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測定巖石剪切強度試驗指導(dǎo)規(guī)程
一、實驗?zāi)康?/strong>
巖石在剪切載荷作用下達(dá)到破壞前所能承受的最大剪切應(yīng)力稱為巖石的抗剪切強度，是反映巖石力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)之一。剪切實驗根據(jù)剪切面上有無正應(yīng)力分為直剪實驗和壓剪實驗。本實驗通過采用壓剪實驗即腳模壓剪實驗測得巖石的內(nèi)摩擦角φ和內(nèi)聚力C液壓萬能試驗機(jī)，材料試驗機(jī)，薄膜拉力機(jī)，人造板試驗機(jī)，防水卷材試驗機(jī)。
二、實驗原理
通過變角剪切夾具作用在試塊上的力P可分解為與剪切面垂直的正應(yīng)力和與剪切面平行的剪應(yīng)力。當(dāng)P大到某一值時，剪切力大于巖石的內(nèi)聚力與因正應(yīng)力而產(chǎn)生的摩擦力之和時，巖石即被剪切破壞。
此時，可通過已知的α值和破壞載荷P，計算得到幾組正應(yīng)力σ 和剪應(yīng)力τ，最終通過繪圖和計算求得巖石的黏聚力C 和內(nèi)摩擦角 φ。
3.以剪應(yīng)力τ為縱坐標(biāo)，法向應(yīng)力σ為橫坐標(biāo)，將每一試件的σ、τ標(biāo)在坐標(biāo)系中，以最小二乘法擬合一直線（強度包絡(luò)線），并在圖中求得巖石的內(nèi)摩擦角φ和內(nèi)聚力C。
工程上，可將巖石強度曲線簡化為直線，簡化后可以用下列方程表示：τ=C+σtanφ
式中：C—巖石強度曲線在τ軸上的截距，即巖石的黏聚力；φ—巖石強度的傾角，即巖石的內(nèi)摩擦角。
4.內(nèi)摩擦角φ和內(nèi)聚力C的計算
在簡化后的直線上任意取點1和2，求出剪應(yīng)力τ1和τ2、正應(yīng)力σ1和σ2，代入下面公式，即可求出。
巖石在剪切載荷作用下達(dá)到破壞前所能承受的最大剪切應(yīng)力稱為巖石的抗剪切強度，是反映巖石力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)之一。剪切實驗根據(jù)剪切面上有無正應(yīng)力分為直剪實驗和壓剪實驗。本實驗通過采用壓剪實驗即腳模壓剪實驗測得巖石的內(nèi)摩擦角φ和內(nèi)聚力C液壓萬能試驗機(jī)，材料試驗機(jī)，薄膜拉力機(jī)，人造板試驗機(jī)，防水卷材試驗機(jī)。
二、實驗原理
通過變角剪切夾具作用在試塊上的力P可分解為與剪切面垂直的正應(yīng)力和與剪切面平行的剪應(yīng)力。當(dāng)P大到某一值時，剪切力大于巖石的內(nèi)聚力與因正應(yīng)力而產(chǎn)生的摩擦力之和時，巖石即被剪切破壞。
此時，可通過已知的α值和破壞載荷P，計算得到幾組正應(yīng)力σ 和剪應(yīng)力τ，最終通過繪圖和計算求得巖石的黏聚力C 和內(nèi)摩擦角 φ。
三、儀器設(shè)備
1.材料實驗機(jī)（巖石直剪儀）；
2.試樣加工機(jī)械：巖石取芯機(jī)、磨石機(jī)或巖石切割機(jī)。
3.變角剪切夾具；
4.檢驗工具：游標(biāo)卡尺，精度0.02mm、鋼板尺、直角尺、百分尺、 百分表、水平檢測臺。
四、試件制備
1.標(biāo)準(zhǔn)試件：根據(jù)國際巖石力學(xué)學(xué)會規(guī)范要求，采用5cm×5cm×5cm的正方形試件，便于結(jié)構(gòu)面的控制。
2.試件數(shù)量：當(dāng)取3個角度時，每個角度下做3個試件的剪切實驗，取其算術(shù)平均值時，所需試件最低數(shù)量為9個。在計算平均值的同時，應(yīng)計算偏離度。 若偏離度超過20%，則應(yīng)增補試件數(shù)量，使偏離度不大于20%。本實驗采用第二種方法。
3.加工精度：試件各邊長公差不得超過+3mm、-0.1mm；兩端面不平行度不大于0.1mm；相鄰兩平面的不垂直度，將試件放在水平檢測臺上，用直角尺緊貼試件垂直邊側(cè)，要求兩者之間無明顯縫隙。
五、實驗步驟
1. 巖石名稱、顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程序、膠結(jié)物性質(zhì)等。除巖性外，重點應(yīng)對其結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征（如顆粒粗細(xì)，排列以及節(jié)理、層理等發(fā)育特征）及風(fēng)化程度等進(jìn)行描述。
2. 對巖石進(jìn)行分組編號，記為1組（1，2，3），2組（4，5，6），3組（7，8，9）填入表1內(nèi)；
3. 1、2、3組試件剪切角分別為α1、α2、α3， 試件上畫出剪切線。變角變角板夾具的角度一般在45° ～70°（當(dāng)角度小于45°，破壞一般并不沿預(yù)定的剪切面發(fā)生，破壞后的試件成破裂狀，當(dāng)大于70°時，變角模具不能提供這樣的角度；
4.檢查試件加工精度，測量試件尺寸，并填入表1內(nèi)；
5.選擇壓力機(jī)度盤值時，一般滿足下式：0.2P0＜Pmax＜0.8P0
6.調(diào)整材料試驗機(jī)度盤指針為零，使材料試驗機(jī)處于工作狀態(tài)。將已調(diào)好角度的變角剪切夾具下座放在材料試驗機(jī)上，使中心線與承壓板中心線重合，裝上試件并安好夾具上座，調(diào)整承壓板球形座，使變角剪切夾具受力均勻。按操作規(guī)程開動材料試驗機(jī)，施加數(shù)百牛載荷，檢查試件及變角夾具放置是否良好，若產(chǎn)生偏載需卸載重調(diào)；
