岩土工程勘察第10章-现场剪切试验t图文丰富共45

第10章现场剪切试验主讲：崔德山目录1.岩体现场直剪试验2.岩体现场三轴试验3.土的现场剪切试验4.工程实例5.下节课：第11章岩体原位应力测试1.岩体现场直剪试验1.1试验原理预定的剪切面在垂直(法向)压应力作用下，施加剪切力，直至试体剪切破坏的试验。岩体现场直剪试验包括混凝土与岩体胶结(按触)面、岩体中软弱结构(以下简称岩体弱面)和软弱岩体本身三个方面的内容。同一组试验应尽可能处在同一高程或层位上，其地质条件应基本相同，试验过程中的受力状态应与岩体在工程中的受力状态相近似。1.2试验目的岩体现场直剪试验的目的是测定其抵抗剪切破坏的能力，为地(坝)基、地下建筑物和边坡的稳定计算分析提供抗剪强度参数(摩擦系数和粘聚力)。1.4试体制备(1)一般规定同一组试验的试体不少于5块。试体剪切面积一般为70cmx70cm，并不小于50cmx50cm。试体高度为其边长之半。

试体间距应便于试体制备和仪器设备安装，但不应小于剪切面边长的1.5倍，以免试验过程中互相影响。在岩洞内进行试验时，试验部位的洞顶应先开挖成大致平整的岩面，以便浇注混凝土(或砂浆)反力垫层。在施加剪力的后座部位，应按液压千斤顶(或液压钢枕)的形状和尺寸开挖。(2)混凝土与岩体胶结面直剪试验试体制备在试点部位用人工(不准爆破)挖除表层松动岩石，形成平整岩面。在试点，按剪切方向立模并浇注混凝土试体。有时在浇混凝土试体之前，按设计要求，在岩面上先浇注一层厚约5cm的砂浆垫层。在浇注砂浆垫层和混凝土试体的同时，浇制一定数量的砂浆(7cmx7cmx7cm)和混凝土(15cmx15cmx15cm)试块，试块与试体在相同条件下养护，以测定其不同龄期的强度。直剪试验的平推法和斜推法试体受力见下图。剪力作用方向应符合设计要求。(3)岩体弱面、软弱岩体直剪试验的试体制备开挖试点部位后，在岩面上按剪切方向定出剪切面积。用风钻或切石机，也可用人工，沿剪切面积周边将试体与周围岩体切开。对于岩体弱面的试体，应使弱面处在预定的剪切部位。为防止制备过程中，因吸(浸)水、应力松驰或扰动而导致试体膨胀，可采用以下方法:

1)切断地下水来源;2)用水泥砂浆抹试体顶面，而后在其上施加一定的垂直荷载。为避免在安装垂直、水平(剪切)加载系统和试验过程中损坏试体，可在试体上浇注钢筋混凝土保护罩，其底部应处在预定的剪切面以上。(4)倾斜岩岩体弱弱面直直剪试试验的的试体体制备备对倾斜斜岩体体弱面面进行行直剪剪试验验，可可按下下图制制备楔形试体体。在探明倾倾斜岩体体弱面的的部位和和产状后后，制备备试样，，采取措措施，防防止试体体下滑。。1.5试体描述述(1)试验前描描述试验前描描述包括括:1)试验地段段岩石名名称、风风化破碎碎程度。。2)岩体弱面面的成因因、类型型、产状状、分布布状况及及其间充充填物的的性状(厚度、颗颗粒组成成、泥化化程度和和含水状状态等)。在岩洞洞内，记记录岩洞洞编号、、位置、、洞线走走向、洞洞底高程程。试验验地段岩岩洞和试试点部位位的纵、、横地质质剖面。。在露天天或基坑坑内，记记录试点点位置、、高程及及其周围围的地形形、地质质。3)试验地段段开挖情情况和试试体制备备方法;4)试体岩性性、编号号、位置置、剪切切方向和和剪切面面尺寸;试验地段段地下水水类型、、化学成成分、活活动规律律和流量量等。(2)试验后描描述试验后描描述包括括:1)测量剪切切面尺寸寸;2)记录剪切切破坏形形式;3)剪切面起起伏差;4)擦痕方向向和长度度;5)碎块分布布状况。。