巖土工程測試第九章現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn)

1、第九章第九章 現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn)現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn)第二節(jié)第二節(jié) 試驗(yàn)的基本原理試驗(yàn)的基本原理第三節(jié)第三節(jié) 試驗(yàn)的儀器設(shè)備試驗(yàn)的儀器設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 試驗(yàn)技術(shù)要求及方法試驗(yàn)技術(shù)要求及方法第五節(jié)第五節(jié) 資料整理及影響因素分析資料整理及影響因素分析現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn)現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn) 現(xiàn)場直剪試驗(yàn)現(xiàn)場直剪試驗(yàn)可用于巖土體本身、巖土體沿軟弱結(jié)構(gòu)面和巖體與其他材料接觸面的剪切試驗(yàn)，可分為巖土體試體在法向應(yīng)力作用下沿剪切面剪切破壞的抗剪斷試驗(yàn)，巖土體剪斷后沿剪切面繼續(xù)剪切的抗剪試驗(yàn)（摩擦試驗(yàn)），法向應(yīng)力為零時(shí)巖體剪切的抗切試驗(yàn)。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn)現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn)現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn)現(xiàn)場直接剪切試

2、驗(yàn)P剪切面剪切面Q 現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn)可求得試驗(yàn)對(duì)象的抗剪強(qiáng)度現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn)可求得試驗(yàn)對(duì)象的抗剪強(qiáng)度和剪切剛度系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果更符合實(shí)際情況。和剪切剛度系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果更符合實(shí)際情況。一、巖體強(qiáng)度的概念一、巖體強(qiáng)度的概念 通常所講的巖體強(qiáng)度是指巖體的抗剪強(qiáng)度，即巖體抵通常所講的巖體強(qiáng)度是指巖體的抗剪強(qiáng)度，即巖體抵抗剪切破壞的能力。也就是說，巖體在任一法向應(yīng)力作用抗剪切破壞的能力。也就是說，巖體在任一法向應(yīng)力作用下，剪切破壞時(shí)所能抵抗的最大剪應(yīng)力值，稱該剪切面在下，剪切破壞時(shí)所能抵抗的最大剪應(yīng)力值，稱該剪切面在此法向應(yīng)力下的抗剪強(qiáng)度。此法向應(yīng)力下的抗剪強(qiáng)度。二、現(xiàn)場剪切試驗(yàn)分類二、現(xiàn)場剪切試驗(yàn)分類

3、現(xiàn)場剪切試驗(yàn)可分為三類：現(xiàn)場剪切試驗(yàn)可分為三類：（1）巖體本身直剪試驗(yàn)；）巖體本身直剪試驗(yàn)；（2）巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面的直剪試驗(yàn)；）巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面的直剪試驗(yàn)；（3）巖體與混凝土接觸面的直剪試驗(yàn)。）巖體與混凝土接觸面的直剪試驗(yàn)。每類試驗(yàn)又可細(xì)分為：每類試驗(yàn)又可細(xì)分為：（1）抗剪斷試驗(yàn)：試體在法向應(yīng)力作用下沿剪切面剪切）抗剪斷試驗(yàn)：試體在法向應(yīng)力作用下沿剪切面剪切破壞的直剪試驗(yàn)；破壞的直剪試驗(yàn)；（2）抗剪試驗(yàn)（摩擦試驗(yàn)）：試體剪斷后沿剪切面繼續(xù)）抗剪試驗(yàn)（摩擦試驗(yàn)）：試體剪斷后沿剪切面繼續(xù)剪切的抗剪試驗(yàn)；剪切的抗剪試驗(yàn)；（3）抗切試驗(yàn)：法向應(yīng)力為）抗切試驗(yàn)：法向應(yīng)力為0時(shí)對(duì)試體進(jìn)行的直剪試驗(yàn)。時(shí)對(duì)試

4、體進(jìn)行的直剪試驗(yàn)。 從而根據(jù)庫侖方程得到相應(yīng)的強(qiáng)度指標(biāo)：抗剪斷強(qiáng)度，從而根據(jù)庫侖方程得到相應(yīng)的強(qiáng)度指標(biāo)：抗剪斷強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度（摩擦強(qiáng)度），抗切強(qiáng)度。如圖抗剪強(qiáng)度（摩擦強(qiáng)度），抗切強(qiáng)度。如圖91所示：所示：三、各類剪切試驗(yàn)的適用性三、各類剪切試驗(yàn)的適用性1巖體本身直剪試驗(yàn)巖體本身直剪試驗(yàn) 巖體本身直剪試驗(yàn)是為測定在外力作用下，巖體本身巖體本身直剪試驗(yàn)是為測定在外力作用下，巖體本身的抗剪強(qiáng)度和變形的試驗(yàn)。在的抗剪強(qiáng)度和變形的試驗(yàn)。在驗(yàn)算壩基、壩肩、巖質(zhì)邊坡驗(yàn)算壩基、壩肩、巖質(zhì)邊坡及地下洞室圍巖及地下洞室圍巖等巖體本身可能發(fā)生剪切失穩(wěn)時(shí)，可采用等巖體本身可能發(fā)生剪切失穩(wěn)時(shí)，可采用本試驗(yàn)方法。本試驗(yàn)方

