現(xiàn)場(chǎng)巖體直剪切驗(yàn)

1、 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，即巖體抵抗剪切破壞的能力。也就是說(shuō)，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，稱該剪切面在此法向應(yīng)力下的抗剪強(qiáng)度?，F(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)可分為三類：（1）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)；（3）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：（1）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)；（2）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)；（3）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)。 從而根據(jù)庫(kù)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

2、），抗切強(qiáng)度。如圖81所示：三、現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)的目的三、現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)的目的 可確定巖體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)和剪切剛度系數(shù)。 由于試驗(yàn)尺寸大且在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，能把巖體的非均質(zhì)性及軟弱結(jié)構(gòu)面對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響更真實(shí)地反映出來(lái)，比室內(nèi)巖塊試驗(yàn)更符合實(shí)際情況。 1巖體本身直剪試驗(yàn) 巖體本身直剪試驗(yàn)是為測(cè)定在外力作用下，巖體本身的抗剪強(qiáng)度和變形的試驗(yàn)。在驗(yàn)算壩基、壩肩、巖質(zhì)邊被及地下洞室圍巖等巖體本身可能發(fā)生剪切失穩(wěn)時(shí)，可采用本試驗(yàn)方法。 目前，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(guó)內(nèi)外最為通用的直剪試驗(yàn)。2巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn) 是測(cè)定巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度和變形

3、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(cè)定現(xiàn)場(chǎng)混凝土與巖體之間(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)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)。 混凝土與巖體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)在現(xiàn)場(chǎng)可以有各種不同的布置方案，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)和斜推法試驗(yàn)，如圖82。4巖體現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn) 巖體現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)是為確定地基破壞時(shí)的極限

4、荷載所做的試驗(yàn)。它可以為工程設(shè)計(jì)提供巖體地基的允許承載力數(shù)據(jù)。通常只有半堅(jiān)硬及軟弱巖體才做此項(xiàng)試驗(yàn)。該試驗(yàn)原理及方法與土體載荷試驗(yàn)基本相同，一般與巖體變形試驗(yàn)結(jié)合在一起進(jìn)行。 上述幾種現(xiàn)場(chǎng)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。根據(jù)庫(kù)侖定律（1776），有：式中，f剪切破壞面上的剪應(yīng)力（kPa），即巖土體的抗剪強(qiáng)度；破壞面上的法向應(yīng)力（kPa）； C巖土體的內(nèi)聚力（kPa）；巖土體的內(nèi)摩擦角（）；依據(jù)所測(cè)得的f可推求出相應(yīng)的C、值。tanCf依據(jù)所測(cè)得的f可推求出相應(yīng)的C、值。（1）

5、平推法法向應(yīng)力：P/F切向應(yīng)力：=q/F（2）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。一、設(shè)備組成一、設(shè)備組成1試體制備系統(tǒng)手風(fēng)鉆（或切石機(jī)）、模具、人工開(kāi)挖工具各1套。2加荷系統(tǒng)（1）液壓千斤頂，2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；（2）油壓泵（附壓力表、高壓油管、測(cè)力計(jì)等），2臺(tái)；手搖式或電動(dòng)式，對(duì)千斤頂供油用。 3傳力系統(tǒng)（1）高壓膠管，若干(配有快速接頭)，輸送油壓用；（2）體力柱：無(wú)縫鋼管一套，要求鋼管必須有足夠的剛度和強(qiáng)度；（3）鋼墊板：用45鋼制成，一套，其面積可

6、根據(jù)試體尺寸而定；（4）滾軸排：一套，面積根據(jù)試體尺寸而定。4測(cè)量系統(tǒng)（1）壓力表：精度為一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)壓力表一套，測(cè)油壓用；（2）千分表：812只；（3）磁性表架：812只；（4）測(cè)量表架：工字鋼2根；（5）測(cè)量標(biāo)點(diǎn)：有機(jī)玻璃或不銹綱。5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，直接利用巖體承擔(dān)反力；若在井巷、露天場(chǎng)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，一般是打地錨。6輔助系統(tǒng)（1）安裝工具一套；（2）澆搗混凝土工具一套；（3）照像設(shè)備一套。 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，先安裝法向荷載系統(tǒng)，后安裝切向荷

