岩体软弱夹层剪切蠕变试验

岩体软弱夹层剪切蠕变试验主讲：付 小 敏成都理工大学环境与土木工程学院一、概述 二、试验仪器三、试验要点四、成果整理岩体软弱夹层剪切蠕变试验一、概 述1、试验目的与要求：通过试验得出：1）不同应力作用下岩体软弱夹层随时间的变形特性；2）了解软弱夹层 蠕变阶段发展的特点；3） 求取软弱夹层的极限长期强度指标及流变特性指标。为岩土工程的设计与施工方案提供科学的依据。 一、概 述2、试验原理：对同一岩性的一组试样（ 4 6块试样）在相同的法向应力的作用下，分别施以不同量级的剪应力，得到一簇蠕变曲线。不同量级的剪切应力对应不同的蠕变曲线形态。一、概 述A、 阻尼蠕变：当剪应力量级小于某一值时，蠕变变形随时间的增长趋于一稳定值，即应变速率随时间逐渐减小，最后趋于零，试件不破坏；B、 非阻尼蠕变：当剪应力超出某一定值时，蠕变随时间不断增长，直至破坏。 瞬时弹塑性阶段； 初始蠕变阶段； 等速蠕变阶段； 加速蠕变阶段。 一、概述 二、试验仪器三、试验要点四、成果整理岩体软弱夹层剪切蠕变试验二、试验仪器1、仪器简介：试验所用设备 “岩石直接剪切流变试验系统 ”是本室与 “四川大学 ”联合研制。三台流变仪形成了一个试验系统，同时可进行三个试件的蠕变及松驰试验。二、试验仪器主要测试项目为：1）岩石（含软弱结构面）直接剪切（单压）蠕变试验；2）岩石（含软弱结构面）直接剪切（单压）松弛试验；3）岩石（含软弱结构面）直接剪切（单压）常规试验；4）岩石（含软弱结构面）等剪切速率控制全过程直接剪切试验。2、系统技术规格 ：1） 试件尺寸：采用立方体试件： 50mm50mm50 mm；100mm100mm100 mm、 200mm200mm200 mm300mm300mm300 mm。单轴压缩试验可采用圆柱或方试件，最大高度为400mm， 最大边长或直径 300mm。 二、试验仪器2） 液压系统采用六通道回路液压稳压器，每通道具独立加载和油缸复位控制功能。每通道压力 0 30MPa可调。3） 加载能力 二、试验仪器机号 法向荷 载 切向荷 载 法向行程 切向行程KN KN mm mmA机 150 300 100 100B机 300 600 100 100C机 600 1000 100 1004） 测量系统a、 荷载测量荷载采用荷载传感器测量，各单元量程同前表。二、试验仪器垂直荷载传感器垂直荷载传感器垂直千斤顶 水平千斤顶b、 位移测量采用差动变压器式高精度位移传感器测量试件变形。设置位移测量 16路。其中 10mm量程的 12路（每机采用两垂直、两水平测点测量），另备 30mm与50mm量程各 2路，主要用于主机（ B） 的大量程剪切位移测量。 二、试验仪器垂直位移传感器 1垂直位移传感器 2c、 各路荷载和位移测量值均由专用计算机的数据采集系统自动采集。二、试验仪器一、概述 二、试验仪器三、试验要点四、成果整理岩体软弱夹层剪切蠕变试验1、试验前准备工作1）原状试样现场采制a、 软弱夹层厚度大于 2cm时，用环刀切取原状试样。b、 软弱夹层厚度小于 2cm时，用取样机，切取包括软弱夹层上、下部分的坚硬岩层为整体试件。软弱夹层的面积不小于 15cm15cm；软弱夹层与上、下部分的坚硬岩层不致分离。2） 原状试样室内加工用水泥砂浆使试样固定在上、下剪切盒中；剪切缝 1 2mm；剪切缝对准软弱夹层中最薄弱的层位。 三、试验要点三、试验要点3）试验应力量级预测a、 法向应力预测：软弱夹层的厚度、软硬强度以及与试样面积的比例；一般情况最大法向应力不超过 0.3MPa。b、 剪切应力量级预测根据软弱夹层的快剪峰值强度 p， 以（ 0.7 0.8） p作为试验时最终剪切应力量级预测的参考值。4）试验环境a、 保证恒温； b、 保证恒湿。2、试验方法对各个试件施加不同量级的法向应力，使之固结稳定；再施加不同量级的剪应力，每一级剪应力施加后，观察并记录其剪应变值，一般历时 7 10d； 待稳定后，施加下一级别的剪应力。如此，逐级增加剪切应力量级，直到试件破坏。1） 一组试件 4 6个；2）法向应力的级序一般采用： 0.05、 0.1、 0.2、 0.3MPa；3） 施加法向应力后，固结稳定标准：变形量 0.005mm /小时；4）每块试件施加的剪切应力一般不少于四级，最后一级剪切应力的量级约为 0.8 p。5）剪切应力施加后，记录试件剪切位移的时间序列为： 5min、 10min、 30min、 1h、 5h、 10h、 1d、 2d直到试件变形稳定；6）稳定标准：剪应变时间曲线上斜率为零。三、试验要点一、概述 二、试验仪器三、试验要点四、成果整理岩体软弱夹层剪切蠕变试验1、确定长期强度指标1）概念： 从物理意义上来说，岩石的应力越大，达到破坏所需的时间越短，而应力越小，达到破坏需要的时间越长。如应力小于某一临界值时，无论应力作用时间多长，岩石也不破坏。这一临界值即为 极限长期强度 。也就是说岩石在无限长时间内因蠕变达到破坏时的应力值，以 或 表示。四、成果整理1、确定长期强度指标2） 绘制岩体软弱夹层在不同法向应力作用下蠕变过程的剪应变 ()与时间 (t)的关系曲线。 四、成果整理四、成果整理1、确定长期强度指标3）根据试样的法向应力 n和极限长期强度 值，在直角坐标系上绘制曲线，由此可求得岩体软弱夹层的蠕变 极限长期强度 参数 C、 。四、成果整理2、剪切模量的时间效应根据剪应力 与剪应变 曲线中直线段斜率可确定剪切模量 G(/)。t很短（相当于快剪）时， G为瞬时剪切模量 G0， 随着 t增长， G降低，为蠕变剪切模量。泥化夹层：Gt ab-t G式中：G 极限长期剪切模量 a、 b 为待定参数。四、成果整理3、确定粘滞系数岩