第10章 现场剪切试验

2.4 试验程序
• • • (2)施加侧向荷载 施加荷载前，采用向液压千斤顶(或液压钢枕)内充液的 方法，。 根据工程设计要求，并考虑仪器设备的能力，确定三轴 试验最大侧向压应力后，将最大侧压按等差(或等比)分成 分成 与试体数量相同的侧压作为每个试体三轴试验同步施加侧 与试体数量相同的侧压 压的依据。 施加侧压前，记录各压力表、量表的初读数。而后将预 定的侧压和等同的轴压(包括垂直加载系统设备的重量)一 次同步施加于试体。加载速度为每秒0.05MPa。 (3)施加轴向荷载 在侧压作用下，试体变形达到稳定，即可施加轴向压应 力，可按每秒 每秒0.5—1MPa施加。施加方式有:逐级连续、 每秒 逐级一次循环和逐级反复循环三种，可任选其一，按此施 加轴压直至试体发生破坏为止。也可按每分钟读轴向量表 一次，连续五次测读变形量累计达0.5~1mm时，终止试验。
2.3 试体制备
三轴试验试体制备的要求试体尺寸:圆柱体， 直径不小于30cm;立方柱体或矩形长立方体，其 横断面边长不小于30cm。试体高度与直径(或边 长)之比为1—2。 • 根据施加侧压方式的不同，圆柱、方柱试体都 有出露式和埋藏式两种。 • 圆柱试体 圆柱试体:用大口径钻机钻到预定深度，形成埋藏 埋藏 式试件;用人工挖除岩心周围岩石后，形成出露式 式试件 出露式 试体。 试体 • 方柱试体 方柱试体:用切石机切割试体四边到预定深度，形 成埋藏式试体;用人工挖除试体周围岩石后，形成 出露式试体。 •
• (4)倾斜岩体弱面直剪试验的试体制备 • 对倾斜岩体弱面进行直剪试验，可按下 图制备楔形试体。在探明倾斜岩体弱面的 楔形试体。 楔形试体 部位和产状后，制备试样，采取措施，防 止试体下滑。
1.5 试体描述
• (1)试验前描述 • 试验前描述包括: • 1)试验地段岩石名称、风化破碎程度。 • 2)岩体弱面的成因、类型、产状、分布状况及其间充填物 的性状(厚度、颗粒组成、泥化程度和含水状态等)。在岩 洞内，记录岩洞编号、位置、洞线走向、洞底高程。试验 地段岩洞和试点部位的纵、横地质剖面。在露天或基坑内， 记录试点位置、高程及其周围的地形、地质。 • 3)试验地段开挖情况和试体制备方法; • 4)试体岩性、编号、位置、剪切方向和剪切面尺寸;试验地 段地下水类型、化学成分、活动规律和流量等。
• (2)混凝土与岩体胶结面直剪试验试体制备 • 在试点部位用人工(不准爆破)挖除表层松动 岩石，形成平整岩面。 • 在试点，按剪切方向立模并浇注混凝土 试体。有时在浇混凝土试体之前，按设计 要求，在岩面上先浇注一层厚约 浇注一层厚约5cm的砂 浇注一层厚约 的砂 浆垫层。 浆垫层。在浇注砂浆垫层和混凝土试体的 同时，浇制一定数量的砂浆(7cm x 7cm x 7cm)和混凝土(15cm x 15cm x 15cm)试块， 试块与试体在相同条件下养护，以测定其 不同龄期的强度。
• • •
试验成果整理
3. 土的现场剪切试验
• 现场直剪试验
水平推剪试验
4. 工程实例
高路堑滑坡现场剪切试验
4. 工程实例
下节课
• 第11章 岩体原位应力测试
1.8 影响试验成果因素的说明
• (1)试体 剪切面 尺寸的选定 试体(剪切面 试体 剪切面)尺寸的选定 • (2)剪切面起伏差 剪切面起伏差 • 为减小成果的分散性和便于对比分析，结合国内试验经验，统一规定 其起伏差不大于剪切方向边长的1%—2%。 • (3)严格防止扰动试体 剪切面 严格防止扰动试体(剪切面 严格防止扰动试体 剪切面) • (4)剪切面上垂直压应力分布 (4)剪切面上垂直压应力分布 • 直剪试验过程中，除保持剪切面上垂直压应力为常量外，还应使剪力 均匀分布在剪切面上。剪力作用线与剪切面间存在偏距，使剪切面上 垂直压应力分布不均匀。这种不均匀性随着剪力的增大而增大，无疑 将影响测定成果。规定偏距应严格控制在剪切面边长的5%以内。 • (5)剪力施加速率 剪力施加速率 • 直剪试验的剪力施加速率有:快速、时间控制和 • 剪切位移控制三种方式。为使试验尽可能符合 • 工程实际，以剪切位移控制法施加剪力最为理想。