7、載系統(tǒng)，見(jiàn)圖83。 1安裝垂直加荷系統(tǒng) 在試體頂面鋪以一層橡皮板或砂漿地層，墊層上放傳壓鋼板，并用水平尺找平，然后依次放置：滾軸排、鋼墊板、液壓千斤頂、傳力柱和頂部鋼墊板等(滾軸排視具體情況也可放于頂部)。 整個(gè)垂直加荷系統(tǒng)必須與剪切面垂直，垂直合力應(yīng)通過(guò)剪切面中心。 2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剪切面的夾角一般為1217，一般用15。使千斤頂?shù)妮S線穿過(guò)剪切面中心，力爭(zhēng)剪切面受力均勻。 安裝水平千斤頂時(shí)須嚴(yán)格定位，水平推力應(yīng)通過(guò)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)控制在試件邊長(zhǎng)（巖剪切方向）的5以內(nèi)，試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)此距離進(jìn)行實(shí)測(cè)記錄，供

8、資料分析用。3布置安裝測(cè)表（1）混凝土試體兩側(cè)靠近剪切面的四個(gè)角點(diǎn)處，布置水平向和垂直向測(cè)表各四只，測(cè)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(cè)量絕對(duì)位移和相對(duì)位移的測(cè)表；（3）測(cè)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(jiǎn)支梁形式；（4）支架固定后安裝測(cè)表。 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 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)提供依據(jù)。具體內(nèi)容包括：（1）試驗(yàn)地段開(kāi)挖、試體制備方法及出現(xiàn)的問(wèn)題；（2）試點(diǎn)編號(hào)、位置、尺寸；（3）試段編號(hào)、位置、高程、方位、深度、硐室斷面形狀和尺寸；

9、（4）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；（7）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；（8）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、試體展示圖等。 2試點(diǎn)的選擇及整理（1）選試點(diǎn) 同一組試體(不少于5塊)，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(zhǎng)，以免受力后變形互相影響。（2）試點(diǎn)整理 在所選試點(diǎn)上，對(duì)硐頂

10、板及斜向(或水平)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(zhǎng)的12內(nèi)(沿推力方向)，試體范圍外起伏差約為試體邊長(zhǎng)的10。(平推法同時(shí)開(kāi)挖放置水平千斤頂?shù)牡目硬?。 3澆注混凝土試體 根據(jù)巖土工程勘察規(guī)范（GB500212001）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)量不宜少于5個(gè)，并盡可能處在同一高程。（2）試體剪切面積不宜小于2500cm2，邊長(zhǎng)不宜小于50cm，試體高度不宜小于邊長(zhǎng)的2/3，試體間距應(yīng)大于1.5倍試體最短邊長(zhǎng)。（3）試體的推力部位應(yīng)留有安裝千斤頂?shù)淖銐蚩臻g，平推法應(yīng)開(kāi)挖千斤頂槽。（4）在試驗(yàn)之前，先測(cè)定

11、混凝土的強(qiáng)度，以供試驗(yàn)分析資料用。（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)。（6）試驗(yàn)的布置方案一般如圖84所示：圖84 巖體現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)布置方案當(dāng)剪切面水平或接近水平時(shí)，采用abcd方案；當(dāng)剪切面較陡時(shí)（如軟弱結(jié)構(gòu)面），采用ef方案。1斜推法試驗(yàn)（1）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

12、正應(yīng)力的處理問(wèn)題，即在剪切過(guò)程中，剪切面上的正應(yīng)力是保持常數(shù)還是變數(shù)的問(wèn)題。國(guó)外對(duì)這個(gè)問(wèn)題持不同看法。在國(guó)內(nèi)，大致采用以下三種方式來(lái)處理： 1）隨著斜向荷載的施加，同步減小垂直壓力表讀數(shù)，使剪切面上的正應(yīng)力在整個(gè)剪切過(guò)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)(實(shí)際上垂直壓力表讀數(shù)在增加)，此時(shí)剪切面上的正應(yīng)力是變數(shù)。3）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)力也是變數(shù)。 (1) 種方法，稱之為常正應(yīng)力法；(2)、(3)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)力條件比較復(fù)雜，而且作出的剪應(yīng)力剪位移曲線

13、圖形失真，對(duì)試驗(yàn)成果的整理和分析都帶來(lái)困難。故現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定為按常正應(yīng)力法試驗(yàn)。 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)顧利進(jìn)行。 （2）施力公式推導(dǎo)1）應(yīng)力計(jì)算法向應(yīng)力：P/FQsin/Fpqsin（記P/Fp，Q/F=q）切向應(yīng)力：= Qcos/F qcos2) 最大單位推力qmax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)的最大單位推力qmax，從而計(jì)算出斜向總荷載Q。據(jù)此，可在試驗(yàn)過(guò)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(kù)侖公式： CqmaxtancosCqmaxcostan 只要預(yù)估出剪切面上的f（摩擦系數(shù)，ta

