巖體抗剪強度參數(shù)現(xiàn)場測試新方法及工程應用

1、ol.32 Supp.1Apr. 2011V第32卷增刊12011年4月巖 土 力 學Rock and Soil Mechanics© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidtol.32 Supp.1Apr. 2011V© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, htt

2、p:/'/ki.iidtol.32 Supp.1Apr. 2011V文章編號：1000- 7598 (2011)增刊 1-0779 08巖體抗剪強度參數(shù)現(xiàn)場測試新方法及工程應用王玉杰1，趙宇飛j曾祥喜2,徐佳成j劉立鵬3（1.中國水利水電科學研究院 巖土工程研究所，北京100048;2.中國水電顧問集團中南勘測設計研究院地質工程處，長沙410014 ； 3.中國地質大學 工程技術學院，北京100083）摘要：巖體抗剪強度參數(shù)的確定是進行巖體工程穩(wěn)定性分析中最基本和最重要的，也是最困難的一項工作。由于室內(nèi)和現(xiàn) 場試驗方法的局限性以及經(jīng)驗準則的人為性， 快速、簡易和較可靠確定巖

3、體抗剪強度參數(shù)的原位測試手段一直是巖石工程界 關注的熱點。采用引進美國生產(chǎn)的巖石鉆孔剪切儀，在實驗室混凝土空心圓柱體和向家壩水電站壩基巖體中進行了嘗試，取 得了有益的試驗成果。將主要從鉆孔剪切儀的工作原理、數(shù)值模擬分析和工程應用等幾方面對其進行全面的闡述和總結。試 驗成果和數(shù)值分析結果顯示，巖石鉆孔剪切儀是一種適用于軟巖中硬巖的原位試驗設備，其試驗成果總體鉆孔剪切試驗得到的c、?小于傳統(tǒng)三軸和直剪試驗成果，但鉆孔剪切試驗的？值在? <40°的范圍內(nèi)略低于傳統(tǒng)三軸和直剪試驗成，而鉆孔剪切試驗的c值較傳統(tǒng)三軸和直剪試驗的 c值降低較多，一般為 25%50%。關鍵 詞：鉆孔剪切試驗；

4、剪切強度；節(jié)理巖體；原位測試中圖分類號：TU 443文獻標識碼：AAn in-situ method for determ ining shear stre ngth parameters ofrock masses and its applicati onsLi-pe ng1 1 2 1WANG Yu-jie , ZHAO Yu-fei , ZENG Xiang-xi , XU Jia-cheng , LIU(1. Departme nt of Geotech ni cal Engin eeri ng, China In stitute of Water Resources and Hydr

5、opower Research, Beiji ng 100048, China;2. Department of Engineering Geology, Mid-South Design and Research Institute, China Hydropower Engineering Consulting Group Co., Changsha 410014, China;3. Faculty of Engin eeri ng Tech no logy, China Uni versity of Geoscie nces, Beijing 100083, China)Abstract

6、: The shear strength parameters of rock masses are generally most important and difficult to determine when performing stability analysis of rock works. Due to a large number of limitations existed in laboratory and in-situ experiments and uncertainties of empirical methods display, there has been a

7、 strong need to develop a new in-situ testing apparatus that can measure the shear strength parameters of rock masses in a quick and reliable way. Since a Rock Bore Shear Tester (RBST) made by Handy Geo. Instruments, Inc. was introduced by IWHR, a large number of laboratory and in-situ RBST experime

8、nts have been performed. The shearing mechanism, numerical simulation of RBST shearing process and its applications to Xiangjiaba dam site are presented. It can be found from the numerical analysis and in-situ testing results that RBST is applicable to soft and intermediate hard rock masses. The coh

9、esion and friction angle determined by RBST are generally less than those determined by tri-axial and direct shear tests. In addition, the interal friction angle ? determined by RBST is a little less than that determined by triaxial and direct shear tests when ? <40° and the cohesion c is co

10、nsiderably less than that determined by triaxial and direct shear tests by 25%-50%.Key words: rock borehole shear test; shear strength; jointed rock mass; in-situ testing© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidtol.32 Supp.1A