5、法。 目前，在現(xiàn)場測定巖體的抗剪強(qiáng)度有多種方法，如直目前，在現(xiàn)場測定巖體的抗剪強(qiáng)度有多種方法，如直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)、拔錨試驗(yàn)等。為國內(nèi)外最剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)、拔錨試驗(yàn)等。為國內(nèi)外最為通用的直剪試驗(yàn)。為通用的直剪試驗(yàn)。2 2巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn) 是測定巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度和變形的試驗(yàn)。是測定巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度和變形的試驗(yàn)。巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，是指在外力作用下，軟弱巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，是指在外力作用下，軟弱結(jié)構(gòu)面抵抗剪切的能力。結(jié)構(gòu)面抵抗剪切的能力。 為評(píng)價(jià)壩基、壩肩、巖質(zhì)邊坡及洞室圍巖可能沿軟弱為評(píng)價(jià)壩基、壩肩、巖質(zhì)邊坡

6、及洞室圍巖可能沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)所采用的試驗(yàn)方法。結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)所采用的試驗(yàn)方法。 3 3混凝土與巖體直剪試驗(yàn)混凝土與巖體直剪試驗(yàn) 混凝土與巖體直剪試驗(yàn)是為測定現(xiàn)場混凝土與巖體之混凝土與巖體直剪試驗(yàn)是為測定現(xiàn)場混凝土與巖體之間間( (膠結(jié)面膠結(jié)面) )的抗剪強(qiáng)度和變形特征所進(jìn)行的試驗(yàn)。為評(píng)價(jià)的抗剪強(qiáng)度和變形特征所進(jìn)行的試驗(yàn)。為評(píng)價(jià)水工建筑物沿基礎(chǔ)接觸面可能發(fā)生剪切破壞時(shí)，校核其抗水工建筑物沿基礎(chǔ)接觸面可能發(fā)生剪切破壞時(shí)，校核其抗滑穩(wěn)定性時(shí)采用此項(xiàng)試驗(yàn)?；€(wěn)定性時(shí)采用此項(xiàng)試驗(yàn)。 巖體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)在現(xiàn)場可以有各種不同的布置方案，巖體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)在現(xiàn)場可以有各種不同的布置方案，但就剪切

7、荷載施加的方式只有兩種，因此，按剪切荷載施但就剪切荷載施加的方式只有兩種，因此，按剪切荷載施加的不同方式，分為兩種試驗(yàn)方法：即平推法試驗(yàn)和斜推加的不同方式，分為兩種試驗(yàn)方法：即平推法試驗(yàn)和斜推法試驗(yàn)，如圖法試驗(yàn)，如圖9292。 上述幾種現(xiàn)場直剪試驗(yàn)，由于剪切對(duì)象不同，其試點(diǎn)的選上述幾種現(xiàn)場直剪試驗(yàn)，由于剪切對(duì)象不同，其試點(diǎn)的選取、試體的規(guī)格和制備要求、數(shù)據(jù)讀取時(shí)間間隔等方面存在差取、試體的規(guī)格和制備要求、數(shù)據(jù)讀取時(shí)間間隔等方面存在差異。但在試驗(yàn)原理、設(shè)備、步驟及結(jié)果處理分析方法上都基本異。但在試驗(yàn)原理、設(shè)備、步驟及結(jié)果處理分析方法上都基本一致。一致。第二節(jié)第二節(jié) 試驗(yàn)的基本原理試驗(yàn)的基本原理

8、根據(jù)庫侖定律（根據(jù)庫侖定律（1776），有：），有：式中，式中，f剪切破壞面上的剪應(yīng)力（剪切破壞面上的剪應(yīng)力（kPa），即巖土體的），即巖土體的抗剪強(qiáng)度；抗剪強(qiáng)度；破壞面上的法向應(yīng)力（破壞面上的法向應(yīng)力（kPa）；）； C巖土體的內(nèi)聚力（巖土體的內(nèi)聚力（kPa）；）；巖土體的內(nèi)摩擦角（巖土體的內(nèi)摩擦角（）；）；tanCf依據(jù)所測得的依據(jù)所測得的f可推求出相應(yīng)的可推求出相應(yīng)的C、值。值。（1）平推法）平推法法向應(yīng)力：P/F切向應(yīng)力：=q/F（2）斜推法）斜推法法向應(yīng)力：P/FQsin/F切向應(yīng)力：= Qcos/F 式中，Q作用于剪切面上的總斜向荷載（N）； 斜向荷載施力方向與剪切面之間的夾角。第

9、三節(jié)第三節(jié) 試驗(yàn)的儀器設(shè)備試驗(yàn)的儀器設(shè)備一、設(shè)備組成一、設(shè)備組成1試體制備系統(tǒng)試體制備系統(tǒng) 手風(fēng)鉆（或切石機(jī)）、模具、人工開挖工具各手風(fēng)鉆（或切石機(jī)）、模具、人工開挖工具各1套。套。2加荷系統(tǒng)加荷系統(tǒng) （1）液壓千斤頂，）液壓千斤頂，2臺(tái)；根據(jù)巖體強(qiáng)度，最大荷載及剪臺(tái)；根據(jù)巖體強(qiáng)度，最大荷載及剪切面積選用不同規(guī)格，行程切面積選用不同規(guī)格，行程70mm； （2）油壓泵（附壓力表、高壓油管、測力計(jì)等），）油壓泵（附壓力表、高壓油管、測力計(jì)等），2臺(tái)；臺(tái)；手搖式或電動(dòng)式，對(duì)千斤頂供油用。手搖式或電動(dòng)式，對(duì)千斤頂供油用。 3 3傳力系統(tǒng)傳力系統(tǒng)（1 1）高壓膠管，若干）高壓膠管，若干( (配有快速接頭