14、n）、C值，15，也可給定，即可計(jì)算qmax。然后乘以剪切面積F就是Qmax，按Qmax分級(jí)加載試驗(yàn)。3）同步加減荷載計(jì)算 在試驗(yàn)過(guò)程中，為了保持剪切面上的正應(yīng)力為常數(shù)，因此逐級(jí)施加q的同時(shí)，須同步成少p值。同步加減的荷載按下式計(jì)算：由pqsin，得出： pP/Fqsin4）最小正應(yīng)力min的確定 為了避兔試驗(yàn)過(guò)程中p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min值。為使在剪切時(shí)p0，即：qsin0在極限狀態(tài)下，還應(yīng)滿足：Cqtancos建立聯(lián)立方程組 qsin0 解得 CqtancostanctginCm 把根據(jù)試體實(shí)際情況估計(jì)的剪切面的f、C值、15，代入上式，即可計(jì)算出剪切面

15、上所需施加的min值。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)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)，同樣全出現(xiàn)P值不夠減的情況。 2平推法試驗(yàn) 不需要減少P值，但試驗(yàn)前，也要對(duì)剪切荷載進(jìn)行估算。在極限平衡狀態(tài)下，剪切面上的應(yīng)力條件符合莫爾庫(kù)侖公式： ，得 如果根據(jù)巖性、構(gòu)造等條件，預(yù)估出f、C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)過(guò)程中分級(jí)施加。 CtanFQmaxFC)tan(Qmax1儀器的標(biāo)定、檢測(cè) 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)對(duì)應(yīng)

16、關(guān)系。檢查各測(cè)表的工作狀態(tài)，測(cè)讀初始讀數(shù)。 2施加垂直荷載1）在每組(45個(gè))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45級(jí)施加其垂直荷載。加載用時(shí)間控制，每隔5分鐘加一次，加荷后立即讀數(shù)，5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5分鐘讀一次數(shù)，當(dāng)連續(xù)兩次垂直變形之差小于0.01mm，即認(rèn)為穩(wěn)定，可以施加水平荷載。3施加剪切荷載1）以時(shí)間控制：開(kāi)始按最大剪切荷載的10分級(jí)施加。隔5分鐘加荷一次，每級(jí)荷載施加前后各測(cè)讀變形一次。當(dāng)所加荷數(shù)引起的水平變形大于前

17、一級(jí)的1.52倍時(shí)，剪切荷載減至按5施加，直至剪斷，臨近剪斷時(shí)，應(yīng)密切注視和測(cè)記壓力變化情況及相應(yīng)的水平變形(壓力與變形應(yīng)同步觀測(cè))，整個(gè)剪切過(guò)程中，垂直荷載須始終保持常數(shù)。2）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三次測(cè)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。 從目前資料看，對(duì)剪切荷載的施加，國(guó)外大部分采用變形控制法。國(guó)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(lái)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)。4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、試體編號(hào)、試體位置、試驗(yàn)方法、混凝土的強(qiáng)

18、度、剪切面面積、測(cè)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。（2）試驗(yàn)過(guò)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。（3）試驗(yàn)結(jié)束后，翻轉(zhuǎn)試體，測(cè)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、方向及長(zhǎng)度，繪出素描圖及剖面圖，并照相。 無(wú)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。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。1繪制剪應(yīng)力水平位移及剪應(yīng)力垂直位移曲線，確定比例極限、屈服極限、峰值

19、強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度，確定曲線破壞類型(圖86)。也可以只繪制不同正應(yīng)力下剪應(yīng)力與剪切變形(水平變形)關(guān)系曲線(圖87)。2視需要，繪制正應(yīng)力垂直位移關(guān)系曲線(v曲線)，剪應(yīng)力時(shí)間(t)曲線，時(shí)間垂直位移剪位移（tvu)曲線。 3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，分析各階段剪切特征值(剪脹角、剪切剛度等)。 4繪制關(guān)系曲線。按庫(kù)侖表達(dá)式求出凝聚力C和摩擦角，圖88。 5分析剪切破壞機(jī)理。資料整理見(jiàn)表82，表83。 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 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

