专利名称：利用三轴压缩测量岩石不连续剪切面抗剪强度的方法
技术领域：
本发明涉及一种抗剪强度测量方法，尤其涉及一种利用三轴压缩测量岩石不连续剪切面抗剪强度的方法。
背景技术：
在岩质边坡工程中，研究岩体不连续面的空间几何特征和力学特性以及预想滑动剪切面的力学特征是研究岩质边坡稳定性的最重要的部分，这些不连续面和滑动剪切面的力学特征中最重要的力学性质就是抗剪强度，对此，目前普遍采用库仑准则进行表述。室内岩石试样不连续面抗剪强度试验主要采用弱面直剪仪进行，如图I所示。因为岩石试样不连续面的试样很难加工成规则的形状，所以要用水泥砂浆将岩石试样不连续面的试样浇注到剪切盒中来制备试样。首先将采集的岩石试样不连续面的试样用绳索捆紧，放入下剪切盒中，使不连续面与剪切盒的上边缘平行且高出3 5mm，然后倒入水泥砂浆，振捣抹平，在整个过程中注意岩石试样不连续面与剪切盒的上边缘平行，且高出3 5mm,岩石试样不连续面不能下陷至水泥砂浆中。待下剪切盒中的水泥砂浆凝固后，然后翻转剪切盒180度，以便浇注上半部分岩石试样，方法与浇注下半部分一样，两剪切盒的间隙保持在6 10mm，待水泥砂浆养护28天以上(或水泥砂浆强度超过所施加的应力值后)即可用来进行试验。试验采用分级加载的方法进行，法向载荷分3 5级施加，最大法向载荷根据岩石试样不连续面在现场所受应力值设定，每施加一级法向载荷，进行一次剪切试验。试验过程中先施加法向载荷，再施加剪切载荷，同时记录剪切应力值、剪切位移和法向位移。剪切载荷按照预计的最大值等分8 12级施加，当剪切位移增量为前级位移增量的I. 5倍时，将级差减半。剪切载荷施加采用时间控制，对于无充填的不连续面，每隔5分钟施加一级，对于充填软弱物质的不连续面根据剪切位移的大小，每隔10分钟或15分钟施加一级。试样超过峰值强度后，继续施加剪切载荷，直至剪切位移达到10_停止试验。根据剪切应力与剪切位移关系曲线，得出每级法向应力下的剪切应力峰值，利用最小二乘法拟合正应力与剪应力的关系曲线，得出岩石试样不连续面的抗剪强度。这种方法存在以下一些局限性I、试样制备时间长、精度低；岩石试样不连续面试样需要使用水泥砂浆浇注到剪切盒中，且等待水泥砂浆凝固，这需要很长一段时间；同时在浇注试样时，在水泥凝固过程中试样很容易发生不均匀下陷或倾斜，导致不连续面与剪切载荷不水平或不垂直，在试验时就存在施加载荷的角度问题。2、施加载荷受限于水泥砂浆强度或岩石试样与水泥砂浆的握裹力；
大部分人工配制的水泥砂浆其强度低于天然岩石试样强度，在试验过程中所施加的法向载荷或剪切载荷超过水泥砂浆强度，或是岩石试样与水泥砂浆的交界面上产生应力集中，导致水泥砂浆发生开裂或破坏，导致试验无法继续进行，或是水泥砂浆和岩石试样之间发生错动等情况，影响试验结果。3、水泥砂浆变形对于试验精度的影响；在试验中要记录剪切位移和法向位移，因为试样周围浇注有水泥砂浆，在施加载荷时，水泥砂浆也会发生位移，这部分位移也被记录在岩石试样不连续面的剪切位移和法向位移中，降低了试验的精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中试样制备时间长、精度低的问题，提供一种新型的岩石试样不连续剪切面抗剪强度测量方法，达到能够快速、准确地得出岩石试样不连续剪切面的抗剪强度的目的。