第5章 岩体强度试验

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一、稳压设备
具有提供恒定载荷的稳压设备是进行蠕变试验的必要条件。
二、法向载荷的施加
对于软弱结构面，可采用类似于超压密直剪试验中的方法。 现场试验中，开始施加的预压载荷是各级载荷的平均值。
三、剪切载荷的施加方法及变形读数 四、蠕变试验成果整理（长期强度确定方法）
图3 岩体直剪强度试验安装安装
第五节 岩体三轴强度试验
试验目的：研究岩体在三向应力状态所具有的抗压强度。 试验方法：现场岩体三轴强度试验采用等侧压状态测定岩体 强度，详见《水利水电工程岩石试验规程》 （SL264—2001）第85~89页，试验安装见图4 和图5。 主要仪器：千斤顶、液压枕、液压泵和管路、压力表、钢垫 板、传力柱、传力架（箱）、侧向反力框架、测 量支架、测量表架、测表等。 Hohai University
绘制剪应力—剪切位移等时簇线，确定长期强度。 用半对数方程式来描述结构面的稳定蠕变状态。
按另一种半对数曲线进行蠕变试验成果的处理。
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第四节 岩ຫໍສະໝຸດ Baidu直剪试验
试验目的：研究岩体在外力作用下本身所具有的抵抗剪切的 能力。 试验方法：详见《水利水电工程岩石试验规程》（SL264—2 001）第83~85页，试验安装见图3。 试验记录：工程名称、岩石名称、试件编号、试件位置、试 验方法、剪切面面积、测表布置、地质描述、法 向荷载、剪切荷载、法向位移、剪切位移、试验 人员、试验日期等。 Hohai University
第二节 结构面直剪试验
试验目的：测定结构面的抗剪强度参数和剪应力—剪位移关 系曲线，研究结构面受剪时的变形破坏规律。 试验方法：直剪试验，详见《水利水电工程岩石试验规程》 （SL264—2001）第77~81页。 主要仪器和设备：同混凝土与岩体接触面直剪试验。
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斜剪过程中垂直应力的调整 •常正应力法 •变正应力法
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四、剪切荷载的施加方法（熟悉）
剪应力的分级 •分级的目的：取得较准确的应力—应变曲线。 •美国ASTM岩石试验规程中规定，剪切荷载分级施加的级数不 少于10级。 •我国规程规定按最大剪切应力分8~10级逐级均匀等量施加剪 切应力。 剪切应力的施加速率 •快速剪切法 •时间控制法 •变形控制法 Hohai University
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第三节 结构面直剪蠕变试验（了解）
试验目的：研究软弱结构面的长期强度及结构面的滑移、位 错、变形随时间变化的规律。 试验方法：详见《水利水电工程岩石试验规程》（SL264—2 001）第81~83页。 试验要点：与结构面直剪试验基本相同，但需要配备稳压装 置，保持温度相对稳定，延长位移观测时间。
试验记录：工程名称、岩石名称、试件编号、试件位置、试 验方法、剪切面面积、测表布置、法向荷载、剪 切荷载、法向位移、剪切位移、试验人员、试验 日期等。 • • • 技术问题： 如何保持试件为原状 控制法向应力，避免夹泥挤出 控制剪切速率，保证试件充分排水
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一、试验布置
八、单试件方法进行现场三轴试验（了解，教材101页）
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第六节 岩体载荷试验
试验目的：测定半无限岩体表面岩体所能承受的极限载荷。 试验方法：详见《水利水电工程岩石试验规程》（SL264— 2001）第89~90页，与刚性承压板法岩体变形试 验类似。
试验记录：工程名称、岩石名称、试点编号、试点位置、试 验方法、承压面积、测表布置、载荷、变形、试 验前后地质素描图、试验人员、试验日期等。
一、试件制备
开挖支洞预留岩柱制备试件。 开挖低矮支洞，不留岩柱而抬高支洞底板。 在平洞底板上刻槽。 移位三轴试验试件制备。
二、加压设备的选定
轴向和侧向采用千斤顶时施加压力时，须浇筑反力台。 用液压枕施加轴向和侧向压力时，要有专用反力框架设备。
三、侧压的选取
综合考虑岩体的初始应力和工程荷载所产生的侧压力及加压 设备出力的大小。 Hohai University
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一、承压板的影响
承压板面积的大小影响着岩体是否能被压坏，规程规定承压 板面积为500~1000平方厘米。 承压板的刚度是测试技术上应重视的问题，承压板应有足够 的刚度。
二、加压方式
逐级连续升级（即不退压）直至破坏的加压方法。 试验前预估岩体的极限载荷，据此确定每次加压的大小。