11、pr. 2011V© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidtol.32 Supp.1Apr. 2011V收稿日期：2010-12-15基金項目：“十一五”國家科技支撐計劃項目資助（ No. 2008BAB29B03-1-2 ）；中國水科院科研專項資助（No.巖集1006 0932）。第一作者簡介：王玉杰，男，1974年生，博士，教授級高工，主要從事邊坡穩(wěn)定分析和巖體工程風險等方面的研究和咨詢工作。E-ma

12、il:wangyj1引言巖體是賦存于一定地質環(huán)境中的地質體，由結 構面和其所切割的巖塊組成，它的抗剪強度特性是 由結構面和巖塊各自的特性共同決定的1 - 2。進行巖體工程穩(wěn)定性分析時確定合理的巖體抗剪強度參數(shù)是開展這項工作最基本和最重要的，也是最難的 一項工作。從根本上講，室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗是確 定巖體抗剪強度參數(shù)最可靠的手段，但由于室內(nèi)試 驗試樣尺寸局限性而導致代表性差，現(xiàn)場大剪和三 軸試驗昂貴、周期長等原因，實際應用中通常只能 做一定數(shù)量的室內(nèi)和現(xiàn)場試驗，再輔以地質工程師© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijih

13、ing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt增刊1王玉杰等：巖體抗剪強度參數(shù)現(xiàn)場測試新方法及工程應用781的經(jīng)驗來最終確定巖體分級和相應的抗剪強度參 數(shù)。鑒于試驗方法的上述局限性，促使國內(nèi)外巖石 力學專家從工程經(jīng)驗的角度去確定巖體的工程力學 特性參數(shù)，從而出現(xiàn)以RMR和GSI為基礎的Hoek-Brown經(jīng)驗方法，并在國內(nèi)外巖體工程力學特 性參數(shù)的估計方面得到了廣泛的應用3 - 7但經(jīng)驗方法終究以地質工程師的經(jīng)驗為主，存在很大的人為 因素。鑒于現(xiàn)有室內(nèi)和現(xiàn)場試驗方法的局限性以及經(jīng) 驗準則的人為性，巖石工程界一直沒有放棄尋找和

14、研究一種能快速、簡易和較可靠確定巖體，特別是 對軟中等硬度巖體抗剪強度參數(shù)的原位測試手 段，期望可以彌補現(xiàn)有現(xiàn)場大剪量少和室內(nèi)試驗試 樣易受擾動代表性差等問題。自美國愛荷華州州立大學1970年提出利用現(xiàn)場地質鉆孔進行孔內(nèi)原位直接剪切試驗的想法以 來，已于近期成功開發(fā)和研制了適用于軟中等硬度巖體的巖石鉆孔剪切儀(Rock Borehole ShearTest),并已在美國、日本等國家得到了初步應 用8- 9。我國在2006年修訂的工程地質手冊10 也明確提到了土體鉆孔剪切儀，并指出“其最大的 優(yōu)點是操作簡單，可重復性較高，鉆孔剪切試 驗目前在我國還尚未見有實用報道”。2009年，中國水利水電研究

15、院從美國引進了一 套巖石鉆孔剪切儀，并在實驗室混凝土空心圓柱體 和向家壩水電站壩基巖體中進行了嘗試，取得了有 益的成果。本文從鉆孔剪切儀的工作原理、剪切機 制的數(shù)值模擬和工程應用等方面進行了全面的闡述 和總結。2巖石鉆孔剪切儀及試驗方法2.1巖石鉆孔剪切儀工作原理巖石鉆孔剪切儀和其核心器件即剪切頭的結構 分別如圖1所示。與室內(nèi)和現(xiàn)場的直剪試驗原理類 似，巖石鉆孔剪切儀是在鉆孔內(nèi)某一深度將2塊對稱的帶有齒狀突起的剪切板壓入鉆孔孔壁內(nèi)，使剪 切板兩平行的齒狀凸起間形成一薄層巖片，然后通 過提拉與剪切板連接的鋼桿，實現(xiàn)嵌入齒狀凸起的 巖片與孔周圍巖的直接剪切破壞。該實驗可以看作 沿著這一薄層巖片(圖