10、配有快速接頭) )，輸送油壓用；，輸送油壓用；（2 2）傳力柱：無縫鋼管一套，要求鋼管必須有足夠的剛度和）傳力柱：無縫鋼管一套，要求鋼管必須有足夠的剛度和強(qiáng)度；強(qiáng)度；（3 3）鋼墊板：用）鋼墊板：用4545鋼制成，一套，其面積可根據(jù)試體尺寸鋼制成，一套，其面積可根據(jù)試體尺寸而定；而定；（4 4）滾軸排：一套，面積根據(jù)試體尺寸而定。）滾軸排：一套，面積根據(jù)試體尺寸而定。4 4測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)（1 1）壓力表：精度為一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)壓力表一套，測油壓用；）壓力表：精度為一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)壓力表一套，測油壓用；（2 2）百分表（量程）百分表（量程50mm ）、千分表）、千分表（量程（量程250mm ） ：8 81

11、212只；只；（3 3）磁性表架：）磁性表架：8 81212只；只；（4 4）測量表架：工字鋼）測量表架：工字鋼2 2根；根；（5 5）測量標(biāo)點(diǎn)：有機(jī)玻璃或不銹綱。）測量標(biāo)點(diǎn)：有機(jī)玻璃或不銹綱。5反力系統(tǒng)反力系統(tǒng) 若試驗(yàn)是在平硐中進(jìn)行，則不需要另外的反力裝置，若試驗(yàn)是在平硐中進(jìn)行，則不需要另外的反力裝置，直接利用巖體承擔(dān)反力；若在井巷、露天場地的試坑或直接利用巖體承擔(dān)反力；若在井巷、露天場地的試坑或平的巖體表面進(jìn)行，則需要安裝加荷系統(tǒng)的反力裝置，平的巖體表面進(jìn)行，則需要安裝加荷系統(tǒng)的反力裝置，一般是打地錨。一般是打地錨。6輔助系統(tǒng)輔助系統(tǒng)（1）安裝工具一套；）安裝工具一套；（2）澆搗混凝土工具

12、一套；）澆搗混凝土工具一套；（3）照像設(shè)備一套。）照像設(shè)備一套。二、設(shè)備安裝二、設(shè)備安裝 總的安裝順序?yàn)椋菏紫葯z查所有儀器設(shè)備，認(rèn)為可總的安裝順序?yàn)椋菏紫葯z查所有儀器設(shè)備，認(rèn)為可靠后才能使用；標(biāo)出垂直及剪切荷載安裝位置后，先安靠后才能使用；標(biāo)出垂直及剪切荷載安裝位置后，先安裝法向荷載系統(tǒng)，后安裝切向荷載系統(tǒng)，見圖裝法向荷載系統(tǒng)，后安裝切向荷載系統(tǒng)，見圖9 93 3。 1安裝垂直加荷系統(tǒng)安裝垂直加荷系統(tǒng) 在試體頂面鋪以一層橡皮板或砂漿墊層，墊層上放傳在試體頂面鋪以一層橡皮板或砂漿墊層，墊層上放傳壓鋼板，并用水平尺找平，然后依次放置：滾軸排、鋼墊壓鋼板，并用水平尺找平，然后依次放置：滾軸排、鋼墊板

13、、液壓千斤頂、傳力柱和頂部鋼墊板等板、液壓千斤頂、傳力柱和頂部鋼墊板等(滾軸排視具體情滾軸排視具體情況也可放于頂部況也可放于頂部)。 整個(gè)垂直加荷系統(tǒng)必須與剪切面垂直，垂直合力應(yīng)通整個(gè)垂直加荷系統(tǒng)必須與剪切面垂直，垂直合力應(yīng)通過剪切面中心。過剪切面中心。 2安裝側(cè)向剪切加荷系統(tǒng)安裝側(cè)向剪切加荷系統(tǒng) 安裝斜向千斤頂時(shí)，須嚴(yán)格定位。斜向推力作用方向與安裝斜向千斤頂時(shí)，須嚴(yán)格定位。斜向推力作用方向與剪切面的夾角一般為剪切面的夾角一般為1217，一般用，一般用15。使千斤頂?shù)妮S。使千斤頂?shù)妮S線穿過剪切面中心，力爭剪切面受力均勻。線穿過剪切面中心，力爭剪切面受力均勻。 安裝水平千斤頂時(shí)須嚴(yán)格定位，水平推

14、力應(yīng)通過預(yù)定的安裝水平千斤頂時(shí)須嚴(yán)格定位，水平推力應(yīng)通過預(yù)定的剪斷面。當(dāng)難以滿足此要求時(shí)，著力點(diǎn)距剪切面距離應(yīng)控制剪斷面。當(dāng)難以滿足此要求時(shí)，著力點(diǎn)距剪切面距離應(yīng)控制在試件邊長（沿剪切方向）的在試件邊長（沿剪切方向）的5以內(nèi)，試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)此距離以內(nèi)，試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)此距離進(jìn)行實(shí)測記錄，供資料分析用。進(jìn)行實(shí)測記錄，供資料分析用。3布置安裝測表布置安裝測表（1）混凝土試體兩側(cè)靠近剪切面的四個(gè)角點(diǎn)處，布置水平）混凝土試體兩側(cè)靠近剪切面的四個(gè)角點(diǎn)處，布置水平向和垂直向測表各四只，測量絕對(duì)變形；向和垂直向測表各四只，測量絕對(duì)變形；（2）根據(jù)需要可在試體及其周圍基巖面上，安裝測量絕對(duì)）根據(jù)需要可在試體及其周圍基巖

