第5章 巖體強度試驗

1、混凝土與巖體接觸面直剪試驗混凝土與巖體接觸面直剪試驗（掌握）巖巖體體強強度度試試驗驗第五章 巖體強度試驗Hohai UniversityHohai University巖體本身直剪試驗巖體本身直剪試驗（掌握）結(jié)構(gòu)面直剪試驗結(jié)構(gòu)面直剪試驗（掌握）結(jié)構(gòu)面直剪蠕變試驗結(jié)構(gòu)面直剪蠕變試驗(了解)巖體三軸壓縮試驗巖體三軸壓縮試驗（掌握）巖體載荷試驗巖體載荷試驗（掌握）Hohai UniversityHohai University第一節(jié)第一節(jié) 混凝土與巖體接觸面直剪試混凝土與巖體接觸面直剪試驗驗試驗?zāi)康模涸囼災(zāi)康模貉芯吭谕饬ψ饔孟禄炷僚c巖體接觸面之間所具 有的抵抗剪切的能力。試驗方法：試驗方法：見水利

2、水電工程巖石試驗規(guī)程（SL2642001）第72-77頁。主要儀器：主要儀器：液壓千斤頂、液壓泵及管路、壓力表、鋼墊板、滾軸排、傳力柱及傳力塊、斜墊板、測量支架、測量表架、測表等。Hohai UniversityHohai University試驗記錄：試驗記錄：工程名稱、巖石名稱、試件編號、試件位置、試驗方法、混凝土強度、剪切面面積、測表布置、法向荷載、剪切荷載、法向位移、剪切位移、試驗人員、試驗日期等。影響因素：影響因素：試件尺寸、基巖面起伏差、混凝土抗壓強度、巖石風化程度、巖體結(jié)構(gòu)類型等?；炷僚c巖體接觸面直剪試驗的常用方法：混凝土與巖體接觸面直剪試驗的常用方法：平推法（見圖1）斜推法（

3、見圖2）圖1 混凝土與巖體接觸面直剪試驗平推法安裝圖2 混凝土與巖體接觸面斜推法安裝一、關(guān)于試件尺寸的觀點一、關(guān)于試件尺寸的觀點(教材81頁) （熟悉）Hohai UniversityHohai University奧地利學派繆勒的觀點日本巖盤力學書中的觀點美國材料和試驗協(xié)會觀點烏霍夫提出的標準國際巖石力學學會建議的方法國內(nèi)勘察設(shè)計單位提出的觀點二、基巖面的起伏差對抗剪強度的影響二、基巖面的起伏差對抗剪強度的影響（熟悉）Hohai UniversityHohai University抗剪強度大致隨地基起伏差的加大而增大。規(guī)程規(guī)定，對常規(guī)試驗，地面起伏差控制在試件邊長的1% 2%以內(nèi)。三、垂直荷

4、載的施加方法三、垂直荷載的施加方法（熟悉）Hohai UniversityHohai University最大垂直荷載的確定最大垂直荷載的確定 應(yīng)滿足大壩地基工作條件的要求，即與設(shè)計正應(yīng)力適應(yīng)。垂直荷載的分級垂直荷載的分級 北京水電勘測設(shè)計院提出分5級加至試驗荷載。 規(guī)程中提出分35級加至預(yù)定荷載。斜剪過程中垂直應(yīng)力的調(diào)整斜剪過程中垂直應(yīng)力的調(diào)整常正應(yīng)力法變正應(yīng)力法四、剪切荷載的施加方法四、剪切荷載的施加方法（熟悉）Hohai UniversityHohai University剪應(yīng)力的分級剪應(yīng)力的分級分級的目的：取得較準確的應(yīng)力應(yīng)變曲線。美國ASTM巖石試驗規(guī)程中規(guī)定，剪切荷載分級施加的級數(shù)

5、不 少于10級。我國規(guī)程規(guī)定按最大剪切應(yīng)力分810級逐級均勻等量施加剪 切應(yīng)力。剪切應(yīng)力的施加速率剪切應(yīng)力的施加速率快速剪切法時間控制法變形控制法五、抗剪試驗成果的整理五、抗剪試驗成果的整理Hohai UniversityHohai University關(guān)于庫侖方程式的說明關(guān)于庫侖方程式的說明（見教材86頁）剪切強度特征點的確定剪切強度特征點的確定（熟悉） 比例極限的確定 屈服強度的確定六、單點法抗剪試驗六、單點法抗剪試驗單點法抗剪試驗：單點法抗剪試驗： 利用同一個試件在幾級不同的垂直載荷下進行剪切并測求其 相應(yīng)的抗剪參數(shù)的方法。單點抗剪試驗的種類單點抗剪試驗的種類國外有資料說明用單點法測定巖