16、 2中虛線部分)的強制直剪 破壞試驗。在巖石鉆孔剪切試驗中，如嵌于齒狀凸 起間巖片的面積為 A,作用于巖片上的法向力和連 桿的提拉力大小分別為 P和T,則作用在巖片上的 正應力和剪應力分別為d= P/A; t=T/2A(1)孔口千斤頂±1找平根密制手鉗(a)整體叮擴企活里叮鹿轉的卵切頭(b)剪切頭垸機構-/滑軌裝去竹巖石鉆孔剪切儀結構示意圖圖12.2試驗裝置巖石鉆孔剪切儀主要由剪切頭、法向力和剪切力(提拉力)的液壓控制裝置、提供提拉力的液壓 千斤頂和連桿以及油管等附屬部分組成。剪切頭是鉆孔剪切儀的核心部位，是由2塊有平行齒狀突起的弧形剪切板和可以帶動剪切板擴張 和回縮的活塞組成的，如

17、圖 3所示。剪切板大小為 2.5 cm X 2.0 cm其中沿鉆孔軸向長 2.5 cm。剪切板 上的齒狀凸起呈 災”型，高1 mm，角度為60o。兩 齒狀凸起沿鉆孔軸向平行，且相距 2.2 cm。這意味 著兩齒狀凸起間可嵌入的巖片（或單片剪切面積）的面積為2.2 cm X 2.0 cm圖3剪切頭Fig.3 Shear head液壓千斤頂主要用于給連接剪切頭的連桿施加 拉力，一般放置在孔口處，見圖4。由于剪切頭被封裝在帶孔的框架內(nèi)，剪切力是通過孔口提拉與這 一框架相連的連桿使框架底部的基座向上推壓剪切 頭從而施加剪切力。圖4提供提拉力的液壓千斤頂Fig.4 Hollow-ram jack tha

18、t pulls the shear head inRBST testing法向應力和剪應力控制裝置包括1臺手動液壓泵和2臺分別控制法向應力和剪應力的液壓表和法 向應力和剪應力力施加的轉換柄，見圖5。鉆孔剪切過程中的入巖法向應力和剪應力可以 通過控制臺上的液壓表分別讀取。當施加法向力使 剪切板上的齒狀凸起嵌入孔周巖體后，保持法向力 恒定。通過控制臺上轉換柄的切換，然后再施加剪 應力（提拉力），從而實現(xiàn)剪切板上嵌入的巖片與孔 周巖體的剪切作用。附屬裝置主要包括連桿、孔口固定裝置以及油管等。剪切頭在空中不同的深度可 通過增減連桿來實現(xiàn)。圖5法向力和剪切力控制裝置Fig.5 RBST console

19、contains hydraulic pump and valves, and gauges for monitoring normal and shearing stresses2.3試驗步驟巖石鉆孔剪切試驗的主要步驟主要有： 儀器檢查。檢查控制臺上的法向力和剪應力 測試儀表是否正常；連接桿和油路等連接部位是否 滿足試驗的要求；剪切頭上的剪切板的齒狀凸起是 否有磨損，是否可以自由轉動以及其他部件工作是 否正常。 鉆孔準備。目前剪切頭的外徑為76 mm，剪切板可伸出10 mm左右，用于鉆孔剪切試驗的鉆孔 直徑應在7890 mm 之間，以便使剪切板上的齒 狀凸起能充分壓（刺）入鉆孔孔壁形成巖片。

