第5章 巖體強(qiáng)度試驗(yàn)

混凝土與巖體接觸面直剪試驗(yàn)（掌握）巖體強(qiáng)度試驗(yàn)第五章

巖體強(qiáng)度試驗(yàn)HohaiUniversity巖體本身直剪試驗(yàn)（掌握）結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)（掌握）結(jié)構(gòu)面直剪蠕變試驗(yàn)(了解)巖體三軸壓縮試驗(yàn)（掌握）巖體載荷試驗(yàn)（掌握）HohaiUniversity第一節(jié)混凝土與巖體接觸面直剪試驗(yàn)試驗(yàn)?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(yàn)方法：見《水利水電工程巖石試驗(yàn)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(yàn)記錄：工程名稱、巖石名稱、試件編號(hào)、試件位置、試 驗(yàn)方法、混凝土強(qiáng)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(yàn)人員、試驗(yàn)日期等。影響因素：試件尺寸、基巖面起伏差、混凝土抗壓強(qiáng)度、巖 石風(fēng)化程度、巖體結(jié)構(gòu)類型等?；炷僚c巖體接觸面直剪試驗(yàn)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(yàn)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(diǎn)(教材81頁)（熟悉）HohaiUniversity奧地利學(xué)派繆勒的觀點(diǎn)日本《巖盤力學(xué)》書中的觀點(diǎn)美國材料和試驗(yàn)協(xié)會(huì)觀點(diǎn)烏霍夫提出的標(biāo)準(zhǔn)國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)建議的方法國內(nèi)勘察設(shè)計(jì)單位提出的觀點(diǎn)二、基巖面的起伏差對抗剪強(qiáng)度的影響（熟悉）HohaiUniversity抗剪強(qiáng)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(yàn)，地面起伏差控制在試件邊長的1%~2%以內(nèi)。三、垂直荷載的施加方法（熟悉）HohaiUniversity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(jì)正應(yīng)力適應(yīng)。垂直荷載的分級(jí)北京水電勘測設(shè)計(jì)院提出分5級(jí)加至試驗(yàn)荷載。規(guī)程中提出分3~5級(jí)加至預(yù)定荷載。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（熟悉）HohaiUniversity剪應(yīng)力的分級(jí)分級(jí)的目的：取得較準(zhǔn)確的應(yīng)力—應(yīng)變曲線。美國ASTM巖石試驗(yàn)規(guī)程中規(guī)定，剪切荷載分級(jí)施加的級(jí)數(shù)不少于10級(jí)。我國規(guī)程規(guī)定按最大剪切應(yīng)力分8~10級(jí)逐級(jí)均勻等量施加剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力的施加速率快速剪切法時(shí)間控制法變形控制法五、抗剪試驗(yàn)成果的整理HohaiUniversity關(guān)于庫侖方程式的說明（見教材86頁）剪切強(qiáng)度特征點(diǎn)的確定（熟悉）比例極限的確定屈服強(qiáng)度的確定六、單點(diǎn)法抗剪試驗(yàn)單點(diǎn)法抗剪試驗(yàn)：利用同一個(gè)試件在幾級(jí)不同的垂直載荷下進(jìn)行剪切并測求其相應(yīng)的抗剪參數(shù)的方法。單點(diǎn)抗剪試驗(yàn)的種類國外有資料說明用單點(diǎn)法測定巖體殘余強(qiáng)度是方便而有效的第二節(jié)結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)HohaiUniversity試驗(yàn)?zāi)康模簻y定結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)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(shí)的變形破壞規(guī)律。試驗(yàn)方法：直剪試驗(yàn)，詳見《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》

