实测。3）求取参数时应具备以下条件：a)标定目标体的厚度一般不小于15cm，且厚度已知； b)标定记录中界面反射信号应清晰、准确； 20、衬砌厚度的计算公式并指出各参数的含义。（161页）

衬砌厚度的计算 d?0.3t1式中：d－衬砌厚度（2m?或 d?v?t?10?9）r2；?r－相对介电常数；v－电磁波速（m/s）；t－双程旅行时间（ns）；

21雷达进行隧道检测时，衬砌背后回填密实时，雷达信号有什么特征？钢拱架的反射信号一般为什么形式的反射信号？（163页） 密实：信号幅度较弱，甚至没有界面反射信号。不密实：衬砌截面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散。空洞：衬砌截面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强界面反射信号，两组信号时程差较大。钢架：分散的月牙形强反射信号。钢筋：连续的小双曲线形强反射信号。

22据所学知识，说明隧道地质超前预报有哪几种方法和地质超前预报常用地球物理勘探仪器有哪些？（170～171页）

答：地质超前预报方法：地质前兆定量预测法和仪器探测法。物理勘探仪器有：地质雷达、声波雷达、红外探测器

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