直剪试验方案

乌鲁木齐地铁工程勘察工程

现场岩体直剪试验方案

（送审稿）

编制单位：新疆铁道勘察设计院有限公司

2012年2月23日

现场岩体直剪试验方案

一、试验内容：

（一）岩体试件现场直剪（水平剪切）试验

（二）岩体结构面抗剪试验

二、试件要求

（1）岩体试件尺寸：长50cm³宽50cm³高35cm；尺寸误差不大于边长的边长的1%～2%。

（2）平整度：试件表面凸凹平整度不宜超过剪切面边长的1%～2%。

（3）加工试件采用铁暂（音）、小锤雕凿，尽量减少对试件的扰动。

（4）位置要求：见基坑布置平面图、立面图。

（5）岩体试件外部设10厘米厚钢筋混凝土保护罩。

钢筋混凝土保护罩配筋示意图

（一）基坑平面布置图

（二）试验设备布置图

四、试验参数选择（以砾岩相关经验参数测算）

（一）岩体试件剪切面积及法向应力面积：0.25m2。

（二）最大法向应力σmax及反力系统最大荷载PN max估算。

以自然地平下20m测算剪切面工程压力，上覆地层的容重预设为2200kg/m3；则预测工程压力为σ=440kPa；最大垂向应力不小于剪切面工程压力的 1.2倍530kPa；按最大法向应力600 kPa测算，最大有效荷载P max=150KN，垂直反力系统最大荷载PN max应不少于180～200 KN。

（三）最大水平剪切荷载估算

预估最大垂直压应力σmax=600kpa；

剪切面积F=0.25m2

预估摩擦系数f=0.7～1.80

预估粘聚力c =700～1370kPa

预估最大剪切应力：τmax=σmax²f+ c=2.45MPa（c=1370；f=1.8）

预估最大剪切荷载Q max = (σmax²f+ c) ²F=600KN（τ=c+σtanυ）

（四）垂直荷载加荷等级

垂直荷载按4级施加，每级按σmax的1/4等量递增或等比（公比取2）递增施加；每级法向荷载条件下地基沉降达到相对稳定标准后开始施加水平荷载，测定水平荷载及相应位移量。法向荷载条件下地基沉降相对稳定标准：施加垂直荷载后，每隔10-15min测读一次沉降量，连续两次读数之差不大于0.05mm，可视为地基沉降已经相对稳定。详细加荷指标见《现场剪切试验指导书》。

（五）水平荷载加荷等级

预估相应法向荷载（σn）条件下最大剪应力τi，水平加荷等级按10级施加，每级按τi/10等量递增，每次施加压力前和施加压力后，各测读一次位移读数。每级水平荷载维持15分钟，当本级水平荷载条件下剪切位移是上一级荷载条件下水平位移量的1.5倍时，下一级荷载增量按τi/20增量施加，当剪切位移达到剪力峰值并出现剪力残余值或剪切位移达到剪切面边长的1/10时，可终止试验。

（六）油压表及油压表读数观测

（1）根据最大有效荷载选择量程适宜的压力表，尽量使最大有效荷载对应压力表量程的2/3～3/4，以提高压力表最小单元刻度的精度。应选择０.４级高精度压力表，压力表量程与千斤顶最大工作压力相适应。

（2）施加各级荷载的时候，应选择与相应级别荷载最近的压力表最小整格刻度读数，不需要严格按照每级τi/10等量递增，在测读压力表时以实际整格刻度读数换算的压力值为准。（具体加荷指标见《剪切试验指导书》）（3）压力表泄压后如果不回零，应委托计量部门重新调校。

（七）位移传感器和位移数字显示仪

预估最大水平位移为压板直径的1/10（40～50mm），位移传感器选择量程50mm；精度要求：线性度±0.1%F.S。

（八）千斤顶、油压泵和输油管选择

千斤顶的标准工作压力不宜超过最大有效荷载的2～3倍，油压泵宜选择带微调功能的双压力杆油压泵。标准输出压力与千斤顶的输出压力相适应。油压泵、输油管标准输出压力60MPa为宜。

压力表最突出的技术问题：目前市场上的压力表在开展1～2组加荷试验后，指针就无法归零。

千斤顶存在的问题：目前自有千斤顶，存在缸体内残留杂物过多、缸体漏油、油封老化实际输出压力不足等问题，性能不可靠，试验过程中存在输出压力无法达到设计最大荷载的风险。

千斤顶、油压表、液压泵必须配套统一标定，配套使用。液压表的标定期限不宜超过三个月。

（九）加筋承压板

市场上钢板最大厚度2cm，根据经验，边长为50 cm、厚度2cm的钢板在预估最大有效荷载60吨的作用力下会产生严重变形，将直接导致安装在承

压板上的位移传感器产生失败性测量错误和施加在承压板上的有效应力计算错误，因此必须采用特殊设计，加筋承压板的选材、设计、加工是设备定做的关键环节。

（十）技术培训及数据处理软件

初步拟定采用人工现场观测记录，将原始数据录入计算机编程处理。

数据集成采集系统和数据处理系统就是将位移传感器、压力传感器通过数据采集板直接与电脑数据处理软件相连。集成处理数据。

综上所述设备选型如下：

（1）垂向加压千斤顶：30吨为宜，自有千斤顶为60吨，２台

（2）水平加压千斤顶：100吨，自有千斤顶100、200T吨，３台。

（3）垂向压力表：量程3MPa；纵向压力表：量程10 MPa；压力表精度为0.4级。具体压力表量程根据自有千斤顶标定结果结合现场实际需要确定，必要时补充标定；每台千斤顶配备1个液压表。

（4）手动液压泵：原则上每台千斤顶配备1副液压泵，实际工作过程中，垂向工作压力比较小，考虑液压泵和千斤顶可以1托2配置。一共配置4副液压泵。

（5）加筋承压板、基准梁、防护架等其他现场设备统一定做，加筋承压板选材、定做需要经过专业测算，最大工作压力下变形量不宜超过2～3mm，使用前需要试压标定各级荷载条件下变形量，以便在测量位移量时折减承压板变形量。

（6）位移传感器8套、位移数字显示仪2台（试验要求最低数量）。