第5章 岩体强度试验

混凝土与岩体接触面直剪试验（掌握）岩体强度试验第五章

岩体强度试验HohaiUniversity岩体本身直剪试验（掌握）结构面直剪试验（掌握）结构面直剪蠕变试验(了解)岩体三轴压缩试验（掌握）岩体载荷试验（掌握）HohaiUniversity第一节混凝土与岩体接触面直剪试验试验目的：研究在外力作用下混凝土与岩体接触面之间所具有的抵抗剪切的能力。试验方法：见《水利水电工程岩石试验规程》（SL264— 2001）第72-77页。主要仪器：液压千斤顶、液压泵及管路、压力表、钢垫板、 滚轴排、传力柱及传力块、斜垫板、测量支架、 测量表架、测表等。HohaiUniversity试验记录：工程名称、岩石名称、试件编号、试件位置、试 验方法、混凝土强度、剪切面面积、测表布置、 法向荷载、剪切荷载、法向位移、剪切位移、试 验人员、试验日期等。影响因素：试件尺寸、基岩面起伏差、混凝土抗压强度、岩 石风化程度、岩体结构类型等。混凝土与岩体接触面直剪试验的常用方法：平推法（见图1）斜推法（见图2）图1混凝土与岩体接触面直剪试验平推法安装图2混凝土与岩体接触面斜推法安装一、关于试件尺寸的观点(教材81页)（熟悉）HohaiUniversity奥地利学派缪勒的观点日本《岩盘力学》书中的观点美国材料和试验协会观点乌霍夫提出的标准国际岩石力学学会建议的方法国内勘察设计单位提出的观点二、基岩面的起伏差对抗剪强度的影响（熟悉）HohaiUniversity抗剪强度大致随地基起伏差的加大而增大。规程规定，对常规试验，地面起伏差控制在试件边长的1%~2%以内。三、垂直荷载的施加方法（熟悉）HohaiUniversity最大垂直荷载的确定应满足大坝地基工作条件的要求，即与设计正应力适应。垂直荷载的分级北京水电勘测设计院提出分5级加至试验荷载。规程中提出分3~5级加至预定荷载。斜剪过程中垂直应力的调整常正应力法变正应力法四、剪切荷载的施加方法（熟悉）HohaiUniversity剪应力的分级分级的目的：取得较准确的应力—应变曲线。美国ASTM岩石试验规程中规定，剪切荷载分级施加的级数不少于10级。我国规程规定按最大剪切应力分8~10级逐级均匀等量施加剪切应力。剪切应力的施加速率快速剪切法时间控制法变形控制法五、抗剪试验成果的整理HohaiUniversity关于库仑方程式的说明（见教材86页）剪切强度特征点的确定（熟悉）比例极限的确定屈服强度的确定六、单点法抗剪试验单点法抗剪试验：利用同一个试件在几级不同的垂直载荷下进行剪切并测求其相应的抗剪参数的方法。单点抗剪试验的种类国外有资料说明用单点法测定岩体残余强度是方便而有效的第二节结构面直剪试验HohaiUniversity试验目的：测定结构面的抗剪强度参数和剪应力—剪位移关

系曲线，研究结构面受剪时的变形破坏规律。试验方法：直剪试验，详见《水利水电工程岩石试验规程》

（SL264—2001）第77~81页。主要仪器和设备：同混凝土与岩体接触面直剪试验。HohaiUniversity试验记录：工程名称、岩石名称、试件编号、试件位置、试 验方法、剪切面面积、测表布置、法向荷载、剪切荷载、法向位移、剪切位移、试验人员、试验日期等。技术问题：如何保持试件为原状控制法向应力，避免夹泥挤出控制剪切速率，保证试件充分排水一、试验布置HohaiUniversity实际工作中，不能满足平推法或斜推法布置试验时，可采取其他方案，如陡倾角或缓倾角试验方案。规程规定现场结构面抗剪试验中，试件尺寸不得小于50cm×50cm，尽量采用70cm×70cm，以便与国际接轨。垂直荷载的大小以不挤出夹层物质为限。垂直荷载分4~5级施加，对于高塑性、低密度、含水量大的夹层，应缓慢施加。施加速率建议控制在每5分钟均匀施加，达到固结后再剪切。对于黏土夹层，其抗剪强度随压缩稳定时间的延长而增大。二、垂直载荷施加方法三、剪切载荷的施加速率HohaiUniversity规程建议在现场对抗剪强度较高的低塑性夹层按预估最大剪切荷载的10%、对抗剪强度低的高塑性夹层按5%分级施加。在现场试验中，考虑试件尺寸较大，排水不畅，建议每10分钟测读变形一次，两次相邻间隔所测变形小于0.1mm/min，即认为稳定。工程应用（见教材91页）葛洲坝工程202#泥化夹层剪切强度试验研究。黄河小浪底水利枢纽工程泥化夹层限胀直剪试验。第三节结构面直剪蠕变试验（了解）HohaiUniversity试验目的：研究软弱结构面的长期强度及结构面的滑移、位 错、变形随时间变化的规律。试验方法：详见《水利水电工程岩石试验规程》（SL264—2001）第81~83页。试验要点：与结构面直剪试验基本相同，但需要配备稳压装 置，保持温度相对稳定，延长位移观测时间。

