巖體軟弱夾層剪切蠕變?cè)囼?yàn)

巖體軟弱夾層剪切蠕變?cè)囼?yàn)第一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日一、概述二、試驗(yàn)儀器三、試驗(yàn)要點(diǎn)四、成果整理巖體軟弱夾層剪切蠕變?cè)囼?yàn)第二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日一、概述

1、試驗(yàn)?zāi)康呐c要求：通過(guò)試驗(yàn)得出：1）不同應(yīng)力作用下巖體軟弱夾層隨時(shí)間的變形特性；2）了解軟弱夾層蠕變階段發(fā)展的特點(diǎn)；3）求取軟弱夾層的極限長(zhǎng)期強(qiáng)度指標(biāo)及流變特性指標(biāo)。為巖土工程的設(shè)計(jì)與施工方案提供科學(xué)的依據(jù)。第三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日一、概述2、試驗(yàn)原理：對(duì)同一巖性的一組試樣（4～6塊試樣）在相同的法向應(yīng)力的作用下，分別施以不同量級(jí)的剪應(yīng)力，得到一簇蠕變曲線。不同量級(jí)的剪切應(yīng)力對(duì)應(yīng)不同的蠕變曲線形態(tài)。第四頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日一、概述A、阻尼蠕變：當(dāng)剪應(yīng)力量級(jí)小于某一值時(shí)，蠕變變形隨時(shí)間的增長(zhǎng)趨于一穩(wěn)定值，即應(yīng)變速率隨時(shí)間逐漸減小，最后趨于零，試件不破壞；B、非阻尼蠕變：當(dāng)剪應(yīng)力超出某一定值時(shí)，蠕變隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)，直至破壞。

①——瞬時(shí)彈塑性階段；②——初始蠕變階段；

③——等速蠕變階段；④——加速蠕變階段。第五頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日一、概述二、試驗(yàn)儀器三、試驗(yàn)要點(diǎn)四、成果整理巖體軟弱夾層剪切蠕變?cè)囼?yàn)第六頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日二、試驗(yàn)儀器1、儀器簡(jiǎn)介：試驗(yàn)所用設(shè)備“巖石直接剪切流變?cè)囼?yàn)系統(tǒng)”是本室與“四川大學(xué)”聯(lián)合研制。三臺(tái)流變儀形成了一個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)，同時(shí)可進(jìn)行三個(gè)試件的蠕變及松馳試驗(yàn)。第七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日二、試驗(yàn)儀器主要測(cè)試項(xiàng)目為：1）巖石（含軟弱結(jié)構(gòu)面）直接剪切（單壓）蠕變?cè)囼?yàn)；2）巖石（含軟弱結(jié)構(gòu)面）直接剪切（單壓）松弛試驗(yàn)；3）巖石（含軟弱結(jié)構(gòu)面）直接剪切（單壓）常規(guī)試驗(yàn)；4）巖石（含軟弱結(jié)構(gòu)面）等剪切速率控制全過(guò)程直接剪切試驗(yàn)。2、系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格：1）試件尺寸：采用立方體試件：50mm×50mm×50mm；

100mm×100mm×100mm、200mm×200mm×200mm

300mm×300mm×300mm。第八頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

單軸壓縮試驗(yàn)可采用圓柱或方試件，最大高度為400mm，最大邊長(zhǎng)或直徑300mm。二、試驗(yàn)儀器2）液壓系統(tǒng)采用六通道回路液壓穩(wěn)壓器，每通道具獨(dú)立加載和油缸復(fù)位控制功能。每通道壓力0～30MPa可調(diào)。第九頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

3）加載能力

二、試驗(yàn)儀器機(jī)號(hào)法向荷載切向荷載法向行程切向行程KNKNmmmmA機(jī)150300100100B機(jī)300600100100C機(jī)6001000100100第十頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

4）測(cè)量系統(tǒng)

a、荷載測(cè)量荷載采用荷載傳感器測(cè)量，各單元量程同前表。

二、試驗(yàn)儀器垂直荷載傳感器垂直荷載傳感器垂直千斤頂水平千斤頂?shù)谑豁?yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日

b、位移測(cè)量采用差動(dòng)變壓器式高精度位移傳感器測(cè)量試件變形。設(shè)置位移測(cè)量16路。其中10mm量程的12路（每機(jī)采用兩垂直、兩水平測(cè)點(diǎn)測(cè)量），另備30mm與50mm量程各2路，主要用于主機(jī)（B）的大量程剪切位移測(cè)量。二、試驗(yàn)儀器垂直位移傳感器1垂直位移傳感器2第十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日c、各路荷載和位移測(cè)量值均由專用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)采集。二、試驗(yàn)儀器第十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日一、概述二、試驗(yàn)儀器三、試驗(yàn)要點(diǎn)四、成果整理巖體軟弱夾層剪切蠕變?cè)囼?yàn)第十四頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日1、試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作1）原狀試樣現(xiàn)場(chǎng)采制

a、軟弱夾層厚度大于2cm時(shí)，用環(huán)刀切取原狀試樣。

b、軟弱夾層厚度小于2cm時(shí)，用取樣機(jī)，切取包括軟弱夾層上、下部分的堅(jiān)硬巖層為整體試件。軟弱夾層的面積不小于15cm×15cm；軟弱夾層與上、下部分的堅(jiān)硬巖層不致分離。2）原狀試樣室內(nèi)加工用水泥砂漿使試樣固定在上、下剪切盒中；剪切縫1～2mm；

