现场直剪剪切试验与岩体原位应力测试(ppt 40页)

各试体的垂直荷载达预定值后，整个试验中应保持不变。
3．施加剪切荷载
（1）剪切荷载按预估的最大值分8～12级施加，如发生后一 级荷载的水平变形为前一级的1.5倍以上时，应减荷按4％ ～5％施加。
（2）试验过程中法向应力应始终保持为常数。采用斜推法时 ，应同步降低因施加剪切荷载而产生的法向分量的增量， 保持法向荷载不变。
（a）：1—砂浆顶板；2—垫板；3—传力柱；4—压力表；5—混凝土试体；6—混 凝土后座；7—液压千斤顶；8—传力块；9—滚轴徘；10—接液压泵；11—垂直位
移测表；12—测量标点；13—水平位移测表；14—试体受力简图 （b）：1、2、3、4、14同（a）；5—液压千斤顶；6—混凝土试体；7—传力块； 8—滚轴排；9—垂直位移测表；10—测量标点；11—水平位移测表；12—混凝土后
（2）每个试体分4～5级施加其垂直荷载。每隔5min加一 次，0min、5min分别读一次数。在最后一级法向荷载作用下 ，法向位移应相对稳定后（各测表的连续两次垂直变形读数差 不超过0.0l mm），再施加剪切荷载。
对于软弱夹层，在加到预定的垂直荷载后，低塑性软弱 夹层每隔10min，高塑性软弱夹层每隔15min，读一次垂直变 形。当两次变形读数差小于0.05mm时，即视为已稳定，施加 荷载的容许误差为±2％。
（3）试体的推力部位应留有安装千斤顶的足够空间，平推 法应开挖千斤顶槽。剪切面周围的岩体应大致凿平，浮渣应清 除干净。
（4）平推法的推力方向宜与工程岩体的受力方向一致。斜 推法的推力中心线与剪切面夹角α宜为12°～17°。
（5）对加压过程可能出现破裂或松动的试体，应浇筑钢筋 混凝土保护套或采取其它保护措施，保护套应有足够的强度和 刚度，顶面应平行预定剪切面，底部应在预定剪切面的上部边 缘；水泥砂浆和混凝土应进行养护。
根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）的 有关规定，应力解除法中的孔壁应变法、孔径变形法和孔 底应变法是岩体原位应力测试的推荐方法，这几种方法都 适用于无水、完整或较完整岩体的应力量测。
本章主要介绍孔壁应变法。
10.2 试验原理
孔壁应变法、孔径变形法和孔底应变法属于应力解除 法，它的基本原理是：假定岩体为均质的、连续的、各向 同性的弹性介质，利用试验方法求得其弹性模量和泊松比μ。 当需要测定岩体中某一点的应力状态时，人为地将该点的 岩体单元与其基岩分离，此时岩体单元上所受的应力将被 解除，同时该单元体的几何尺寸将产生弹性恢复。应用一 定的仪器（测试元件）测得这种弹性恢复的数值，最后根 据弹性理论公式计算出该点的原始应力状态。
FtanC
Qmax cos
试验时，将斜向推力Qmax分级施加直至剪断。为保持 剪切面上的法向应力始终不变，应同步减少由斜向推力所引 起的垂直荷载的增加量。同步加减的荷载按下式计算：
pPQ sinqsin
F
F
试验前，还应估算出剪切面上的最小正应力σmin，防止 因同步减少垂直荷载而发生法向应力为负数的情况出现。
3）在施加斜向荷载时，同步调整垂直压力表读数，使压力 表读数始终保持在初始读数上。此时加于试体上的正应力也是变 数。
1）方法－常正应力法，2）及3）方法－变正应力法。现行 规范规定按常正应力法试验。为此，在试验前，就要求设计出试 体应施加多大的垂直荷载和斜向荷载，才能使试验顺利进行。
试验前，预先按下式预估试体剪坏时的斜向总荷载：
抗剪断试验
τ
φ
σ
τ 断＝σ tgφ +c
摩擦试验
τ
φ σ
τ 摩＝ σ tgφ
抗切试验
τ
σ
τ 切＝ c
按剪切荷载施加的不同方式分：平推法试验和斜推法试 验。
平推法——剪切荷载平行于剪切面 斜推法——剪切荷载与剪切面成一定角度
9.2 试验原理
根据库仑定律（1776），有 f Ctan
式中 τf ——剪切破坏面上的剪应力（kPa），即岩土体的 抗剪强度； σ——破坏面上的法向应力（kPa）； C——岩土体的内聚力（kPa）； φ ——岩土体的内摩擦角（°）。 依据不同σ下测得的τf 就可求出相应的C、 φ值。
（5）当剪切荷载无法稳定或剪切位移明显增大时，应测读剪 切荷载峰值。在剪切荷载缓慢退至零的过程中，法向应力 应保持常数，测读试体回弹位移读数。
（6）对于软弱夹层，低塑性夹层按l0％、高塑性夹层按5％ 的最大预估荷载分级等量施加。加荷后每10 min读一次数 ，l0min内变形<0.1mm/min时，即视为稳定，施加下一级 荷载，至剪断。
➢ 试验分类
按测试的不同部位，分为表面法和孔内法。 按测试的物理量，分为直接测量法和间接测量法两大类。 按测试用的元件，分为机械式、电阻式和电感式三种。 按测试时岩体中应力的改变状态，分为应力解除法和应 力恢复法。 按测试手段的不同，将在实际测量中使用过的测量方法 分为构造法、变形法、电磁法、地震法和放射性法5大类。 按测试原理的不同，分为应力恢复法、应力解除法、应 变恢复法、应变解除法、水压致裂法、声发射法、X射线法、 重力法共8类。