• 直剪试验的平推法和斜推法试体受力见下 图 。剪力作用方向应符合设计要求。
• (3)岩体弱面、软弱岩体直剪试验的试体制 备 • 开挖试点部位后，在岩面上按剪切方向 定出剪切面积。用风钻或切石机，也可用 人工，沿剪切面积周边将试体与周围岩体 切开。对于岩体弱面的试体，应使弱面处 在预定的剪切部位。
•
2.4 试验程序
• 2)垂直加载系统设备安装 • 首先清除试体顶面岩屑，而后用水泥砂浆将其 抹平。待砂浆初凝后，在其上涂薄层润滑剂(如黄 油等)，以减少垫板与试体面之间的摩阻力。而后 ) 在其上依次安装垫块、液压千斤顶(或液压钢枕)、 传.力柱等，最后用混凝土(或水泥砂浆)填塞顶部， 使垂直加载系统与洞顶围岩紧密结合。试验如在 露天(或基坑内)进行，在垂直加载系统上应设置 反力框架。应使垂直加载系统作用力的合力作用 于试体顶面中心。 • 3)位移量表安装位移测量系统由支座、接杆、量 表和标头组成。
• (3)施加剪切荷载(剪力) • 直剪试验是一组试体在不同垂直压应力作用下 进行剪切的试验。试验前，应预估最大剪力作为 试验的依据。剪切荷载位于剪切缝中心(平推法) 或作用于剪切面中心(斜推法)。 • 1)平推法和斜推法剪切情况 • 平推法，用极限平衡状态的库仑(Coulomb)公式， 预估最大剪力。
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(2)试验后描述 试验后描述包括: 1)测量剪切面尺寸; 2)记录剪切破坏形式; 3)剪切面起伏差; 4)擦痕方向和长度; 5)碎块分布状况。同时描述剪切面上充 填物的性状，必要时取样测定其含水率、 液限、塑限以及颗粒组成，对剪切面照相。
• • • •
1.6 试验程序 (1)仪器设备安装 1)垂直、剪切加载系统设备安装。 2)位移量表安装
2.2 仪器设备
岩体现场三轴试验需用的仪器设备与前 相同。但液压千斤顶和液压钢枕的数量、 形状和尺寸，应根据试体形状和尺寸而定。 • 对圆柱形试体，侧向加压应采用孤形液压 钢枕。当需测量试体内部轴向位移(变形)时， 应备有钻孔单点或多点位移计。也可采用 声波仪、声发射探测仪，在试验过程中监 测试体声波速度、振幅及声发射频率变化， 以了解其破坏过程。 •
第10章 现场剪切试验
主讲：崔德山
目录
• • • • • 1. 岩体现场直剪试验 2. 岩体现场三轴试验 3. 土的现场剪切试验 4. 工程实例 5. 下节课：第11章 岩体原位应力测试
1. 岩体现场直剪试验
• 1.1 试验原理 • 预定的剪切面在垂直(法向)压应力作用下， 施加剪切力，直至试体剪切破坏的试验。 • 岩体现场直剪试验包括混凝土与岩体胶结(按 触)面、岩体中软弱结构(以下简称岩体弱面)和软 弱岩体本身三个方面的内容。 • 同一组试验应尽可能处在同一高程或层位上， 其地质条件应基本相同，试验过程中的受力状态 应与岩体在工程中的受力状态相近似。
1.7 试验成果整理
• (1)剪切面应力计算 • (2)绘制剪应力与剪切位移关系曲线。 • 根据同一组直剪试验结果，以剪应力为纵轴，剪切位移 为横轴，绘制每一试验的剪应力与剪切位移关系曲线，而 后从曲线上选取剪应力的峰值和残余值。也可从曲线的线 性比例极限点或屈服点选取剪应力值。 • (3)绘制剪应力与垂直压应力关系曲线 •Байду номын сангаас根据剪应力峰值(或屈服值、残余值等)与相应的垂直压 应力，以剪应力为纵轴，垂直压应力为横轴，绘制关系曲 线。 • (4)确定抗剪强度参数 • 抗剪强度参数包括摩擦系数和粘聚力，可按图解法和最 小二乘法确定;
1.6 试验程序