20、鉆孔孔壁應光滑完整，整個試驗孔段的平直率應小于 2%，對于具有塌孔危險的試驗孔段應先清潔孔壁浮 石，并采取必要的防護措施。 放置剪切頭到孔內(nèi)指定深度。掛好保險繩， 通過順序套桿直接使剪切頭到達指定的實驗位置。 剪切頭和入孔連桿及油管重量的測試。當剪切頭到達指定孔深后，記錄在僅對提升剪切頭與套 桿時的剪應力表讀數(shù)t，作為由于剪切頭和入孔套桿油管等引起的剪應力表的初始讀數(shù)。 施加座壓。首先將控制臺上的手柄轉向法向力側。根據(jù)巖體性狀，按照經(jīng)驗大致估計巖體的入 巖壓力F0，快速加壓至所預計的入巖壓力，等正壓 力表讀數(shù)降下來后對壓力進行調整，直至5 min內(nèi)正應力表讀數(shù)變化小于 0.5 MPa時，認為該

21、時剪切 頭已近完全嵌入鉆孔巖壁中。 施加法向力。對剪切頭施加法向力，正應力施加應該勻速緩慢施加到指定法向應力，5 min后調整法向應力，至5 min內(nèi)應力值變化小于 0.1 MPa 時認為正應力施加完成，并記錄該時正應力值（To施加剪應力。剪應力施加可按照5 MPa/mi n © 194-2011 Chirui Acadennic Jaumal Eletrunic Publishing HousCj All riglits reserved, hllp:www.(inki tiel#巖 土 力 學2011 年的速率緩慢施加，直至巖體破壞，終止試驗，記錄 下在此過程中的最大剪應力作為巖

22、體破壞峰值剪應 力T以及最后的殘余剪應力讀數(shù) tT。 回縮剪切板。完全卸壓施加在剪切頭上的法 向力與剪切力，并縮回剪切頭。 提升剪切頭。逐級卸掉套桿，提升時要保證 保險套的正確使用。 對剪切頭上殘留的巖屑進行描述，然后對剪 切頭進行清理，以備進行下次試驗。重復，進行同一深度不同位置或下一 深度的鉆孔剪切試驗。2.4試驗成果整理辦法在一定法向應力作用下齒狀凸起，首先楔入孔 壁巖體并會引起凸起附近局部巖體破碎。當在法向 應力水平下逐漸增加剪切應力，齒狀凸起間巖片就 會沿圖2所示的虛線或者附近部位近直線剪切破 壞。對于每一級法向荷載，控制臺的正應力表記錄 為作用于兩平行齒狀凸起間嵌入的巖片的法向應力

23、（T ,它等于法向活塞的擴張力P除以單個剪切板有效面積A。鉆孔剪切試驗中的作用于巖片上的峰值 和殘余剪應力 t和T應為剪應力表上所記錄的峰 值和殘余剪應力讀數(shù) T和T減去t，即00/ c、T = Tp - T ； T = T - T（2） 切板是經(jīng)過大量試驗優(yōu)化得到的，它的入巖和剪切 破壞機制可歸納為（1）在入巖壓力P0的作用下，齒狀凸起楔入 孔壁圍巖內(nèi)，并在齒狀凸起周邊的巖體發(fā)生破壞，其破壞機制可用塑性破壞理論加以解釋（見圖7）,入巖壓力可用經(jīng)典的地基承載力公式計算11 -1或 參考表18。圖7塑性破壞理論中齒狀凸起周邊的破壞區(qū)域Fig.7 Failure mode of the area

24、nearby carbide-insert shear plates表1不同類型巖石的入巖壓力Table 1 Suggested searing pressure values for different rock types巖體類型?/(°C/ MPa最小貫入壓力（Tn/ MPa軟質頁巖100.690.86中等硬度頁巖103.454.31硬質頁巖106.908.62粉砂巖、煤206.9015.38砂巖、灰306.9031.17硬質灰?guī)r35 10.3446.75裂縫硬巖500.6927.58© 1 94-201 I China Academic Journal Electr

25、onic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt#巖 土 力 學2011 年當單點的巖石鉆孔剪切試驗完成，由于剪切板© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt#巖 土 力 學2011 年沿孔壁切向的弧長約為鉆孔周長的1/10，因此可以通過旋轉剪切頭大約 45°的方式，如圖6所示。圖6剪切頭在鉆孔同一深度的

