第5章 巖體強度試驗

混凝土與巖體接觸面直剪試驗（掌握）巖體強度試驗第五章

巖體強度試驗HohaiUniversity巖體本身直剪試驗（掌握）結構面直剪試驗（掌握）結構面直剪蠕變試驗(了解)巖體三軸壓縮試驗（掌握）巖體載荷試驗（掌握）HohaiUniversity第一節(jié)混凝土與巖體接觸面直剪試驗試驗目的：研究在外力作用下混凝土與巖體接觸面之間所具有的抵抗剪切的能力。試驗方法：見《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》（SL264— 2001）第72-77頁。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。HohaiUniversity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：試件尺寸、基巖面起伏差、混凝土抗壓強度、巖 石風化程度、巖體結構類型等?；炷僚c巖體接觸面直剪試驗的常用方法：平推法（見圖1）斜推法（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、關于試件尺寸的觀點(教材81頁)（熟悉）HohaiUniversity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勘察設計單位提出的觀點二、基巖面的起伏差對抗剪強度的影響（熟悉）HohaiUniversity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。三、垂直荷載的施加方法（熟悉）HohaiUniversity最大垂直荷載的確定應滿足大壩地基工作條件的要求，即與設計正應力適應。垂直荷載的分級北京水電勘測設計院提出分5級加至試驗荷載。規(guī)程中提出分3~5級加至預定荷載。斜剪過程中垂直應力的調整常正應力法變正應力法四、剪切荷載的施加方法（熟悉）HohaiUniversity剪應力的分級分級的目的：取得較準確的應力—應變曲線。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不少于10級。我國規(guī)程規(guī)定按最大剪切應力分8~10級逐級均勻等量施加剪切應力。剪切應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HohaiUniversity關于庫侖方程式的說明（見教材86頁）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的抗剪參數的方法。單點抗剪試驗的種類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)結構面直剪試驗HohaiUniversity試驗目的：測定結構面的抗剪強度參數和剪應力—剪位移關

系曲線，研究結構面受剪時的變形破壞規(guī)律。試驗方法：直剪試驗，詳見《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》

（SL264—2001）第77~81頁。主要儀器和設備：同混凝土與巖體接觸面直剪試驗。HohaiUniversity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。技術問題：如何保持試件為原狀控制法向應力，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HohaiUniversity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)定現場結構面抗剪試驗中，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為限。垂直荷載分4~5級施加，對于高塑性、低密度、含水量大的夾層，應緩慢施加。施加速率建議控制在每5分鐘均勻施加，達到固結后再剪切。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、垂直載荷施加方法三、剪切載荷的施加速率HohaiUniversity規(guī)程建議在現場對抗剪強度較高的低塑性夾層按預估最大剪切荷載的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)結構面直剪蠕變試驗（了解）HohaiUniversity試驗目的：研究軟弱結構面的長期強度及結構面的滑移、位 錯、變形隨時間變化的規(guī)律。試驗方法：詳見《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》（SL264—2001）第81~83頁。試驗要點：與結構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)壓設備HohaiUniversity具有提供恒定載荷的穩(wěn)壓設備是進行蠕變試驗的必要條件。對于軟弱結構面，可采用類似于超壓密直剪試驗中的方法?，F場試驗中，開始施加的預壓載荷是各級載荷的平均值。二、法向載荷的施加三、剪切載荷的施加方法及變形讀數繪制剪應力—剪切位移等時簇線，確定長期強度。四、蠕變試驗成果整理（長期強度確定方法）用半對數方程式來描述結構面的穩(wěn)定蠕變狀態(tài)。按另一種半對數曲線進行蠕變試驗成果的處理。第四節(jié)巖體直剪試驗HohaiUniversity試驗目的：研究巖體在外力作用下本身所具有的抵抗剪切的能力。試驗方法：詳見《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》（SL264—2001）第83~85頁，試驗安裝見圖3。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、地質描述、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)巖體三軸強度試驗HohaiUniversity試驗目的：研究巖體在三向應力狀態(tài)所具有的抗壓強度。試驗方法：現場巖體三軸強度試驗采用等側壓狀態(tài)測定巖體 強度，詳見《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》 （SL264—2001）第85~89頁，試驗安裝見圖4

和圖5。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）、側向反力框架、測 量支架、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HohaiUniversity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、側向荷載、 軸向荷載、側向變形、軸向變形、試驗人員、試 驗日期等。技術問題：試件制備側壓的選取試件尺寸的確定頂部和側向摩擦力消除、加壓方式等。一、試件制備HohaiUniversity開挖支洞預留巖柱制備試件。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。軸向和側向采用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向壓力時，要有專用反力框架設備。二、加壓設備的選定三、側壓的選取綜合考慮巖體的初始應力和工程荷載所產生的側壓力及加壓設備出力的大小。四、試件尺寸的確定HohaiUniversity現場三軸試驗試件的尺寸需根據巖石強度、巖體的結構情況及加壓設備的能力確定。規(guī)程建議采用30cm×30cm×60cm~80cm×80cm×160cm?？紤]試件尺寸的同時，應考慮高寬比，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擦力。五、試件頂部和側向摩擦力六、加壓方式按比例加壓靜水壓力加壓HohaiUniversity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)加壓逐級一次反復循環(huán)加壓七、試驗成果的整理（彈性參數計算）彈性階段，用彈性方程計算巖體變形模量E、μ和K、G。非線彈性階段，用求導數法求E和μ。從工程實用角度出發(fā)，E和μ可采用靜水壓力以上的軸向應變橫向應變計算。八、單試件方法進行現場三軸試驗（了解，教材101頁）第六節(jié)巖體載荷試驗HohaiUniversity試驗目的：測定半無限巖體表面巖體所能承受的極限載荷。試驗方法：詳見《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》（SL264— 2001）第89~90頁，與剛性承壓板法巖體變形試 驗類似。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