15、面上，安裝測量絕對(duì)位移和相對(duì)位移的測表；位移和相對(duì)位移的測表；（3）測表支架應(yīng)牢固地安裝于支點(diǎn)上，支點(diǎn)位于變形影響）測表支架應(yīng)牢固地安裝于支點(diǎn)上，支點(diǎn)位于變形影響范圍以外，最好是簡支梁形式；范圍以外，最好是簡支梁形式；（4）支架固定后安裝測表。）支架固定后安裝測表。 第四節(jié)第四節(jié) 試驗(yàn)方法及技術(shù)要求試驗(yàn)方法及技術(shù)要求 一、試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作一、試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作1試驗(yàn)前的地質(zhì)描述試驗(yàn)前的地質(zhì)描述 地質(zhì)描述為試驗(yàn)成果的整理分析和計(jì)算指標(biāo)的選擇地質(zhì)描述為試驗(yàn)成果的整理分析和計(jì)算指標(biāo)的選擇提供可靠依據(jù)，并為綜合評(píng)價(jià)巖體工程地質(zhì)性質(zhì)提供依提供可靠依據(jù)，并為綜合評(píng)價(jià)巖體工程地質(zhì)性質(zhì)提供依據(jù)。具體內(nèi)容包括：據(jù)

16、。具體內(nèi)容包括：（1）試驗(yàn)地段開挖、試體制備方法及出現(xiàn)的問題；）試驗(yàn)地段開挖、試體制備方法及出現(xiàn)的問題；（2）試點(diǎn)編號(hào)、位置、尺寸；）試點(diǎn)編號(hào)、位置、尺寸；（3）試段編號(hào)、位置、高程、方位、深度、硐室斷面形）試段編號(hào)、位置、高程、方位、深度、硐室斷面形狀和尺寸；狀和尺寸；（4）巖石巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、主要造巖礦物、顏色等；）巖石巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、主要造巖礦物、顏色等；（5）各種結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、分布特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)面性質(zhì)、組合）各種結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、分布特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)面性質(zhì)、組合關(guān)系等；關(guān)系等；（6）巖體的風(fēng)化程度、風(fēng)化特點(diǎn)、風(fēng)化深度等；）巖體的風(fēng)化程度、風(fēng)化特點(diǎn)、風(fēng)化深度等；（7）水文地質(zhì)條件，包括地下水類型、

17、化學(xué)成分、活動(dòng)）水文地質(zhì)條件，包括地下水類型、化學(xué)成分、活動(dòng)規(guī)律、出露位置等；規(guī)律、出露位置等；（8）巖爆、硐室變形等與初始地應(yīng)力有關(guān)的現(xiàn)象；）巖爆、硐室變形等與初始地應(yīng)力有關(guān)的現(xiàn)象；（9）試驗(yàn)地段地質(zhì)橫剖面圖、地質(zhì)素描圖、鉆孔柱狀圖、）試驗(yàn)地段地質(zhì)橫剖面圖、地質(zhì)素描圖、鉆孔柱狀圖、試體展示圖等。試體展示圖等。 2試點(diǎn)的選擇及整理試點(diǎn)的選擇及整理（1）選試點(diǎn)）選試點(diǎn) 同一組試體同一組試體(不少于不少于5塊塊)，選用工程地質(zhì)條件相同地段，選用工程地質(zhì)條件相同地段，試體受力大小、方向及裂隙相對(duì)位置等，應(yīng)盡量接近實(shí)際試體受力大小、方向及裂隙相對(duì)位置等，應(yīng)盡量接近實(shí)際工程工作條件，盡可能位于同一高程上

18、，試體間距應(yīng)大于工程工作條件，盡可能位于同一高程上，試體間距應(yīng)大于1.5倍試體最短邊長，以免受力后變形互相影響。倍試體最短邊長，以免受力后變形互相影響。（2）試點(diǎn)整理）試點(diǎn)整理 在所選試點(diǎn)上，對(duì)硐頂板及斜向在所選試點(diǎn)上，對(duì)硐頂板及斜向(或水平或水平)推力后座大推力后座大致加工平整。預(yù)澆混凝土地基面起伏差控制在試體邊長的致加工平整。預(yù)澆混凝土地基面起伏差控制在試體邊長的12內(nèi)內(nèi)(沿推力方向沿推力方向)，試體范圍外起伏差約為試體邊長，試體范圍外起伏差約為試體邊長的的10。(平推法同時(shí)開挖放置水平千斤頂?shù)牡目硬燮酵品ㄍ瑫r(shí)開挖放置水平千斤頂?shù)牡目硬?。 3澆注混凝土試體澆注混凝土試體 根據(jù)根據(jù)巖土工程