本发明提供如下技术方案 一种利用三轴压缩测量岩石不连续剪切面抗剪强度的方法包括如下步骤S100 制备三轴压缩试验所需的岩石试样；S200 :对岩石试样进行三轴压缩试验施加围压后施加轴向载荷，直至岩石试样发生剪切破坏并产生残余变形；S300 :取出并打开破坏后的岩石试样，观察其剪切破坏面是否为单一宏观的剪切面，若是则测量剪切面与水平方向的角度；通常这种试验方法主要用于没有明显层理面的岩石试样，因为具有层理面的岩石试样在发生剪切破坏时受层理的影响，不能产生单一宏观的剪切面，且破裂面不平整，不能视同为单一不连续剪切面；S400 :根据岩石试样不连续面所处现场应力条件，设定若干级围压，其中最大围压不能超过岩石试样不连续面所处现场应力值，将剪切裂隙对齐至初始状态，使岩石试样剪切破坏面恢复至原始状态，再次进行三轴压缩试验，直至若干级围压全部完成，结束试验；以及S500:计算岩石试样在不同围压作用下轴向应力与轴向应变数据，根据Jaeger单一不连续面强度理论，岩石试样在极限应力条件下不连续面上的正应力和剪应力用主应力O :和O3分别表达为
权利要求
1.利用三轴压缩测量岩石不连续剪切面抗剪强度的方法，其特征在于，包括如下步骤 SlOO :制备三轴压缩试验所需的岩石试样； S200 :对岩石试样进行三轴压缩试验施加围压后施加轴向载荷，直至岩石试样发生剪切破坏并产生残余变形； S300 :取出并打开破坏后的岩石试样，观察其剪切破坏面是否为单一宏观的剪切面，若是则测量剪切面与水平方向的角度； S400 :根据岩石试样不连续面所处现场应力条件，设定若干级围压，其中最大围压不能超过岩石试样不连续面所处现场应力值，将剪切裂隙对齐至初始状态，使岩石试样剪切破坏面恢复至原始状态，再次进行三轴压缩试验，直至若干级围压全部完成，结束试验；以及 S500 :计算岩石试样在不同围压作用下轴向应力与轴向应变数据，根据Jaeger单一不连续面强度理论，岩石试样在极限应力条件下不连续面上的正应力和剪应力可用主应力O工和O3分别表达为
2.根据权利要求I所述的利用三轴压缩测量岩石不连续剪切面抗剪强度的方法，其特征在于 在步骤S200所述的对岩石试样进行的三轴压缩试验中，围压不超过岩石试样单轴抗压强度的1/3，试验机采用刚性三轴试验机。
3.根据权利要求I所述的利用三轴压缩测量岩石不连续剪切面抗剪强度的方法，其特征在于 在步骤S400中，施加第一级围压后施加轴向载荷，直至岩石试样发生滑动摩擦变形，同时记录岩石试样变形，岩石试样的总变形量控制在1%内； 试验结束后取出并打开破坏后的岩石试样，观察其剪切破坏面，然后将剪切裂隙对齐至初始状态，使岩石试样剪切破坏面恢复至原始状态，施加第二级围压继续进行三轴压缩试验，直至若干级围压全部完成，结束试验。
全文摘要
本发明涉及一种抗剪强度测量方法，尤其涉及一种利用三轴压缩测量岩石不连续剪切面抗剪强度的方法。该方法包括S100制备三轴压缩试验所需的岩石试样；S200对岩石试样进行三轴压缩试验，其中施加围压后施加轴向载荷，直至岩石试样发生剪切破坏并产生残余变形；S300测量剪切面与水平方向的角度；S400设定若干级围压，逐级进行三轴压缩试验；S500根据试验数据和岩石试样破裂角度，计算出正应力与剪应力，利用最小二乘法拟合正应力与剪应力的关系曲线，得出抗剪强度。本发明利用残余变形代替水泥浇注法对岩石试样不连续剪切面进行抗剪试验，能够快速、准确地得出岩石试样不连续剪切面的抗剪强度。
文档编号G01N3/24GK102645383SQ20121010026
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月6日 优先权日2012年4月6日
发明者姜敬海, 尹长春, 张志军, 张磊, 朱立中, 李兴国, 纪洪广, 袁康, 邹建辉, 魏盛远 申请人:中冶集团资源开发有限公司