图4 岩体三轴压缩强度试验安装
图5 岩体三轴压缩强度试验
试验记录：工程名称、岩石名称、试件编号、试件位置、试 验方法、试件尺寸、变形测表布置、侧向荷载、 轴向荷载、侧向变形、轴向变形、试验人员、试 验 日期等。 • • • • 技术问题： 试件制备 侧压的选取 试件尺寸的确定 顶部和侧向摩擦力消除、加压方式等。 Hohai University
第五章 岩体强度试验 岩 体 强 度 试 验
混凝土与岩体接触面直剪试验（掌握） 岩体本身直剪试验（掌握） 结构面直剪试验（掌握） 结构面直剪蠕变试验(了解) 岩体三轴压缩试验（掌握） 岩体载荷试验（掌握）
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第一节 混凝土与岩体接触面直剪试验
试验目的：研究在外力作用下混凝土与岩体接触面之间所具
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谢
谢
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四、试件尺寸的确定
现场三轴试验试件的尺寸需根据岩石强度、岩体的结构情况 及加压设备的能力确定。 规程建议采用30cm×30cm×60cm~80cm×80cm×160cm。 考虑试件尺寸的同时，应考虑高宽比，建议高宽比不小于2。
五、试件顶部和侧向摩擦力
在接触面涂黄油或用两层塑料薄膜或两层油毛毡中间夹黄油 和黄泥的混合物可有效减小或消除摩擦力。
实际工作中，不能满足平推法或斜推法布置试验时，可采取 其他方案，如陡倾角或缓倾角试验方案。 规程规定现场结构面抗剪试验中，试件尺寸不得小于50cm× 50cm，尽量采用70cm ×70cm，以便与国际接轨。
二、垂直载荷施加方法
垂直荷载的大小以不挤出夹层物质为限。 垂直荷载分4~5级施加，对于高塑性、低密度、含水量大的夹 层，应缓慢施加。 施加速率建议控制在每5分钟均匀施加，达到固结后再剪切。 对于黏土夹层，其抗剪强度随压缩稳定时间的延长而增大。 Hohai University
六、加压方式
按比例加压 静水压力加压 Hohai University
轴向压力的三种加压方式： •逐级一次循环加压 •逐级连续加压 •逐级一次反复循环加压
七、试验成果的整理（弹性参数计算）
弹性阶段，用弹性方程计算岩体变形模量E、µ和K、G。 非线弹性阶段，用求导数法求E和µ。 从工程实用角度出发，E和µ可采用静水压力以上的轴向应变 横向应变计算。
有的抵抗剪切的能力。 试验方法：见《水利水电工程岩石试验规程》（SL264— 2001）第72-77页。
主要仪器：液压千斤顶、液压泵及管路、压力表、钢垫板、 滚轴排、传力柱及传力块、斜垫板、测量支架、 测量表架、测表等。 Hohai University
试验记录：工程名称、岩石名称、试件编号、试件位置、试 验方法、混凝土强度、剪切面面积、测表布置、 法向荷载、剪切荷载、法向位移、剪切位移、试 验人员、试验日期等。 影响因素：试件尺寸、基岩面起伏差、混凝土抗压强度、岩 石风化程度、岩体结构类型等。
三、剪切载荷的施加速率
规程建议在现场对抗剪强度较高的低塑性夹层按预估最大剪 切荷载的10%、对抗剪强度低的高塑性夹层按5%分级施加。 在现场试验中，考虑试件尺寸较大，排水不畅，建议每10分 钟测读变形一次，两次相邻间隔所测变形小于0.1mm/min， 即认为稳定。 工程应用（见教材91页） •葛洲坝工程202#泥化夹层剪切强度试验研究。 •黄河小浪底水利枢纽工程泥化夹层限胀直剪试验。
二、基岩面的起伏差对抗剪强度的影响（熟悉）
抗剪强度大致随地基起伏差的加大而增大。
规程规定，对常规试验，地面起伏差控制在试件边长的1% ~ 2%以内。
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三、垂直荷载的施加方法（熟悉）
最大垂直荷载的确定 • 应满足大坝地基工作条件的要求，即与设计正应力适应。 垂直荷载的分级 • 北京水电勘测设计院提出分5级加至试验荷载。 • 规程中提出分3~5级加至预定荷载。
五、抗剪试验成果的整理
关于库仑方程式的说明（见教材86页） 剪切强度特征点的确定（熟悉） • 比例极限的确定 • 屈服强度的确定
六、单点法抗剪试验
单点法抗剪试验： 利用同一个试件在几级不同的垂直载荷下进行剪切并测求其 相应的抗剪参数的方法。 单点抗剪试验的种类
国外有资料说明用单点法测定岩体残余强度是方便而有效的 Hohai University
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混凝土与岩体接触面直剪试验的常用方法： 平推法（见图1） 斜推法（见图2）
图1 混凝土与岩体接触面直剪试验平推法安装
图2 混凝土与岩体接触面斜推法安装
一、关于试件尺寸的观点(教材81页) （熟悉）
奥地利学派缪勒的观点 日本《岩盘力学》书中的观点 乌霍夫提出的标准 美国材料和试验协会观点 国际岩石力学学会建议的方法 国内勘察设计单位提出的观点 Hohai University