一、稳压设备HohaiUniversity具有提供恒定载荷的稳压设备是进行蠕变试验的必要条件。对于软弱结构面，可采用类似于超压密直剪试验中的方法。现场试验中，开始施加的预压载荷是各级载荷的平均值。二、法向载荷的施加三、剪切载荷的施加方法及变形读数绘制剪应力—剪切位移等时簇线，确定长期强度。四、蠕变试验成果整理（长期强度确定方法）用半对数方程式来描述结构面的稳定蠕变状态。按另一种半对数曲线进行蠕变试验成果的处理。第四节岩体直剪试验HohaiUniversity试验目的：研究岩体在外力作用下本身所具有的抵抗剪切的能力。试验方法：详见《水利水电工程岩石试验规程》（SL264—2001）第83~85页，试验安装见图3。试验记录：工程名称、岩石名称、试件编号、试件位置、试 验方法、剪切面面积、测表布置、地质描述、法 向荷载、剪切荷载、法向位移、剪切位移、试验 人员、试验日期等。图3岩体直剪强度试验安装安装第五节岩体三轴强度试验HohaiUniversity试验目的：研究岩体在三向应力状态所具有的抗压强度。试验方法：现场岩体三轴强度试验采用等侧压状态测定岩体 强度，详见《水利水电工程岩石试验规程》 （SL264—2001）第85~89页，试验安装见图4

和图5。主要仪器：千斤顶、液压枕、液压泵和管路、压力表、钢垫 板、传力柱、传力架（箱）、侧向反力框架、测 量支架、测量表架、测表等。图4岩体三轴压缩强度试验安装图5岩体三轴压缩强度试验HohaiUniversity试验记录：工程名称、岩石名称、试件编号、试件位置、试 验方法、试件尺寸、变形测表布置、侧向荷载、 轴向荷载、侧向变形、轴向变形、试验人员、试 验日期等。技术问题：试件制备侧压的选取试件尺寸的确定顶部和侧向摩擦力消除、加压方式等。一、试件制备HohaiUniversity开挖支洞预留岩柱制备试件。开挖低矮支洞，不留岩柱而抬高支洞底板。在平洞底板上刻槽。移位三轴试验试件制备。轴向和侧向采用千斤顶时施加压力时，须浇筑反力台。用液压枕施加轴向和侧向压力时，要有专用反力框架设备。二、加压设备的选定三、侧压的选取综合考虑岩体的初始应力和工程荷载所产生的侧压力及加压设备出力的大小。四、试件尺寸的确定HohaiUniversity现场三轴试验试件的尺寸需根据岩石强度、岩体的结构情况及加压设备的能力确定。规程建议采用30cm×30cm×60cm~80cm×80cm×160cm。考虑试件尺寸的同时，应考虑高宽比，建议高宽比不小于2。在接触面涂黄油或用两层塑料薄膜或两层油毛毡中间夹黄油和黄泥的混合物可有效减小或消除摩擦力。五、试件顶部和侧向摩擦力六、加压方式按比例加压静水压力加压HohaiUniversity轴向压力的三种加压方式：逐级一次循环加压逐级连续加压逐级一次反复循环加压七、试验成果的整理（弹性参数计算）弹性阶段，用弹性方程计算岩体变形模量E、µ和K、G。非线弹性阶段，用求导数法求E和µ。从工程实用角度出发，E和µ可采用静水压力以上的轴向应变横向应变计算。八、单试件方法进行现场三轴试验（了解，教材101页）第六节岩体载荷试验HohaiUniversity试验目的：测定半无限岩体表面岩体所能承受的极限载荷。试验方法：详见《水利水电工程岩石试验规程》（SL264— 2001）第89~90页，与刚性承压板法岩体变形试 验类似。试验记录：工程名称、岩石名称、试点编号、试点位置、试 验方法、承压面积、测表布置、载荷、变形