• (2)施加垂直荷载 • 按设计要求，确定作用在剪切面上的最大垂直 (法向)压应力。一般按等差(或等比)将最大垂直压 应力分成4—5个不同等级。对岩体弱面、软弱岩 4—5 体的试体，施加其上的最大垂直压应力，以不挤 出弱面上的充填物或破坏试体为限。 • 作用在一个试体上的垂直荷载，一般分4—5次 施加。每施加一次荷载，随即测读垂直位移量表， 此后，每隔 每隔5min测读一次，待连续两次测读差不 测读一次， 每隔 测读一次 超过0.01mm，认为垂直位移稳定，才施加下一 超过 ， 级荷载。依此，直施加到预定荷载(垂直压应力) 为止。
• 试验时，按预估最大剪力的8%—10%，分级施加。每 5min施加一级(对于岩体弱面、软弱岩体，视其性状及充 填情况，每10—15min施加一级)。施加剪力前、后，应测 读各量表。 • 当施加剪力所引起的剪切位移为前一级的1.5倍以上时， 下一级剪力则减半施加。当达到剪力峰值、发生不断地剪 切位移(即滑动破坏)，或出现剪力的残余值时，试验终止。 • 试验过程中，应保持剪切面上的垂直压应力为常量。为 此，对于斜推法，应同步降低由于施加剪力在剪切面上增 加的垂直压应力，可按下式计算:
2. 岩体现场三轴试验
• 2.1 试验原理和目的 • 岩体现场三轴试验是，试体在三个互相垂直(正 交)的压应力亦即垂直向压应力和两个侧向压应力 作用下，测定其强度和变形性质的试验。分为常 规(等侧压)三轴试验和真三轴试验。 • 岩体现场三轴试验的目的是为工程(建筑物地基、 地下洞室和岩质边坡)设计提供参数，并为研究岩 石力学性质和破坏机理提供资料。
2.4 试验程序
• • • • • 本试验程序适用于等侧向压应力的常规三轴试 验。 (1)仪器设备安装 所有用于试验的轴向、侧向加载系统的液压千 斤顶、液压钢枕、压力表和位移量表，在安装前 均应率定。 1)侧向加载系统设备安装 (A)对于出露式圆柱、方柱试体，先在试体对应 部位安装反力钢筒或反力框架。而后在反力钢筒 (或反力框架)与试体的间隙内安装液压钢枕。钢 枕内外两侧间隙，用水泥砂浆填塞。按并联方式， 用高压管路将各个液压钢枕与液压泵连接。 (B)对于埋藏式圆柱、方柱试体，先清除试体周围 切槽中的岩屑，而后将液压钢枕安设其中。
• 直剪试验过程中，如遇调整或更换量表、 液压千斤顶(或液压钢枕)补压、发现混凝土 或试体松动掉块、出现裂缝或破裂声等现 象，应随时记录，供成果整理时查考。 • (4)试验结束 • 直剪试验结束后，依次将剪切和垂直荷载 退为零，拆除测量仪表、支架、剪切和垂 直加载设备，而后按相关要求进行试体和 进行试体和 剪切面描述。 剪切面描述。
• 为防止制备过程中，因吸(浸)水、应力松驰 或扰动而导致试体膨胀，可采用以下方法: • 1)切断地下水来源 切断地下水来源; 切断地下水来源 • 2)用水泥砂浆抹试体顶面，而后在其上 用水泥砂浆抹试体顶面， 用水泥砂浆抹试体顶面 施加一定的垂直荷载。 • 为避免在安装垂直、水平(剪切)加载系统 和试验过程中损坏试体，可在试体上浇注 钢筋混凝土保护罩，其底部应处在预定的 剪切面以上。
1.2 试验目的
• 岩体现场直剪试验的目的是测定其抵抗剪 切破坏的能力，为地(坝)基、地下建筑物和 ( 边坡的稳定计算分析提供抗剪强度参数(摩 擦系数和粘聚力)。
1.4 试体制备
(1)一般规定 同一组试验的试体不少于5块。试体剪切面积 一般为70cmx 70cm，并不小于50cm x 50cm。试 体高度为其边长之半。 • 试体间距应便于试体制备和仪器设备安装，但 试体间距 不应小于剪切面边长的1.5倍 不应小于剪切面边长的 倍，以免试验过程中互 相影响。 • 在岩洞内进行试验时，试验部位的洞顶应先开 挖成大致平整的岩面，以便浇注混凝土(或砂浆) 反力垫层。在施加剪力的后座部位，应按液压千 斤顶(或液压钢枕)的形状和尺寸开挖。 • •