26、布置示意圖Fig.6 Layout of shear head at the same depth在同一鉆孔同一深度作4次不同法向應力的剪切實驗，繪制4點t與廳的散點圖，通過最小二乘 法或其他數(shù)據(jù)擬合方法繪制線性摩爾-庫侖強度包 線，得到這一深度處巖體的C、?值。3巖石鉆孔剪切試驗中巖體的破壞機 制的數(shù)值模擬3.1巖石鉆孔剪切儀的剪切機制8根據(jù)文獻8,圖2所示的兩平行齒狀凸起的剪（2）在保持法向P （大于F0 ）恒定的條件下， 逐漸增大提拉力或剪切力，強迫齒狀凸起間嵌入的 巖片沿圖2所示的虛線發(fā)生強制剪切破壞。根據(jù)目 前的研究成果，剪切頭向上位移12 mm時剪切力 即可達到峰值。3.2剪切機制

27、的數(shù)值模擬為進一步了解巖石鉆孔剪切試驗的剪切機制， 本節(jié)應用數(shù)值分析手段對這一問題進行了深入探 討。在后續(xù)的數(shù)值模擬分析中只關注剪切板上的齒 狀凸起入巖后的剪切機制，不對其入巖機制進行分 析。3.2.1建立模型如圖1所示，剪切頭具有對稱結構，在剪切機 制的FLAC3D的數(shù)值模擬中，只分析一半鉆孔和一 個剪切板，并按照 1:1的比例建模。實際模型是外 圍直徑 D = 375 mm，內(nèi)徑 d = 76 mm，高 h = 400 mm 的空心圓柱體，剪切頭位于空心圓柱體的正中部 位，按實際尺寸進行模擬，如圖8所示。在數(shù)值分析中，x為鉆孔切向方向；y為鉆孔軸向，向上為正； z為鉆孔徑向。模型中共包含3

28、7 875個單元，42 554 個節(jié)點。© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt#巖 土 力 學2011 年© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt增刊1王玉杰等：巖體抗剪強度參數(shù)現(xiàn)場測試新方法及工程應用783(

29、a)整體模型(b)剪切頭構造圖9作用于剪切板上的力的模擬Fig.9 Simulation of normal and shear stresses acting on the shear plate材料彈性模量E/GPa泊松比U凝聚力c/ GPa內(nèi)摩擦角©/( °)抗拉強度珥 /MPa鋼20000.2圍巖800.31.0371.5表2物理力學參數(shù)Table 2 Physico-mechanical parameters of steel and rock mass(b)剪應力為3 MPa(c)剪應力=4.81 MPa圖10沿徑向縱剖面上的塑性形分布情況Fig.10 Plas

30、tic zone developed in cross-section A-A圖8巖石鉆孔剪切儀試驗數(shù)值分析模型Fig.8 A numerical mode to simulate RBSTshearing mechanism3.2.2物理力學參數(shù)在鉆孔剪切試驗數(shù)值模擬中，剪切頭按彈性材 料考慮，而圍巖采用理想彈塑性材料，并服從 Mohr-Coulomb屈服準則。剪切頭和圍巖的物理力 學參數(shù)如表2所列。3.2.3邊界條件模型上下端及外側壁采用 x、y、z方向全約束。 為了解剪切板在一定法向應力作用下隨著剪應力(提升力)逐漸增大，齒狀凸起間巖片屈服、破裂 的發(fā)生和發(fā)展過程，在數(shù)值模擬中對剪切板徑

31、向方 向施加均布壓應力，以模擬現(xiàn)場試驗中的法向應 力，在剪切板下部施加均布荷載，以模擬液壓裝置 的提拉作用，如圖9所示。3.3剪切機制模擬分析圖10為作用于剪切板上的法向應力為 5 MPa 剪切面上不同剪應力時沿鉆孔徑向縱剖面 A-B上的 塑性區(qū)。© 1I I China Academic Journal Electronic 卩uhliiihii世 Huuse. All righh reserved, http:/'/wwtvA'nki Jidt增刊1王玉杰等：巖體抗剪強度參數(shù)現(xiàn)場測試新方法及工程應用785圖11為這一剖面上的剪應變的情況。剖面A-B示意位置見圖8(