（SL264—2001）第77~81頁。主要儀器和設(shè)備：同混凝土與巖體接觸面直剪試驗(yàn)。HohaiUniversity試驗(yàn)記錄：工程名稱、巖石名稱、試件編號(hào)、試件位置、試 驗(yàn)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(yàn)人員、試驗(yàn)日期等。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(yàn)布置HohaiUniversity實(shí)際工作中，不能滿足平推法或斜推法布置試驗(yàn)時(shí)，可采取其他方案，如陡傾角或緩傾角試驗(yàn)方案。規(guī)程規(guī)定現(xiàn)場結(jié)構(gòu)面抗剪試驗(yàn)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4~5級(jí)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(dá)到固結(jié)后再剪切。對于黏土夾層，其抗剪強(qiáng)度隨壓縮穩(wěn)定時(shí)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(xiàn)場對抗剪強(qiáng)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(qiáng)度低的高塑性夾層按5%分級(jí)施加。在現(xiàn)場試驗(yàn)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(rèn)為穩(wěn)定。工程應(yīng)用（見教材91頁）葛洲壩工程202#泥化夾層剪切強(qiáng)度試驗(yàn)研究。黃河小浪底水利樞紐工程泥化夾層限脹直剪試驗(yàn)。第三節(jié)結(jié)構(gòu)面直剪蠕變試驗(yàn)（了解）HohaiUniversity試驗(yàn)?zāi)康模貉芯寇浫踅Y(jié)構(gòu)面的長期強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)面的滑移、位 錯(cuò)、變形隨時(shí)間變化的規(guī)律。試驗(yàn)方法：詳見《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》（SL264—2001）第81~83頁。試驗(yàn)要點(diǎn)：與結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)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(shí)間。

一、穩(wěn)壓設(shè)備HohaiUniversity具有提供恒定載荷的穩(wěn)壓設(shè)備是進(jìn)行蠕變試驗(yàn)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(yàn)中的方法?，F(xiàn)場試驗(yàn)中，開始施加的預(yù)壓載荷是各級(jí)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(shù)繪制剪應(yīng)力—剪切位移等時(shí)簇線，確定長期強(qiáng)度。四、蠕變試驗(yàn)成果整理（長期強(qiáng)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(jìn)行蠕變試驗(yàn)成果的處理。第四節(jié)巖體直剪試驗(yàn)HohaiUniversity試驗(yàn)?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(yàn)方法：詳見《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》（SL264—2001）第83~85頁，試驗(yàn)安裝見圖3。試驗(yàn)記錄：工程名稱、巖石名稱、試件編號(hào)、試件位置、試 驗(yàn)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(yàn) 人員、試驗(yàn)日期等。圖3巖體直剪強(qiáng)度試驗(yàn)安裝安裝第五節(jié)巖體三軸強(qiáng)度試驗(yàn)HohaiUniversity試驗(yàn)?zāi)康模貉芯繋r體在三向應(yīng)力狀態(tài)所具有的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)方法：現(xiàn)場巖體三軸強(qiáng)度試驗(yàn)采用等側(cè)壓狀態(tài)測定巖體 強(qiáng)度，詳見《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》 （SL264—2001）第85~89頁，試驗(yàn)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(cè)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(qiáng)度試驗(yàn)安裝圖5巖體三軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)HohaiUniversity試驗(yàn)記錄：工程名稱、巖石名稱、試件編號(hào)、試件位置、試 驗(yàn)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(yàn)人員、試 驗(yàn)日期等。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HohaiUniversity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(yàn)試件制備。軸向和側(cè)向采用千斤頂時(shí)施加壓力時(shí)，須澆筑反力臺(tái)。用液壓枕施加軸向和側(cè)向壓力時(shí)，要有專用反力框架設(shè)備。二、加壓設(shè)備的選定三、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HohaiUniversity現(xiàn)場三軸試驗(yàn)試件的尺寸需根據(jù)巖石強(qiáng)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30cm×30cm×60cm~80cm×80cm×160cm。考慮試件尺寸的同時(shí)，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擦力。五、試件頂部和側(cè)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(jí)一次循環(huán)加壓逐級(jí)連續(xù)加壓逐級(jí)一次反復(fù)循環(huán)加壓七、試驗(yàn)成果的整理（彈性參數(shù)計(jì)算）彈性階段，用彈性方程計(jì)算巖體變形模量E、μ和K、G。非線彈性階段，用求導(dǎo)數(shù)法求E和μ。從工程實(shí)用角度出發(fā)，E和μ可采用靜水壓力以上的軸向應(yīng)變橫向應(yīng)變計(jì)算。八、單試件方法進(jìn)行現(xiàn)場三軸試驗(yàn)（了解，教材101頁）第六節(jié)巖體載荷試驗(yàn)HohaiUniversity試驗(yàn)?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(yàn)方法：詳見《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》（SL264— 2001）第89~90頁，與剛性承壓板法巖體變形試 驗(yàn)類似。試驗(yàn)記錄：工程名稱、巖石名稱、試點(diǎn)編號(hào)、試點(diǎn)位置、試 驗(yàn)方法、承壓面積、測表布置、載荷、變形