7.夾具與試件調(diào)整好后，以0.5～1.0MPa/s的速度加載直至試件破壞。加載時，人員應(yīng)離開工作臺，并采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施；
8.對試件破壞情況進(jìn)行描述或拍照。
六、實驗數(shù)據(jù)處理
1.按下式計算作用在剪切面上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力：σ=P/A(cosα+fsinα)
τ=P/A（sinα-fcosα）
式中：σ——正應(yīng)力（MPa）；τ ——剪應(yīng)力（MPa）；P ——試件破壞荷載（kN）；A ——試件剪切面面積（mm2）；α——試件放置角度（變角板角度），度； f——滾軸摩擦系數(shù)： f=1/nd，n為滾軸根數(shù)，d——滾軸直徑，mm。
2.偏離度的計算
偏離度是用標(biāo)準(zhǔn)方差與平均值的比值來衡量。
1.材料實驗機(jī)（巖石直剪儀）；
2.試樣加工機(jī)械：巖石取芯機(jī)、磨石機(jī)或巖石切割機(jī)。
3.變角剪切夾具；
4.檢驗工具：游標(biāo)卡尺，精度0.02mm、鋼板尺、直角尺、百分尺、 百分表、水平檢測臺。
四、試件制備
1.標(biāo)準(zhǔn)試件：根據(jù)國際巖石力學(xué)學(xué)會規(guī)范要求，采用5cm×5cm×5cm的正方形試件，便于結(jié)構(gòu)面的控制。
2.試件數(shù)量：當(dāng)取3個角度時，每個角度下做3個試件的剪切實驗，取其算術(shù)平均值時，所需試件最低數(shù)量為9個。在計算平均值的同時，應(yīng)計算偏離度。 若偏離度超過20%，則應(yīng)增補試件數(shù)量，使偏離度不大于20%。本實驗采用第二種方法。
3.加工精度：試件各邊長公差不得超過+3mm、-0.1mm；兩端面不平行度不大于0.1mm；相鄰兩平面的不垂直度，將試件放在水平檢測臺上，用直角尺緊貼試件垂直邊側(cè)，要求兩者之間無明顯縫隙。
五、實驗步驟
1. 巖石名稱、顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程序、膠結(jié)物性質(zhì)等。除巖性外，重點應(yīng)對其結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征（如顆粒粗細(xì)，排列以及節(jié)理、層理等發(fā)育特征）及風(fēng)化程度等進(jìn)行描述。
2. 對巖石進(jìn)行分組編號，記為1組（1，2，3），2組（4，5，6），3組（7，8，9）填入表1內(nèi)；
3. 1、2、3組試件剪切角分別為α1、α2、α3， 試件上畫出剪切線。變角變角板夾具的角度一般在45° ～70°（當(dāng)角度小于45°，破壞一般并不沿預(yù)定的剪切面發(fā)生，破壞后的試件成破裂狀，當(dāng)大于70°時，變角模具不能提供這樣的角度；
4.檢查試件加工精度，測量試件尺寸，并填入表1內(nèi)；
5.選擇壓力機(jī)度盤值時，一般滿足下式：0.2P0＜Pmax＜0.8P0
6.調(diào)整材料試驗機(jī)度盤指針為零，使材料試驗機(jī)處于工作狀態(tài)。將已調(diào)好角度的變角剪切夾具下座放在材料試驗機(jī)上，使中心線與承壓板中心線重合，裝上試件并安好夾具上座，調(diào)整承壓板球形座，使變角剪切夾具受力均勻。按操作規(guī)程開動材料試驗機(jī)，施加數(shù)百牛載荷，檢查試件及變角夾具放置是否良好，若產(chǎn)生偏載需卸載重調(diào)；
7.夾具與試件調(diào)整好后，以0.5～1.0MPa/s的速度加載直至試件破壞。加載時，人員應(yīng)離開工作臺，并采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施；
8.對試件破壞情況進(jìn)行描述或拍照。
六、實驗數(shù)據(jù)處理
1.按下式計算作用在剪切面上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力：σ=P/A(cosα+fsinα)
τ=P/A（sinα-fcosα）
式中：σ——正應(yīng)力（MPa）；τ ——剪應(yīng)力（MPa）；P ——試件破壞荷載（kN）；A ——試件剪切面面積（mm2）；α——試件放置角度（變角板角度），度； f——滾軸摩擦系數(shù)： f=1/nd，n為滾軸根數(shù)，d——滾軸直徑，mm。
2.偏離度的計算
偏離度是用標(biāo)準(zhǔn)方差與平均值的比值來衡量。
工程上，可將巖石強度曲線簡化為直線，簡化后可以用下列方程表示：τ=C+σtanφ
式中：C—巖石強度曲線在τ軸上的截距，即巖石的黏聚力；φ—巖石強度的傾角，即巖石的內(nèi)摩擦角。
4.內(nèi)摩擦角φ和內(nèi)聚力C的計算
在簡化后的直線上任意取點1和2，求出剪應(yīng)力τ1和τ2、正應(yīng)力σ1和σ2，代入下面公式，即可求出。
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