32、a)。從圖10可以看出，隨著剪應力 的不斷增大，剪切板與圍巖接觸處周邊的塑性區(qū)向 上和向深處不斷發(fā)展，當剪應力達到屈服值4.81MPa時，塑性區(qū)面積達到最大且剪切板y方向(鉆孔軸向)位移出現(xiàn)不收斂的情況。這一趨勢也可以 從剪切板與圍巖接觸處巖體剪應變的變化看出(見 圖11)。當剪應力為3 MPa時，剪切板與圍巖接觸 處的剪應變?yōu)?0-3量級，而當剪應變達到屈服值后， 剪應變達到了 10-2量級，且集中成片狀，說明剪切 面已經(jīng)形成并達到屈服。(a)剪應力為1 MPa河組的河湖沼澤相沉積的砂巖、泥巖夾煤線地層， 巖性巖相變化大，交錯層理發(fā)育。廠房壩段的典型 地質剖面如圖12所示。利用巖石鉆孔剪切儀

33、對廠 房壩段和泄水壩段的泥質粉砂巖、砂巖和黑色泥巖 共進行了 17個孔近50余組的鉆孔剪切試驗13。這 里僅介紹泥質粉砂巖和黑色泥巖的部分成果。試驗 位置如圖13所示。4.2鉆孔剪切試驗成果(1) 泥質粉砂巖在廠房壩段利用大壩基巖灌漿檢測孔，進行了2孔3組泥質粉砂巖的鉆孔剪切試驗，鉆孔中直剪 試驗深度、各級法向應力o和峰值剪切應力T以及強度c和f值如圖13所示。(2) 黑色泥巖利用泄水壩段消力塘編號為RBX-2,對孔口以下5m范圍的黑色泥巖進行了9組試驗，其中4組試驗的直剪試驗深度、各級o和T C、f值如圖14所示。該處泥巖為河湖沼澤相，局部見植物莖葉化 石、硬質結核。鉆孔RBX-2為斜孔，孔

34、斜大概為:-B p I nil=DSDESB-1111圖12向家壩廠房壩段地質剖面圖Fig.12 Typical geological profile of powerhouse section(b)剪應力為3 MPa圖11沿徑向縱剖面上的剪應變分布情況Fig.11 Distribution of shear strain increment alongcross-section A-AiT應力 u.; MPa圖13泥質粉砂巖鉆孔剪切試驗成果Fig.13 RBST testing results for muddy siltstone瓷氓J二邏g4工程實例4.1試驗部位主要工程地質條件向家壩水

35、電站壩址分布主要為三迭系上統(tǒng)須家4.3試驗成果分析由圖13、14和表3可知，不論是泥質粉砂巖還是 黑色泥巖，巖石鉆孔剪切試驗得到c值離散性大于f值的離散性；鉆孔剪切試驗得到的 f值與地質建 議值接近，且略小，但 c值大于地質建議值，且幅80o。度較大；在應用巖石鉆孔剪切試驗用于工程實踐 時，還應進行不同巖性、 不同硬度巖體的大量試驗, 才能得到巖石鉆孔剪切試驗成果的可靠的應用原 則。由于巖石鉆孔剪切試驗具有快速、方便，能在 短時間得到大量的試驗數(shù)據(jù)，從這一角度上講它具 有很好的工程應用前景。圖14黑色泥巖鉆孔剪切試驗成果Fig.14 RBST testing results for black

36、 mudstone表3巖體強度參數(shù)對比表Table 3 Comparison of strength parameters determined by different methods巖 性巖石鉆孔剪切試驗地質建議值單軸飽 和抗壓 強度/MPacc均值/MPa/MPaf f均值c/MPa泥質砂巖1.25 2.10 1.610.64 0.67 0.650.70.9 0.800.9322.27黑色 泥巖0 2.63 0.6820.28 0.58 0.440.30.6 0.550.758.28注：1.泥質砂巖巖石鉆孔剪切試驗組數(shù)共3組，共計13個試驗點2.黑色泥巖巖石鉆孔剪切試驗組數(shù)共 48組，共