同时描描述剪切切面上充充填物的的性状，，必要时时取样测测定其含含水率、、液限、、塑限以以及颗粒粒组成，，对剪切切面照相相。1.6试验程序序(1)仪器设备备安装1)垂直、剪剪切加载载系统设设备安装装。2)位移量表表安装1.6试验程序序(2)施加垂直直荷载按设计要要求，确确定作用用在剪切切面上的的最大垂垂直(法向)压应力。。一般按按等差(或等比)将最大垂垂直压应应力分成成4—5个不同等等级。对对岩体弱弱面、软软弱岩体体的试体体，施加加其上的的最大垂垂直压应应力，以以不挤出出弱面上上的充填填物或破破坏试体体为限。。作用在一一个试体体上的垂垂直荷载载，一般般分4—5次施加。。每施加加一次荷荷载，随随即测读读垂直位位移量表表，此后后，每隔5min测读一次次，待连连续两次次测读差差不超过过0.01mm，认为垂直直位移稳稳定，才才施加下下一级荷荷载。依依此，直直施加到到预定荷荷载(垂直压应应力)为止。(3)施加剪切切荷载(剪力)直剪试验验是一组组试体在在不同垂垂直压应应力作用用下进行行剪切的的试验。。试验前前，应预预估最大大剪力作作为试验验的依据据。剪切切荷载位位于剪切切缝中心心(平推法)或作用于于剪切面面中心(斜推法)。1)平推法和和斜推法法剪切情情况平推法，，用极限限平衡状状态的库库仑(Coulomb)公式，预预估最大大剪力。。试验时，，按预估估最大剪剪力的8%—10%，分级施施加。每每5min施加一级级(对于岩体体弱面、、软弱岩岩体，视视其性状状及充填填情况，，每10—15min施加一级级)。施加剪剪力前、、后，应应测读各各量表。。当施加剪剪力所引引起的剪剪切位移移为前一一级的1.5倍以上时时，下一一级剪力力则减半半施加。。当达到到剪力峰峰值、发发生不断断地剪切切位移(即滑动破破坏)，或出现现剪力的的残余值值时，试试验终止止。试验过程程中，应应保持剪剪切面上上的垂直直压应力力为常量量。为此此，对于于斜推法法，应同同步降低低由于施施加剪力力在剪切切面上增增加的垂垂直压应应力，可可按下式式计算:直剪试验验过程中中，如遇遇调整或或更换量量表、液液压千斤斤顶(或液压钢钢枕)补压、发发现混凝凝土或试试体松动动掉块、、出现裂裂缝或破破裂声等等现象，，应随时时记录，，供成果果整理时时查考。。(4)试验结束束直剪试验验结束后后，依次次将剪切切和垂直直荷载退退为零，，拆除测测量仪表表、支架架、剪切切和垂直直加载设设备，而而后按相相关要求求进行试体体和剪切切面描述述。1.7试验成果果整理(1)剪切面应应力计算算(2)绘制剪应应力与剪剪切位移移关系曲曲线。根据同一一组直剪剪试验结结果，以以剪应力力为纵轴轴，剪切切位移为为横轴，，绘制每每一试验验的剪应应力与剪剪切位移移关系曲曲线，而而后从曲曲线上选选取剪应应力的峰峰值和残残余值。。也可从从曲线的的线性比比例极限限点或屈屈服点选选取剪应应力值。。(3)绘制剪应应力与垂垂直压应应力关系系曲线根据剪应应力峰值值(或屈服值值、残余余值等)与相应的的垂直压压应力，，以剪应应力为纵纵轴，垂垂直压应应力为横横轴，绘绘制关系系曲线。。(4)确定抗剪剪强度参参数抗剪强度度参数包包括摩擦擦系数和和粘聚力力，可按按图解法法和最小二乘乘法确定;1.8影响试验验成果因因素的说说明(1)试体(剪切面)尺寸的选选定(2)剪切面起起伏差为减小成成果的分分散性和和便于对对比分析析，结合合国内试试验经验验，统一一规定其其起伏差差不大于于剪切方方向边长长的1%—2%。