19、勘察規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范（GB500212001）規(guī)定）規(guī)定的試體布置、制備、加工尺寸應(yīng)符合一般規(guī)定：的試體布置、制備、加工尺寸應(yīng)符合一般規(guī)定：（1）試體宜加工成方形體（或楔形體），每組試體數(shù)量）試體宜加工成方形體（或楔形體），每組試體數(shù)量不宜少于不宜少于5個(gè)，并盡可能處在同一高程。個(gè)，并盡可能處在同一高程。（2）試體剪切面積不宜小于）試體剪切面積不宜小于2500cm2，邊長不宜小于，邊長不宜小于50cm，試體高度不宜小于邊長的，試體高度不宜小于邊長的2/3，試體間距應(yīng)大于，試體間距應(yīng)大于1.5倍試體最短邊長。倍試體最短邊長。（3）試體的推力部位應(yīng)留有安裝千斤頂?shù)淖銐蚩臻g，平）試體的推力部位應(yīng)

20、留有安裝千斤頂?shù)淖銐蚩臻g，平推法應(yīng)開挖千斤頂槽。推法應(yīng)開挖千斤頂槽。（4）在試驗(yàn)之前，先測定混凝土的強(qiáng)度，以供試驗(yàn)分析）在試驗(yàn)之前，先測定混凝土的強(qiáng)度，以供試驗(yàn)分析資料用。資料用。（5）試體澆注完畢，即可注水飽和，同時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行）試體澆注完畢，即可注水飽和，同時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待養(yǎng)護(hù)，待28天后，即可進(jìn)行試驗(yàn)。有時(shí)因工作需要，需天后，即可進(jìn)行試驗(yàn)。有時(shí)因工作需要，需提早進(jìn)行試驗(yàn)，在澆注混凝土?xí)r可適當(dāng)添加些速凝劑，提早進(jìn)行試驗(yàn)，在澆注混凝土?xí)r可適當(dāng)添加些速凝劑，待混凝土標(biāo)號(hào)達(dá)到要求后即可試驗(yàn)。待混凝土標(biāo)號(hào)達(dá)到要求后即可試驗(yàn)。（6）試驗(yàn)的布置方案見）試驗(yàn)的布置方案見P132圖圖96所示。所示。

21、二、試驗(yàn)前的資料準(zhǔn)備二、試驗(yàn)前的資料準(zhǔn)備 1斜推法試驗(yàn)斜推法試驗(yàn)（1）加荷分析）加荷分析 首先應(yīng)對(duì)每一個(gè)試體施加一定的垂直荷載，然后再施首先應(yīng)對(duì)每一個(gè)試體施加一定的垂直荷載，然后再施加斜向剪切荷載，進(jìn)行試驗(yàn)。由于斜向荷載可分解為平行加斜向剪切荷載，進(jìn)行試驗(yàn)。由于斜向荷載可分解為平行于剪切面的切應(yīng)力和垂直剪切面的正應(yīng)力，故一旦加上斜于剪切面的切應(yīng)力和垂直剪切面的正應(yīng)力，故一旦加上斜向荷載，剪切面上的正應(yīng)力隨之增加這個(gè)分量。從而出現(xiàn)向荷載，剪切面上的正應(yīng)力隨之增加這個(gè)分量。從而出現(xiàn)了了正應(yīng)力的處理正應(yīng)力的處理問題，即在剪切過程中，剪切面上的正應(yīng)問題，即在剪切過程中，剪切面上的正應(yīng)力是力是保持常數(shù)還

22、是變數(shù)保持常數(shù)還是變數(shù)的問題。國外對(duì)這個(gè)問題持不同看的問題。國外對(duì)這個(gè)問題持不同看法。在國內(nèi)，大致采用以下三種方式來處理：法。在國內(nèi)，大致采用以下三種方式來處理： 1）隨著斜向荷載的施加，同步減小垂直壓力表讀數(shù)，使）隨著斜向荷載的施加，同步減小垂直壓力表讀數(shù)，使剪切面上的正應(yīng)力在整個(gè)剪切過程中始終保持常數(shù)。剪切面上的正應(yīng)力在整個(gè)剪切過程中始終保持常數(shù)。2）在施加斜向荷載時(shí)，始終不調(diào)整垂直壓力表讀數(shù)）在施加斜向荷載時(shí)，始終不調(diào)整垂直壓力表讀數(shù)(實(shí)際實(shí)際上垂直壓力表讀數(shù)在增加上垂直壓力表讀數(shù)在增加)，此時(shí)剪切面上的正應(yīng)力是變，此時(shí)剪切面上的正應(yīng)力是變數(shù)。數(shù)。3）在施加斜向荷載時(shí)，同步調(diào)整垂直壓力表

23、讀數(shù)，使壓）在施加斜向荷載時(shí)，同步調(diào)整垂直壓力表讀數(shù)，使壓力表讀數(shù)始終保持在初始讀數(shù)上。此時(shí)加于試體的正應(yīng)力力表讀數(shù)始終保持在初始讀數(shù)上。此時(shí)加于試體的正應(yīng)力也是變數(shù)。也是變數(shù)。 1) 種方法，稱之為常正應(yīng)力法；種方法，稱之為常正應(yīng)力法；2)、3)兩種方法稱之兩種方法稱之為變正應(yīng)力法。當(dāng)正應(yīng)力為變數(shù)時(shí)，剪切面上的應(yīng)力條為變正應(yīng)力法。當(dāng)正應(yīng)力為變數(shù)時(shí)，剪切面上的應(yīng)力條件比較復(fù)雜，而且作出的剪應(yīng)力件比較復(fù)雜，而且作出的剪應(yīng)力剪位移曲線圖形失真，剪位移曲線圖形失真，對(duì)試驗(yàn)成果的整理和分析都帶來困難。故現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定對(duì)試驗(yàn)成果的整理和分析都帶來困難。故現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定為按常正應(yīng)力法試驗(yàn)。為按常正應(yīng)力法試驗(yàn)。

