專利名稱：利用三軸壓縮測量巖石不連續(xù)剪切面抗剪強度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗剪強度測量方法，尤其涉及一種利用三軸壓縮測量巖石不連續(xù)剪切面抗剪強度的方法。
背景技術(shù)：
在巖質(zhì)邊坡工程中，研究巖體不連續(xù)面的空間幾何特征和力學(xué)特性以及預(yù)想滑動剪切面的力學(xué)特征是研究巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的最重要的部分，這些不連續(xù)面和滑動剪切面的力學(xué)特征中最重要的力學(xué)性質(zhì)就是抗剪強度，對此，目前普遍采用庫侖準(zhǔn)則進行表述。室內(nèi)巖石試樣不連續(xù)面抗剪強度試驗主要采用弱面直剪儀進行，如圖I所示。因為巖石試樣不連續(xù)面的試樣很難加工成規(guī)則的形狀，所以要用水泥砂漿將巖石試樣不連續(xù)面的試樣澆注到剪切盒中來制備試樣。首先將采集的巖石試樣不連續(xù)面的試樣用繩索捆緊，放入下剪切盒中，使不連續(xù)面與剪切盒的上邊緣平行且高出3 5mm，然后倒入水泥砂漿，振搗抹平，在整個過程中注意巖石試樣不連續(xù)面與剪切盒的上邊緣平行，且高出3 5mm,巖石試樣不連續(xù)面不能下陷至水泥砂漿中。待下剪切盒中的水泥砂漿凝固后，然后翻轉(zhuǎn)剪切盒180度，以便澆注上半部分巖石試樣，方法與澆注下半部分一樣，兩剪切盒的間隙保持在6 10mm，待水泥砂漿養(yǎng)護28天以上(或水泥砂漿強度超過所施加的應(yīng)力值后)即可用來進行試驗。試驗采用分級加載的方法進行，法向載荷分3 5級施加，最大法向載荷根據(jù)巖石試樣不連續(xù)面在現(xiàn)場所受應(yīng)力值設(shè)定，每施加一級法向載荷，進行一次剪切試驗。試驗過程中先施加法向載荷，再施加剪切載荷，同時記錄剪切應(yīng)力值、剪切位移和法向位移。剪切載荷按照預(yù)計的最大值等分8 12級施加，當(dāng)剪切位移增量為前級位移增量的I. 5倍時，將級差減半。剪切載荷施加采用時間控制，對于無充填的不連續(xù)面，每隔5分鐘施加一級，對于充填軟弱物質(zhì)的不連續(xù)面根據(jù)剪切位移的大小，每隔10分鐘或15分鐘施加一級。試樣超過峰值強度后，繼續(xù)施加剪切載荷，直至剪切位移達到10_停止試驗。根據(jù)剪切應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，得出每級法向應(yīng)力下的剪切應(yīng)力峰值，利用最小二乘法擬合正應(yīng)力與剪應(yīng)力的關(guān)系曲線，得出巖石試樣不連續(xù)面的抗剪強度。這種方法存在以下一些局限性I、試樣制備時間長、精度低；巖石試樣不連續(xù)面試樣需要使用水泥砂漿澆注到剪切盒中，且等待水泥砂漿凝固，這需要很長一段時間；同時在澆注試樣時，在水泥凝固過程中試樣很容易發(fā)生不均勻下陷或傾斜，導(dǎo)致不連續(xù)面與剪切載荷不水平或不垂直，在試驗時就存在施加載荷的角度問題。2、施加載荷受限于水泥砂漿強度或巖石試樣與水泥砂漿的握裹力；
大部分人工配制的水泥砂漿其強度低于天然巖石試樣強度，在試驗過程中所施加的法向載荷或剪切載荷超過水泥砂漿強度，或是巖石試樣與水泥砂漿的交界面上產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致水泥砂漿發(fā)生開裂或破壞，導(dǎo)致試驗無法繼續(xù)進行，或是水泥砂漿和巖石試樣之間發(fā)生錯動等情況，影響試驗結(jié)果。3、水泥砂漿變形對于試驗精度的影響；在試驗中要記錄剪切位移和法向位移，因為試樣周圍澆注有水泥砂漿，在施加載荷時，水泥砂漿也會發(fā)生位移，這部分位移也被記錄在巖石試樣不連續(xù)面的剪切位移和法向位移中，降低了試驗的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中試樣制備時間長、精度低的問題，提供一種新型的巖石試樣不連續(xù)剪切面抗剪強度測量方法，達到能夠快速、準(zhǔn)確地得出巖石試樣不連續(xù)剪切面的抗剪強度的目的。