6、體殘余強度是方便而有效的國外有資料說明用單點法測定巖體殘余強度是方便而有效的第二節(jié)第二節(jié) 結(jié)構(gòu)面直剪試驗結(jié)構(gòu)面直剪試驗Hohai UniversityHohai University試驗?zāi)康模涸囼災(zāi)康模簻y定結(jié)構(gòu)面的抗剪強度參數(shù)和剪應(yīng)力剪位移關(guān) 系曲線，研究結(jié)構(gòu)面受剪時的變形破壞規(guī)律。試驗方法：試驗方法：直剪試驗，詳見水利水電工程巖石試驗規(guī)程 （SL2642001）第7781頁。主要儀器和設(shè)備：主要儀器和設(shè)備：同混凝土與巖體接觸面直剪試驗。Hohai UniversityHohai University試驗記錄：試驗記錄：工程名稱、巖石名稱、試件編號、試件位置、試驗方法、剪切面面積、測表布置、法

7、向荷載、剪 切荷載、法向位移、剪切位移、試驗人員、試驗 日期等。 技術(shù)問題：技術(shù)問題： 如何保持試件為原狀 控制法向應(yīng)力，避免夾泥擠出 控制剪切速率，保證試件充分排水一、試驗布置一、試驗布置Hohai UniversityHohai University實際工作中，不能滿足平推法或斜推法布置試驗時，可采取 其他方案，如陡傾角或緩傾角試驗方案。規(guī)程規(guī)定現(xiàn)場結(jié)構(gòu)面抗剪試驗中，試件尺寸不得小于50cm 50cm，盡量采用70cm 70cm，以便與國際接軌。垂直荷載的大小以不擠出夾層物質(zhì)為限。垂直荷載分45級施加，對于高塑性、低密度、含水量大的夾 層，應(yīng)緩慢施加。施加速率建議控制在每5分鐘均勻施加，達

8、到固結(jié)后再剪切。對于黏土夾層，其抗剪強度隨壓縮穩(wěn)定時間的延長而增大。二、垂直載荷施加方法二、垂直載荷施加方法三、剪切載荷的施加速率三、剪切載荷的施加速率Hohai UniversityHohai University規(guī)程建議在現(xiàn)場對抗剪強度較高的低塑性夾層按預(yù)估最大剪 切荷載的10%、對抗剪強度低的高塑性夾層按5%分級施加。在現(xiàn)場試驗中，考慮試件尺寸較大，排水不暢，建議每10分 鐘測讀變形一次，兩次相鄰間隔所測變形小于0.1mm/min， 即認為穩(wěn)定。工程應(yīng)用工程應(yīng)用（見教材91頁）葛洲壩工程202#泥化夾層剪切強度試驗研究。黃河小浪底水利樞紐工程泥化夾層限脹直剪試驗。第三節(jié)第三節(jié) 結(jié)構(gòu)面直剪

9、蠕變試驗結(jié)構(gòu)面直剪蠕變試驗（了解）Hohai UniversityHohai University試驗?zāi)康脑囼災(zāi)康模貉芯寇浫踅Y(jié)構(gòu)面的長期強度及結(jié)構(gòu)面的滑移、位錯、變形隨時間變化的規(guī)律。試驗方法試驗方法：詳見水利水電工程巖石試驗規(guī)程（SL2642 001）第8183頁。試驗要點試驗要點：與結(jié)構(gòu)面直剪試驗基本相同，但需要配備穩(wěn)壓裝置，保持溫度相對穩(wěn)定，延長位移觀測時間。一、穩(wěn)壓設(shè)備一、穩(wěn)壓設(shè)備Hohai UniversityHohai University具有提供恒定載荷的穩(wěn)壓設(shè)備是進行蠕變試驗的必要條件。對于軟弱結(jié)構(gòu)面，可采用類似于超壓密直剪試驗中的方法。現(xiàn)場試驗中，開始施加的預(yù)壓載荷是各級載荷

10、的平均值。二、法向載荷的施加二、法向載荷的施加三、剪切載荷的施加方法及變形讀數(shù)三、剪切載荷的施加方法及變形讀數(shù)繪制剪應(yīng)力剪切位移等時簇線，確定長期強度。四、蠕變試驗成果整理四、蠕變試驗成果整理（長期強度確定方法）用半對數(shù)方程式來描述結(jié)構(gòu)面的穩(wěn)定蠕變狀態(tài)。按另一種半對數(shù)曲線進行蠕變試驗成果的處理。第四節(jié)第四節(jié) 巖體直剪試驗巖體直剪試驗Hohai UniversityHohai University試驗?zāi)康脑囼災(zāi)康模貉芯繋r體在外力作用下本身所具有的抵抗剪切的 能力。試驗方法試驗方法：詳見水利水電工程巖石試驗規(guī)程（SL2642 001）第8385頁，試驗安裝見圖3。試驗記錄：試驗記錄：工程名稱、巖石