（9）试验地段地质横纵工程地质剖面图、地质素描图、 钻孔柱状图、试体展示图等。
❖试体制备
（1）在岩体的预定部位加工试体，试体宜加工成方形体 （或楔形体）；每组试体数量不宜少于5个，并应尽可能处 在同一高程上。开挖时应尽量减少对试体的扰动和破坏。
（2）试体剪切面积不宜小于2500 cm2，最小边长不宜 小于50 cm，试体高度不宜小于最小边长的2/3(或1/2-工程岩 体试验方法标准)。试体间距宜大于试体最小边长1.5倍，以 免试验过程中相互影响和便于试体制备和设备安装。
（3）剪切荷载一般按每5min加载一级，施加前后对法向和切 向位移测表各测读一次。接近剪断时，应加密测读荷载和 位移，峰值前不得少于l0组读数。当剪切面为有充填的结 构面时，应根据剪切位移的大小，每隔10min或15min加荷 一次。加荷前后均须测读各测表的读数。
（4）试体被剪断时，测读剪切荷载峰值。根据需要可继续施 加剪切荷载，直到测出大致相等的剪切荷载值为止（表现 为剪切荷载趋于稳定）。
9.5 资料整理与分析
➢ 计算法向和剪切应力
➢ 绘制试验曲线
（1）根据同一组直剪试验结果，绘制各法向应力下的剪 应力与剪切位移或法向位移的关系曲线。
（2）根据上述曲线确定各阶段特征点：如线性比例极 限、屈服点、屈服强度或剪切过程中垂直和侧向位移定出的 剪胀点和剪胀强度等。
（3）绘制法向应力与比例强度、屈服强度、峰值强度、 残余强度的曲线，按库仑表达式确定相应的C、φ值。
（5）结构面的分布特点、结构面性质（产状、成因、类 型、宽度、延伸性和连续性、结构面壁强度、起伏情况）、 组合关系等；
（6）充填物性质（类型、厚度、矿物成分、颗粒组成、 泥化、软化、风化程度和含水状态等）；
（7）岩体的完整程度、风化程度、风化特点、风化深度 等；
（8）水文地质条件（地下水类型、化学成分、活动规律 、出露位置等）;
（6）根据设计要求，对试体保持天然含水量或浸水饱和。
❖试验布置方案
❖资料准备 （1）斜推法试验
斜推法正应力是保持常数还是变数的问题。在国内，用3种 方式处理：
1）随着斜向荷载的施加，同步减小垂直压力表读数，使剪 切面上的正应力在整个剪切过程中始终保持常数。
2）在施加斜向荷载时，始终不调整垂直压力表读数（实际 上垂直压力表读数在增加），此时剪切面上的正应力是变数。
根据对千斤顶（或液压枕）作的率定曲线和试体剪切 面面积，计算施加的荷载和压力表读数。检查各测表的工作 状态，测读初始读数。
2．施加垂直荷载 （1）在每个试体上分别施加不同的垂直荷载，其值为最大
法向荷载的等分值，最大垂直应力以不小于设计法向应力为宜 。当剪切面有软弱充填物时，最大法向应力应以不挤出充填物 为限。
（3）传力设备：传力柱（木、钢或砼制品）、钢垫块 （板）、高压胶管、滚轴排。传力柱宜具足够的刚度。在露 天或基坑试验时须使用岩锚、钢索、螺夹或钢梁等反力装置 。
（4）测量设备：百分表（量程≥50 mm）、千分表（量 程≥2～50 mm），每种不少于6块、对应数量的磁性表座和 万能表架、测量标点、量表支架（≥2）。支杆长度应超过试 验影响范围。
➢ 试验目的 岩体应力现场测量的目的是了解岩体中存在的应力大
小和方向，从而为分析岩体工程的受力状态以及为岩体加 固支护提供依据。 岩体应力测量还是预报岩体失稳破坏以 及预报岩爆的有力工具。
岩体应力测量可以分为岩体初始应力测量和地下工程 应力分布测量，前者是为了测定岩体初始地应力场，后者 则是为了测定岩体开挖后引起的应力重分布状况。
座；13—接液压泵
在试体两侧的对称部位分别安装测量切向位移和法向 位移（绝对位移）的测表，每侧法向、切向位移测表均不 得少于2只。
9.4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ试验方法及技术要求
9.4.1 试验前准备工作 地质描述
（1）试验段开挖、试体制备方法及出现的问题； （2）试点编号、位置、尺寸； （3）试段编号、位置、高程、方位、深度、硐断面形 状和尺寸； （4）岩石名称、颜色、结构、构造、主要矿物成分等 ；
直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力的 量，如补偿应力、恢复应力、平衡应力，并由这些应力量 和原岩应力的相互关系，通过计算获得原岩应力值。扁千 斤顶法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法均属 直接测量法。其中，水压致裂法目前应用最为广泛，声发 射法次之。
间接测量法不是直接测量岩体的应力量，而是借助传 感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的 间接物理量的变化，如岩体中的变形或应变，岩体的密度、 渗透性、吸水性、电阻、电容的变化，弹性波传播速度的 变化等，然后由测得的间接物理量的变化，通过已知的公 式计算岩体中的应力值。
σmin按下式计算： minctgCtan
Qsin 0
F