本發(fā)明提供如下技術(shù)方案 一種利用三軸壓縮測量巖石不連續(xù)剪切面抗剪強度的方法包括如下步驟S100 制備三軸壓縮試驗所需的巖石試樣；S200 :對巖石試樣進行三軸壓縮試驗施加圍壓后施加軸向載荷，直至巖石試樣發(fā)生剪切破壞并產(chǎn)生殘余變形；S300 :取出并打開破壞后的巖石試樣，觀察其剪切破壞面是否為單一宏觀的剪切面，若是則測量剪切面與水平方向的角度；通常這種試驗方法主要用于沒有明顯層理面的巖石試樣，因為具有層理面的巖石試樣在發(fā)生剪切破壞時受層理的影響，不能產(chǎn)生單一宏觀的剪切面，且破裂面不平整，不能視同為單一不連續(xù)剪切面；S400 :根據(jù)巖石試樣不連續(xù)面所處現(xiàn)場應(yīng)力條件，設(shè)定若干級圍壓，其中最大圍壓不能超過巖石試樣不連續(xù)面所處現(xiàn)場應(yīng)力值，將剪切裂隙對齊至初始狀態(tài)，使巖石試樣剪切破壞面恢復(fù)至原始狀態(tài)，再次進行三軸壓縮試驗，直至若干級圍壓全部完成，結(jié)束試驗；以及S500:計算巖石試樣在不同圍壓作用下軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變數(shù)據(jù)，根據(jù)Jaeger單一不連續(xù)面強度理論，巖石試樣在極限應(yīng)力條件下不連續(xù)面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力用主應(yīng)力O :和O3分別表達為
權(quán)利要求
1.利用三軸壓縮測量巖石不連續(xù)剪切面抗剪強度的方法，其特征在于，包括如下步驟 SlOO :制備三軸壓縮試驗所需的巖石試樣； S200 :對巖石試樣進行三軸壓縮試驗施加圍壓后施加軸向載荷，直至巖石試樣發(fā)生剪切破壞并產(chǎn)生殘余變形； S300 :取出并打開破壞后的巖石試樣，觀察其剪切破壞面是否為單一宏觀的剪切面，若是則測量剪切面與水平方向的角度； S400 :根據(jù)巖石試樣不連續(xù)面所處現(xiàn)場應(yīng)力條件，設(shè)定若干級圍壓，其中最大圍壓不能超過巖石試樣不連續(xù)面所處現(xiàn)場應(yīng)力值，將剪切裂隙對齊至初始狀態(tài)，使巖石試樣剪切破壞面恢復(fù)至原始狀態(tài)，再次進行三軸壓縮試驗，直至若干級圍壓全部完成，結(jié)束試驗；以及 S500 :計算巖石試樣在不同圍壓作用下軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變數(shù)據(jù)，根據(jù)Jaeger單一不連續(xù)面強度理論，巖石試樣在極限應(yīng)力條件下不連續(xù)面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力可用主應(yīng)力O工和O3分別表達為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用三軸壓縮測量巖石不連續(xù)剪切面抗剪強度的方法，其特征在于 在步驟S200所述的對巖石試樣進行的三軸壓縮試驗中，圍壓不超過巖石試樣單軸抗壓強度的1/3，試驗機采用剛性三軸試驗機。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用三軸壓縮測量巖石不連續(xù)剪切面抗剪強度的方法，其特征在于 在步驟S400中，施加第一級圍壓后施加軸向載荷，直至巖石試樣發(fā)生滑動摩擦變形，同時記錄巖石試樣變形，巖石試樣的總變形量控制在1%內(nèi)； 試驗結(jié)束后取出并打開破壞后的巖石試樣，觀察其剪切破壞面，然后將剪切裂隙對齊至初始狀態(tài)，使巖石試樣剪切破壞面恢復(fù)至原始狀態(tài)，施加第二級圍壓繼續(xù)進行三軸壓縮試驗，直至若干級圍壓全部完成，結(jié)束試驗。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗剪強度測量方法，尤其涉及一種利用三軸壓縮測量巖石不連續(xù)剪切面抗剪強度的方法。該方法包括S100制備三軸壓縮試驗所需的巖石試樣；S200對巖石試樣進行三軸壓縮試驗，其中施加圍壓后施加軸向載荷，直至巖石試樣發(fā)生剪切破壞并產(chǎn)生殘余變形；S300測量剪切面與水平方向的角度；S400設(shè)定若干級圍壓，逐級進行三軸壓縮試驗；S500根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和巖石試樣破裂角度，計算出正應(yīng)力與剪應(yīng)力，利用最小二乘法擬合正應(yīng)力與剪應(yīng)力的關(guān)系曲線，得出抗剪強度。本發(fā)明利用殘余變形代替水泥澆注法對巖石試樣不連續(xù)剪切面進行抗剪試驗，能夠快速、準(zhǔn)確地得出巖石試樣不連續(xù)剪切面的抗剪強度。
文檔編號G01N3/24GK102645383SQ20121010026
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者姜敬海, 尹長春, 張志軍, 張磊, 朱立中, 李興國, 紀(jì)洪廣, 袁康, 鄒建輝, 魏盛遠 申請人:中冶集團資源開發(fā)有限公司