剪切縫對(duì)準(zhǔn)軟弱夾層中最薄弱的層位。

三、試驗(yàn)要點(diǎn)第十五頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日三、試驗(yàn)要點(diǎn)3）試驗(yàn)應(yīng)力量級(jí)預(yù)測(cè)

a、法向應(yīng)力預(yù)測(cè)：軟弱夾層的厚度、軟硬強(qiáng)度以及與試樣面積的比例；一般情況最大法向應(yīng)力不超過(guò)0.3MPa。b、剪切應(yīng)力量級(jí)預(yù)測(cè)根據(jù)軟弱夾層的快剪峰值強(qiáng)度τp，以（0.7～0.8）τp作為試驗(yàn)時(shí)最終剪切應(yīng)力量級(jí)預(yù)測(cè)的參考值。4）試驗(yàn)環(huán)境

a、保證恒溫；b、保證恒濕。第十六頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日2、試驗(yàn)方法對(duì)各個(gè)試件施加不同量級(jí)的法向應(yīng)力，使之固結(jié)穩(wěn)定；再施加不同量級(jí)的剪應(yīng)力，每一級(jí)剪應(yīng)力施加后，觀察并記錄其剪應(yīng)變值，一般歷時(shí)7～10d；待穩(wěn)定后，施加下一級(jí)別的剪應(yīng)力。如此，逐級(jí)增加剪切應(yīng)力量級(jí)，直到試件破壞。1）一組試件——4～6個(gè)；2）法向應(yīng)力的級(jí)序一般采用：0.05、0.1、0.2、0.3MPa；3）施加法向應(yīng)力后，固結(jié)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：變形量＜0.005mm/小時(shí)；4）每塊試件施加的剪切應(yīng)力一般不少于四級(jí)，最后一級(jí)剪切應(yīng)力的量級(jí)約為0.8τp。5）剪切應(yīng)力施加后，記錄試件剪切位移的時(shí)間序列為：5min、10min、30min、1h、5h、10h、1d、2d直到試件變形穩(wěn)定；6）穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：剪應(yīng)變～時(shí)間曲線上斜率為零。三、試驗(yàn)要點(diǎn)第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日一、概述二、試驗(yàn)儀器三、試驗(yàn)要點(diǎn)四、成果整理巖體軟弱夾層剪切蠕變?cè)囼?yàn)第十八頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日1、確定長(zhǎng)期強(qiáng)度指標(biāo)1）概念：從物理意義上來(lái)說(shuō)，巖石的應(yīng)力越大，達(dá)到破壞所需的時(shí)間越短，而應(yīng)力越小，達(dá)到破壞需要的時(shí)間越長(zhǎng)。如應(yīng)力小于某一臨界值時(shí)，無(wú)論應(yīng)力作用時(shí)間多長(zhǎng)，巖石也不破壞。這一臨界值即為極限長(zhǎng)期強(qiáng)度。也就是說(shuō)巖石在無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)因蠕變達(dá)到破壞時(shí)的應(yīng)力值，以τ∞或σ∞表示。四、成果整理第十九頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日1、確定長(zhǎng)期強(qiáng)度指標(biāo)2）繪制巖體軟弱夾層在不同法向應(yīng)力作用下蠕變過(guò)程的剪應(yīng)變(γ)與時(shí)間(t)的關(guān)系曲線。

四、成果整理第二十頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日四、成果整理1、確定長(zhǎng)期強(qiáng)度指標(biāo)3）根據(jù)試樣的法向應(yīng)力σn和極限長(zhǎng)期強(qiáng)度τ∞值，在直角坐標(biāo)系上繪制曲線，由此可求得巖體軟弱夾層的蠕變極限長(zhǎng)期強(qiáng)度參數(shù)C∞、φ∞。第二十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日四、成果整理2、剪切模量的時(shí)間效應(yīng)根據(jù)剪應(yīng)力τ與剪應(yīng)變?chǔ)们€中直線段斜率可確定剪切模量G(τ/γ)。t很短（相當(dāng)于快剪）時(shí)，G為瞬時(shí)剪切模量G0，隨著t增長(zhǎng)，G降低，為蠕變剪切模量。泥化夾層：

Gt＝ab-t＋G∞式中：

G∞—極限長(zhǎng)期剪切模量

a、b－為待定參數(shù)。第二十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日四、成果整理3、確定粘滯系數(shù)巖石的流動(dòng)特性采用粘滯系數(shù)來(lái)表征，與剪應(yīng)力及極限長(zhǎng)期強(qiáng)度有下列關(guān)系：第二十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日四、成果