20、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）的斜率及其在縱軸上的截距，確定摩擦系數(shù)tan和凝聚力C。2最小二乘擬合法 通過(guò)已知數(shù)據(jù)，用最小二乘法擬合成一條直線，即： ，利用最小二乘原理，可計(jì)算出參數(shù)C和tan。 tanCf按下式確定：式中，ks是一定剪應(yīng)力下的剪切位移（水平位移），由us曲線可確定。 ssuk1試體尺寸的影響 巖體是含有節(jié)理、裂隙、層面和斷層等要素的地質(zhì)體。一般認(rèn)為，試體應(yīng)具有一定數(shù)量的裂隙條數(shù)(100條到200條），或其邊長(zhǎng)大于裂隙平均間距的520倍。結(jié)合國(guó)際巖石力學(xué)建議方法和國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定如下：一般巖體，試體為70cm70cm70cm；對(duì)完整堅(jiān)硬巖石，試體為50

21、cm50cm50cm，試體受壓剪切面積大于2500cm 2 。2剪切面平整度對(duì)抗剪強(qiáng)度有重要影響。 結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定制備的剪切面，其起伏差不大于剪切方向邊長(zhǎng)的12。3在制備試體時(shí)，若軟弱結(jié)構(gòu)面或軟弱巖石受到擾動(dòng)，則將嚴(yán)重影響測(cè)定成果。因此，在制備過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格防止擾動(dòng)試體，才能取得可信的試驗(yàn)結(jié)果。4剪切過(guò)程中，垂直壓應(yīng)力保持常量并盡量使其均勻分布；平推法的剪力作用線與剪切面間存在偏距，加大了垂直壓應(yīng)力的分布不均，影響測(cè)定成果。因此，規(guī)定試驗(yàn)中偏距應(yīng)嚴(yán)格控制在剪切面邊長(zhǎng)的5以內(nèi)。5直剪試驗(yàn)的剪力施加速率有快速、時(shí)間控制和剪切位移控制三種方式。國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)表明，在屈服點(diǎn)以前，時(shí)間控制法和位移控制法

22、得到的結(jié)果是一致的；但在之后，位移持續(xù)發(fā)展，按位移就很難控制剪力施加速率，而采用時(shí)間控制就便于掌握。 一、概述一、概述 巖體的穩(wěn)定性，往往取決于其中的結(jié)構(gòu)面，尤其是軟弱結(jié)構(gòu)面的件質(zhì)、分布及組合規(guī)律，以上論點(diǎn)，已為近外來(lái)國(guó)內(nèi)外的理論和實(shí)踐所證實(shí)。在某些情況下，研究軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度比研究混凝土與巖體之間的抗剪強(qiáng)度更為重要。國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)把巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪試驗(yàn)定為重力壩、拱壩、其他大型建筑物、天然和人工邊坡、大型地下結(jié)構(gòu)等祥勘階段必須進(jìn)行的項(xiàng)目。 巖體軟弱結(jié)構(gòu)面(以下簡(jiǎn)稱弱面)的抗剪強(qiáng)度，是指在外力作用下，軟結(jié)構(gòu)面具有抵抗剪力的能力，即剪切破壞時(shí)的最大剪應(yīng)力值。 試驗(yàn)的目的是測(cè)定巖體沿弱

23、面的抗剪強(qiáng)度和變形，為評(píng)價(jià)壩基、壩肩、地下結(jié)構(gòu)圍巖、巖質(zhì)邊坡等沿弱面的抗滑穩(wěn)定提供抗剪強(qiáng)度計(jì)算參數(shù)和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，并研究巖體沿弱面的變形和破壞規(guī)律。 根據(jù)弱面的工程地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)要求和試驗(yàn)條件，應(yīng)盡且采用方形試體試驗(yàn)方案，對(duì)高傾角弱面，若采用上述方案確有困難時(shí)，可考慮用楔形體試驗(yàn)方案。 方形試體(包括平推或斜推)直剪試驗(yàn)的基本原則、方法步驟與混凝土接觸面試驗(yàn)相同。 (一) 軟弱結(jié)構(gòu)面方形試體直剪試驗(yàn)1探明弱面的部位和產(chǎn)狀，此項(xiàng)工作可在開(kāi)硐時(shí)，結(jié)合開(kāi)挖，用風(fēng)鉆探明。2在探明的弱面部位，切割出一個(gè)突出的方形巖柱作為試體，試體剪切面面積不小于2500cm2，最小邊長(zhǎng)不宜小于50cm，試體高度不宜