(3)严格防止止扰动试试体(剪切面)(4)剪切面上上垂直压压应力分分布直剪试验验过程中中，除保保持剪切切面上垂垂直压应应力为常常量外，，还应使使剪力均均匀分布布在剪切切面上。。剪力作作用线与与剪切面面间存在在偏距，，使剪切切面上垂垂直压应应力分布布不均匀匀。这种种不均匀匀性随着着剪力的的增大而而增大，，无疑将将影响测测定成果果。规定定偏距应应严格控控制在剪剪切面边边长的5%以内。(5)剪力施加加速率直剪试验验的剪力力施加速速率有:快速、时时间控制制和剪切位移移控制三三种方式式。为使使试验尽尽可能符符合工程实际际，以剪剪切位移移控制法法施加剪剪力最为为理想。。2.岩体现场场三轴试试验2.1试验原理理和目的的岩体现场场三轴试试验是，，试体在在三个互互相垂直直(正交)的压应力力亦即垂垂直向压压应力和和两个侧侧向压应应力作用用下，测测定其强强度和变变形性质质的试验验。分为为常规(等侧压)三轴试验验和真三三轴试验验。岩体现场场三轴试试验的目目的是为为工程(建筑物地地基、地地下洞室室和岩质质边坡)设计提供供参数，，并为研研究岩石石力学性性质和破破坏机理理提供资资料。2.2仪器设备备岩体现场场三轴试试验需用用的仪器器设备与与前相同同。但液液压千斤斤顶和液液压钢枕枕的数量量、形状状和尺寸寸，应根根据试体体形状和和尺寸而而定。对圆柱形形试体，，侧向加加压应采采用孤形形液压钢钢枕。当当需测量量试体内内部轴向向位移(变形)时，应备备有钻孔孔单点或或多点位位移计。。也可采采用声波波仪、声声发射探探测仪，，在试验验过程中中监测试试体声波波速度、、振幅及及声发射射频率变变化，以以了解其其破坏过过程。2.3试体制备备三轴试验验试体制制备的要要求试体体尺寸:圆柱体，，直径不不小于30cm;立方柱体体或矩形形长立方方体，其其横断面面边长不不小于30cm。试体高高度与直直径(或边长)之比为1—2。根据施加加侧压方方式的不不同，圆圆柱、方方柱试体体都有出出露式和和埋藏式式两种。。圆柱试体体:用大口径径钻机钻钻到预定定深度，，形成埋藏式试试件;用人工挖挖除岩心心周围岩岩石后，，形成出露式试试体。方柱试体体:用切石机切割割试体四边到到预定深度，，形成埋藏式式试体;用人工挖除试试体周围岩石石后，形成出出露式试体。。2.4试验程序本试验程序适适用于等侧向向压应力的常常规三轴试验验。(1)仪器设备安装装所有用于试验验的轴向、侧侧向加载系统统的液压千斤斤顶、液压钢钢枕、压力表表和位移量表表，在安装前前均应率定。。1)侧向加载系统统设备安装(A)对于出露式圆圆柱、方柱试试体，先在试试体对应部位位安装反力钢钢筒或反力框框架。而后在在反力钢筒(或反力框架)与试体的间隙隙内安装液压压钢枕。钢枕枕内外两侧间间隙，用水泥泥砂浆填塞。。按并联方式式，用高压管管路将各个液液压钢枕与液液压泵连接。。(B)对于埋藏式圆圆柱、方柱试试体，先清除除试体周围切切槽中的岩屑屑，而后将液液压钢枕安设设其中。2)垂直加载系统统设备安装首先清除试体体顶面岩屑，，而后用水泥泥砂浆将其抹抹平。待砂浆浆初凝后，在在其上涂薄层层润滑剂(如黄油等)，以减少垫板板与试体面之之间的摩阻力力。而后在其其上依次安装装垫块、液压压千斤顶(或液压钢枕)、传.力柱等，最后后用混凝土(或水泥砂浆)填塞顶部，使使垂直加载系系统与洞顶围围岩紧密结合合。试验如在在露天(或基坑内)进行，在垂直直加载系统上上应设置反力力框架。应使使垂直加载系系统作用力的的合力作用于于试