24、 為此，在試驗(yàn)前，就要求我們?cè)O(shè)計(jì)出試體應(yīng)施加多為此，在試驗(yàn)前，就要求我們?cè)O(shè)計(jì)出試體應(yīng)施加多大的垂直荷載和斜向荷載，才能使試驗(yàn)順利進(jìn)行。大的垂直荷載和斜向荷載，才能使試驗(yàn)順利進(jìn)行。 （2）施力公式推導(dǎo)）施力公式推導(dǎo)1）應(yīng)力計(jì)算）應(yīng)力計(jì)算法向應(yīng)力：法向應(yīng)力：P/FQsin/Fpqsin（記（記P/Fp，Q/F=q）切向應(yīng)力：切向應(yīng)力：= Qcos/F qcos2) 最大單位推力最大單位推力qmax的估算的估算 在試驗(yàn)進(jìn)行之前，需要預(yù)估試體發(fā)生剪切破壞時(shí)的最在試驗(yàn)進(jìn)行之前，需要預(yù)估試體發(fā)生剪切破壞時(shí)的最大單位推力大單位推力qmax，從而計(jì)算出斜向總荷載，從而計(jì)算出斜向總荷載Q。據(jù)此，可在試。據(jù)此，可

25、在試驗(yàn)過程中分級(jí)施加斜向推力，直至試體剪斷。驗(yàn)過程中分級(jí)施加斜向推力，直至試體剪斷。在極限狀態(tài)下，應(yīng)力條件應(yīng)滿足庫侖公式：在極限狀態(tài)下，應(yīng)力條件應(yīng)滿足庫侖公式： CqmaxtancosCqmaxcostan 只要預(yù)估出剪切面上的只要預(yù)估出剪切面上的f（摩擦系數(shù)，（摩擦系數(shù)，tan）、）、C值，值，15，也可給定，即可計(jì)算也可給定，即可計(jì)算qmax。然后乘以剪切面積。然后乘以剪切面積F就是就是Qmax，按，按Qmax分級(jí)加載試驗(yàn)。分級(jí)加載試驗(yàn)。3）同步加減荷載計(jì)算）同步加減荷載計(jì)算 在試驗(yàn)過程中，為了保持剪切面上的正應(yīng)力在試驗(yàn)過程中，為了保持剪切面上的正應(yīng)力為常數(shù)，為常數(shù)，因此逐級(jí)施加因此逐級(jí)施

26、加q的同時(shí)，須同步減少的同時(shí)，須同步減少p值。同步加減的荷值。同步加減的荷載按下式計(jì)算：載按下式計(jì)算：由由pqsin，得出：，得出： pP/Fqsin4）最小正應(yīng)力）最小正應(yīng)力min的確定的確定 為了避兔試驗(yàn)過程中為了避兔試驗(yàn)過程中p值不夠減的情況發(fā)生，必須首值不夠減的情況發(fā)生，必須首先確定剪切面上的最小正應(yīng)力先確定剪切面上的最小正應(yīng)力min值。值。為使在剪切時(shí)為使在剪切時(shí)p0，即：，即：qsin0在極限狀態(tài)下，還應(yīng)滿足：在極限狀態(tài)下，還應(yīng)滿足：Cqtancos建立聯(lián)立方程組建立聯(lián)立方程組 qsin0 解得解得 CqtancostancosCinm 把根據(jù)試體實(shí)際情況估計(jì)的剪切面的把根據(jù)試體實(shí)

27、際情況估計(jì)的剪切面的f、C值、值、15，代入上式，即可計(jì)算出剪切面上所需施加的，代入上式，即可計(jì)算出剪切面上所需施加的min值。值。如小于此值，將會(huì)出現(xiàn)如小于此值，將會(huì)出現(xiàn)P值不夠減的情況。顯然，還要對(duì)值不夠減的情況。顯然，還要對(duì)f、C值的估計(jì)應(yīng)接近剪切面的實(shí)際值；估計(jì)值偏大時(shí)，試體值的估計(jì)應(yīng)接近剪切面的實(shí)際值；估計(jì)值偏大時(shí)，試體破壞時(shí)的斜向荷載破壞時(shí)的斜向荷載Q將達(dá)不到設(shè)計(jì)的值，估計(jì)值偏小時(shí)，將達(dá)不到設(shè)計(jì)的值，估計(jì)值偏小時(shí)，同樣全出現(xiàn)同樣全出現(xiàn)P值不夠減的情況。值不夠減的情況。 2平推法試驗(yàn)平推法試驗(yàn) 不需要減少不需要減少P值，但試驗(yàn)前，也要對(duì)剪切荷載進(jìn)行估值，但試驗(yàn)前，也要對(duì)剪切荷載進(jìn)行估