24、少于最小邊長(zhǎng)的一半。試體可用切石機(jī)或風(fēng)鉆切割。制備試體時(shí)以不擾動(dòng)弱面的天然結(jié)構(gòu)為原則。對(duì)于粘土軟弱夾層，應(yīng)采取錨固措施，以免在開(kāi)挖、制樣過(guò)程中發(fā)生膨脹或擾動(dòng)。3為防止試體在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生破裂及便于安裝，應(yīng)在其頂面及四周澆注加筋混凝土保護(hù)套或套以鋼套，保護(hù)套底部放置在預(yù)定剪切面以上。4試體制備好以后，對(duì)非粘性軟弱夾層及無(wú)充填的天然裂隙面，一般應(yīng)浸水一周以上；對(duì)粘土軟弱夾層，除另有規(guī)定外，應(yīng)盡可能保持其天然含水量。(二)軟弱結(jié)構(gòu)面楔形體直剪試驗(yàn)1沿弱面的走向布置試硐，使弱面位于試硐一側(cè)。2盡可能利用切石機(jī)加工試體，無(wú)條件時(shí)可先把試體正面(直立面)大體加工平整?？坛?5cm深的導(dǎo)向槽，再沿導(dǎo)向槽切割

25、一水平槽，使之達(dá)到弱面；用同樣的方法和順序切割豎直槽和底槽。3在切割好的試體正面及頂面上，按不同方案的要求澆注混凝土層(必要時(shí)加放鋼筋網(wǎng))。 儀器設(shè)備安裝見(jiàn)圖89。 (一)軟弱結(jié)構(gòu)面方形試體直剪試驗(yàn) 1對(duì)于無(wú)充填或非粘性土充填的弱面，試驗(yàn)步驟同前。 2對(duì)有粘件土充填的夾層，試驗(yàn)方法如下： (1) 最大垂直應(yīng)力的確定。一方面應(yīng)盡可能依據(jù)設(shè)計(jì)應(yīng)力的大??；另一方面，更主要的是要視具體情況，以不擠出夾層為限。試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)密切注視，從小到大逐級(jí)施加垂直荷載。整個(gè)過(guò)程中，注意夾層的交化情況。（2）對(duì)每個(gè)試休施加的垂直應(yīng)力應(yīng)分45級(jí)。加荷以時(shí)間控制，間隔5分鐘施加一次，施加前后都須測(cè)度變形數(shù)據(jù)，在最后一級(jí)壓力

26、下，要求達(dá)到變形相對(duì)穩(wěn)定。 （3）逐級(jí)施加水平荷載，每隔10分鐘讀數(shù)一次，直至某一10分鐘內(nèi)，變形小于0.1mm/min時(shí)，可認(rèn)為穩(wěn)定。加荷前后均須測(cè)記水平位移。對(duì)低塑性?shī)A層，按最大預(yù)估剪切荷載的10分級(jí)、等量、均速施加；對(duì)高塑性粘土，按5分級(jí)等量施加。（4）剪斷后，測(cè)出在大致相等的剪應(yīng)力作用，不斷發(fā)生大位移（11.5cm以上）時(shí)的殘余抗剪強(qiáng)度，然后將水平千斤頂分45級(jí)退荷至零，觀測(cè)回彈變形。（5）根據(jù)需要，調(diào)整各項(xiàng)設(shè)備和儀表，按同樣方法進(jìn)行抗摩擦試驗(yàn)。（6）對(duì)粘性土軟弱夾層，試驗(yàn)前后均需取樣進(jìn)行含水量、容重、液塑限、顆粒分析等室內(nèi)試驗(yàn)。 (二)軟弱結(jié)構(gòu)面楔形體直剪試驗(yàn)1第一方案試體布置及受力如圖810所示。 本方案適用于剪切面上的正應(yīng)力較大的情況。試驗(yàn)過(guò)程中剪切面上的正應(yīng)力應(yīng)始終保持為常數(shù)，要求在逐級(jí)施加剪切荷載的同時(shí)降低法向荷載，使試體產(chǎn)生向下的滑動(dòng)破壞。試驗(yàn)步驟與方形試體平推法基本一致。（1）首先在試體上同步施加P和Q荷載，保持剪切面上的剪應(yīng)力為零，正應(yīng)力為某一預(yù)定值，在此條件下： xy式中，x、y、分別為作用于試體垂直面上、水平面上、剪切面上的法向應(yīng)力。作用于垂直向面積Fx的總荷載為P，水平向面積Fy上的總荷載為Q： PxFx，Qy