11、名稱、試件編號、試件位置、試驗方法、剪切面面積、測表布置、地質(zhì)描述、法 向荷載、剪切荷載、法向位移、剪切位移、試驗 人員、試驗日期等。圖3 巖體直剪強度試驗安裝安裝第五節(jié)第五節(jié) 巖體三軸強度試驗巖體三軸強度試驗Hohai UniversityHohai University試驗?zāi)康脑囼災(zāi)康模貉芯繋r體在三向應(yīng)力狀態(tài)所具有的抗壓強度。試驗方法試驗方法：現(xiàn)場巖體三軸強度試驗采用等側(cè)壓狀態(tài)測定巖體 強度，詳見水利水電工程巖石試驗規(guī)程 （SL2642001）第8589頁，試驗安裝見圖4 和圖5。主要儀器：主要儀器：千斤頂、液壓枕、液壓泵和管路、壓力表、鋼墊板、傳力柱、傳力架（箱）、側(cè)向反力框架、測量支架

12、、測量表架、測表等。圖4 巖體三軸壓縮強度試驗安裝圖5 巖體三軸壓縮強度試驗Hohai UniversityHohai University試驗記錄：試驗記錄：工程名稱、巖石名稱、試件編號、試件位置、試驗方法、試件尺寸、變形測表布置、側(cè)向荷載、軸向荷載、側(cè)向變形、軸向變形、試驗人員、試驗 日期等。 技術(shù)問題：技術(shù)問題： 試件制備 側(cè)壓的選取 試件尺寸的確定 頂部和側(cè)向摩擦力消除、加壓方式等。一、試件制備一、試件制備Hohai UniversityHohai University開挖支洞預(yù)留巖柱制備試件。開挖低矮支洞，不留巖柱而抬高支洞底板。在平洞底板上刻槽。移位三軸試驗試件制備。軸向和側(cè)向采用

13、千斤頂時施加壓力時，須澆筑反力臺。用液壓枕施加軸向和側(cè)向壓力時，要有專用反力框架設(shè)備。二、加壓設(shè)備的選定二、加壓設(shè)備的選定三、側(cè)壓的選取三、側(cè)壓的選取綜合考慮巖體的初始應(yīng)力和工程荷載所產(chǎn)生的側(cè)壓力及加壓 設(shè)備出力的大小。四、試件尺寸的確定四、試件尺寸的確定Hohai UniversityHohai University現(xiàn)場三軸試驗試件的尺寸需根據(jù)巖石強度、巖體的結(jié)構(gòu)情況 及加壓設(shè)備的能力確定。規(guī)程建議采用30cm30cm60cm80cm80cm160cm?？紤]試件尺寸的同時，應(yīng)考慮高寬比，建議高寬比不小于2。在接觸面涂黃油或用兩層塑料薄膜或兩層油毛氈中間夾黃油 和黃泥的混合物可有效減小或消除摩

14、擦力。五、試件頂部和側(cè)向摩擦力五、試件頂部和側(cè)向摩擦力六、加壓方式六、加壓方式按比例加壓靜水壓力加壓Hohai UniversityHohai University軸向壓力的三種加壓方式：逐級一次循環(huán)加壓逐級連續(xù)加壓逐級一次反復(fù)循環(huán)加壓七、試驗成果的整理七、試驗成果的整理（彈性參數(shù)計算）彈性階段，用彈性方程計算巖體變形模量E、和K、G。非線彈性階段，用求導(dǎo)數(shù)法求E和。從工程實用角度出發(fā)，E和可采用靜水壓力以上的軸向應(yīng)變 橫向應(yīng)變計算。八、單試件方法進行現(xiàn)場三軸試驗八、單試件方法進行現(xiàn)場三軸試驗（了解，教材101頁）第六節(jié)第六節(jié) 巖體載荷試驗巖體載荷試驗Hohai UniversityHohai University試驗?zāi)康脑囼災(zāi)康模簻y定半無限巖體表面巖體所能承受的極限載荷。試驗方法試驗方法：詳見水利水電工程巖石試驗規(guī)程（SL2642001）第8990頁，與剛性承壓板法巖體變形試驗類似。試驗記錄：試驗記錄：工程名稱、巖石名稱、試點編號、試點位置、試驗方法、承壓面積、測表布置、載荷、變形、試驗前后地質(zhì)素描圖、