28、算。在極限平衡狀態(tài)下，剪切面上的應(yīng)力條件符合莫爾算。在極限平衡狀態(tài)下，剪切面上的應(yīng)力條件符合莫爾庫侖公式：庫侖公式：得得 如果根據(jù)巖性、構(gòu)造等條件，預(yù)估出如果根據(jù)巖性、構(gòu)造等條件，預(yù)估出f、C值，代入上值，代入上式即可估算出試體剪切破壞時(shí)最大剪切荷載，方便在試驗(yàn)式即可估算出試體剪切破壞時(shí)最大剪切荷載，方便在試驗(yàn)過程中分級(jí)施加。過程中分級(jí)施加。 CtanFQmaxFC)tan(Qmax三、試驗(yàn)步驟及技術(shù)要求三、試驗(yàn)步驟及技術(shù)要求1儀器的標(biāo)定、檢測儀器的標(biāo)定、檢測 試驗(yàn)前，根據(jù)對(duì)千斤頂（或液壓枕）作的率定曲線和試驗(yàn)前，根據(jù)對(duì)千斤頂（或液壓枕）作的率定曲線和試體剪切面面積，計(jì)算施加的荷載和壓力表讀數(shù)

29、對(duì)應(yīng)關(guān)系。試體剪切面面積，計(jì)算施加的荷載和壓力表讀數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。檢查各測表的工作狀態(tài)，測讀初始讀數(shù)。檢查各測表的工作狀態(tài)，測讀初始讀數(shù)。 2施加垂直荷載施加垂直荷載1）在每組）在每組(45個(gè)個(gè))試體上，分別施加不同的垂直荷載，加于試試體上，分別施加不同的垂直荷載，加于試體上的最大垂直荷載，以不小于設(shè)計(jì)法向應(yīng)力為宜。當(dāng)剪切面體上的最大垂直荷載，以不小于設(shè)計(jì)法向應(yīng)力為宜。當(dāng)剪切面有軟弱物充填時(shí)，最大法向應(yīng)力以不擠出充填物為限。有軟弱物充填時(shí)，最大法向應(yīng)力以不擠出充填物為限。2）對(duì)每個(gè)試體分）對(duì)每個(gè)試體分45級(jí)施加其垂直荷載。加載用時(shí)間控制，每級(jí)施加其垂直荷載。加載用時(shí)間控制，每隔隔5分鐘加一次，加荷

30、后立即讀數(shù)，分鐘加一次，加荷后立即讀數(shù)，5分鐘后再讀一次，即可施分鐘后再讀一次，即可施加下一級(jí)荷載。當(dāng)加至預(yù)定荷載時(shí)，仍需每隔加下一級(jí)荷載。當(dāng)加至預(yù)定荷載時(shí)，仍需每隔5分鐘讀一次數(shù)，分鐘讀一次數(shù)，當(dāng)連續(xù)兩次垂直變形之差小于當(dāng)連續(xù)兩次垂直變形之差小于0.01mm，即認(rèn)為穩(wěn)定，可以施加，即認(rèn)為穩(wěn)定，可以施加水平荷載。水平荷載。3施加剪切荷載施加剪切荷載1）以時(shí)間控制：開始按最大剪切荷載的）以時(shí)間控制：開始按最大剪切荷載的10分級(jí)施加。隔分級(jí)施加。隔5分鐘加荷一次分鐘加荷一次（有充填物每隔（有充填物每隔10或或15min加荷一次），加荷一次）， ，每，每級(jí)荷載施加前后各測讀變形一次。當(dāng)所加荷數(shù)引起的

31、水平變級(jí)荷載施加前后各測讀變形一次。當(dāng)所加荷數(shù)引起的水平變形大于前一級(jí)的形大于前一級(jí)的1.52倍時(shí)，剪切荷載減至按倍時(shí)，剪切荷載減至按5施加，直至施加，直至剪斷，臨近剪斷時(shí)，應(yīng)密切注視和測記壓力變化情況及相應(yīng)剪斷，臨近剪斷時(shí)，應(yīng)密切注視和測記壓力變化情況及相應(yīng)的水平變形的水平變形(壓力與變形應(yīng)同步觀測壓力與變形應(yīng)同步觀測)，整個(gè)剪切過程中，垂，整個(gè)剪切過程中，垂直荷載須始終保持常數(shù)。試件被剪斷時(shí)，測讀峰值。直荷載須始終保持常數(shù)。試件被剪斷時(shí)，測讀峰值。2）按變形控制：方法基本同上，只是每級(jí)剪切荷載施加后，）按變形控制：方法基本同上，只是每級(jí)剪切荷載施加后，每隔一定時(shí)間讀數(shù)一次直到最后相鄰兩次或

32、三次測讀的變形每隔一定時(shí)間讀數(shù)一次直到最后相鄰兩次或三次測讀的變形小于某一定值，即認(rèn)為穩(wěn)定，方可加下一級(jí)荷載。小于某一定值，即認(rèn)為穩(wěn)定，方可加下一級(jí)荷載。 從目前資料看，對(duì)剪切荷載的施加，國外大部分采用變從目前資料看，對(duì)剪切荷載的施加，國外大部分采用變形控制法。國內(nèi)在五十年代大都按照蘇聯(lián)的方法，即采用變形控制法。國內(nèi)在五十年代大都按照蘇聯(lián)的方法，即采用變形控制法，近來大都轉(zhuǎn)向以時(shí)間控制。形控制法，近來大都轉(zhuǎn)向以時(shí)間控制。 試體剪斷后，可進(jìn)行剪斷面的抗摩擦試驗(yàn)。試體剪斷后，可進(jìn)行剪斷面的抗摩擦試驗(yàn)。 4試驗(yàn)記錄試驗(yàn)記錄（1）試驗(yàn)前記錄好以下內(nèi)容：工程名稱、巖石名稱、試體）試驗(yàn)前記錄好以下內(nèi)容：工