37、計197個試驗點。5關于巖石鉆孔剪切試驗使用范圍的 討論由于巖石鉆孔剪切試驗主要靠剪切板上的災型凸起擠壓位于兩凸起間的薄層狀巖片與孔周圍巖 的強迫直剪，因此，入”型凸起材料的強度直接決定了巖石鉆孔剪切儀的適用范圍。目前巖石鉆孔剪 切儀的剪切板主要用高強工具鋼制成，根據(jù)現(xiàn)有的 應用經(jīng)驗8, 13，巖石鉆孔剪切試驗適用的巖石為軟 巖中等硬度的巖石，巖石的單軸抗壓強度不大于 80 MPa為宜。對于鉆孔剪切試驗得到的c、0與傳統(tǒng)的三軸和直剪試驗成果的關系，美國和日本已進行了一些 研究，總體上講鉆孔剪切試驗得到的C、0小于傳統(tǒng)三軸和直剪試驗成果，但鉆孔剪切試驗的0值在0 <40 °的范圍

38、內(nèi)略低于傳統(tǒng)三軸和直剪試驗成果， 而鉆孔剪切試驗的c值較傳統(tǒng)三軸和直剪試驗的c值降低較多，一般為 25%50%。但它們之間相對 準確的關系還需進一步研究。6結論(1) 巖石鉆孔剪切儀是一種用于確定軟巖到 中硬巖的峰值和殘余強度的原位剪切設備。它可以在7680 mm鉆孔中進行試驗，鉆孔和剪切面可以 按設計的空間方位布置，從而可以較容易測定巖體 抗剪強度參數(shù)的空間變異特性。(2) 巖石鉆孔剪切儀由于試驗時間間隔距離 小，試驗精度好，并可以通過轉動剪切頭的方式在同一鉆孔同一深度得到4個不同的試驗數(shù)據(jù)點，因此可以在較短時間和較小范圍內(nèi)得到大量的試驗數(shù) 據(jù)，并可以應用統(tǒng)計方法來確定巖石的強度。(3) 根

39、據(jù)目前一些試驗經(jīng)驗，鉆孔剪切試驗得到的c、?小于傳統(tǒng)三軸和直剪試驗成果，但鉆 孔剪切試驗的？值在？ < 40 °的范圍內(nèi)略低于傳統(tǒng) 三軸和直剪試驗成，而鉆孔剪切試驗的c值較傳統(tǒng)三軸和直剪試驗c值降低較多，一般為25%50%。參考文獻1 谷德振.巖土工程地質力學基礎M.北京：科學出版 社,1979.2 張有天，周維垣.巖石高邊坡的變形與穩(wěn)定M.北京: 中國水利水電出版社,1999.3 HOEK E, BROWN E T. Empirical strength criterion forrock massesJ. J. Geotech. Engng. Div., ASCE , 19

40、80,(9) : 1013 - 1035.4 HOEK E., WOOD D, Shah S. A modified criterion for jointed rock massesC/Proceedings of the International ISRM Symposium on Rock Characterization, Eurock 92. London: Brit. Geotech. Soc., 1992: 209 -214.5 HOEK E., KAISER P K., BAWDEN W F. Support of underground excavations in har

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45、reserved, http:/'/ki.iidt增刊1王玉杰等：巖體抗剪強度參數(shù)現(xiàn)場測試新方法及工程應用#上接第724頁© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt增刊1王玉杰等：巖體抗剪強度參數(shù)現(xiàn)場測試新方法及工程應用#© 1 94-201 I China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt增刊1王玉杰等：巖體抗剪強度參數(shù)現(xiàn)場測試新方法及工程應用#9 湯雷，趙海云，陸士良.巷道圍巖變形破壞過程中錨固 力的變化規(guī)律J.巖土工程學報,1998, 20(6): 22 25.TANG Lei, ZHAO Hai-yun, LU Shi-liang. Variation of anchoring force during the course