33、程名稱、巖石名稱、試體編號(hào)、試體位置、試驗(yàn)方法、混凝土的強(qiáng)度、剪切面面積、編號(hào)、試體位置、試驗(yàn)方法、混凝土的強(qiáng)度、剪切面面積、測表布置、法向荷載、剪切荷載、法向位移、試驗(yàn)人員、測表布置、法向荷載、剪切荷載、法向位移、試驗(yàn)人員、試驗(yàn)日期。試驗(yàn)日期。（2）試驗(yàn)過程中：詳細(xì)記錄碰表、調(diào)表、換表、千斤頂漏）試驗(yàn)過程中：詳細(xì)記錄碰表、調(diào)表、換表、千斤頂漏油補(bǔ)壓，混凝土或巖體松動(dòng)、掉塊、出現(xiàn)裂縫等情況。油補(bǔ)壓，混凝土或巖體松動(dòng)、掉塊、出現(xiàn)裂縫等情況。（3）試驗(yàn)結(jié)束后，翻轉(zhuǎn)試體，測量實(shí)際剪切面面積。詳細(xì)）試驗(yàn)結(jié)束后，翻轉(zhuǎn)試體，測量實(shí)際剪切面面積。詳細(xì)記錄剪切面的破壞情況、破壞方式、擦痕的分布、方向及記錄剪切

34、面的破壞情況、破壞方式、擦痕的分布、方向及長度，繪出素描圖及剖面圖，并照相。長度，繪出素描圖及剖面圖，并照相。第五節(jié)第五節(jié) 資料整理分析資料整理分析一、法向應(yīng)力、剪切應(yīng)力的計(jì)算一、法向應(yīng)力、剪切應(yīng)力的計(jì)算 無論采用哪種試驗(yàn)方法，分別采用以上介紹的公式計(jì)算無論采用哪種試驗(yàn)方法，分別采用以上介紹的公式計(jì)算各級(jí)荷載下的法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力。各級(jí)荷載下的法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力。法向應(yīng)力：法向應(yīng)力：P/FQsin/F切向應(yīng)力：切向應(yīng)力：= Qcos/F 式中，式中，Q作用于剪切面上的總斜向荷載（作用于剪切面上的總斜向荷載（N）；）； 斜向荷載施力方向與剪切面之間的夾角。斜向荷載施力方向與剪切面之間的夾角。二、

35、試驗(yàn)曲線繪制二、試驗(yàn)曲線繪制1繪制剪應(yīng)力繪制剪應(yīng)力水平位移及剪應(yīng)力水平位移及剪應(yīng)力垂直位移曲線，確垂直位移曲線，確定比例極限、屈服極限、峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度，確定曲線定比例極限、屈服極限、峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度，確定曲線破壞類型破壞類型(圖圖96) 。也可以只繪制不同正應(yīng)力下剪應(yīng)力與。也可以只繪制不同正應(yīng)力下剪應(yīng)力與剪切變形剪切變形(水平變形水平變形)關(guān)系曲線關(guān)系曲線(圖圖97)。2視需要，繪制正應(yīng)力視需要，繪制正應(yīng)力垂直位移關(guān)系曲線垂直位移關(guān)系曲線(v曲線曲線)，剪應(yīng)力剪應(yīng)力時(shí)間時(shí)間(t)曲線，時(shí)間曲線，時(shí)間垂直位移垂直位移剪位移（剪位移（tvu)曲線。曲線。 3確定與比例極限、屈服極限、峰值強(qiáng)度

36、及殘余強(qiáng)度確定與比例極限、屈服極限、峰值強(qiáng)度及殘余強(qiáng)度及相對(duì)應(yīng)的剪切變形和垂直變形，根據(jù)需要，分析各階及相對(duì)應(yīng)的剪切變形和垂直變形，根據(jù)需要，分析各階段剪切特征值段剪切特征值(剪脹角、剪切剛度等剪脹角、剪切剛度等)。 4繪制繪制關(guān)系曲線。按庫侖表達(dá)式求出凝聚力關(guān)系曲線。按庫侖表達(dá)式求出凝聚力C和摩和摩擦角擦角，圖，圖98。 5分析剪切分析剪切破壞機(jī)理。資料整理見下表。破壞機(jī)理。資料整理見下表。 三、抗剪強(qiáng)度參數(shù)的確定三、抗剪強(qiáng)度參數(shù)的確定 確定抗剪強(qiáng)度參數(shù)，一般采用圖解法或最小二乘法。確定抗剪強(qiáng)度參數(shù)，一般采用圖解法或最小二乘法。1圖解法圖解法 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果中的剪應(yīng)力與相應(yīng)的垂直壓應(yīng)力分布根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果中的剪應(yīng)力與相應(yīng)的垂直壓應(yīng)力分布點(diǎn)，作平均直線（或曲線），使其盡可能接近各點(diǎn)，舍點(diǎn)，作平均直線（或曲線），使其盡可能接近各點(diǎn)，舍棄偏離較遠(yuǎn)的個(gè)別點(diǎn)。由直線（或代表曲線的直線）的棄偏離較遠(yuǎn)的個(gè)別點(diǎn)。由直線（或代表曲