T0224-2024直剪试验-江苏省沭阳县市政仪器有限公司

T0224-2024直剪试验

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JTG 3431-2024《公路工程岩石试验规程》----4 岩石试验 / T0224-2024直剪试验

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2.测试方法：

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3.使用说明：

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T0224-2024直剪试验

1 目的和适用范围

本试验的目的是为了求出试件沿滑动面的正应力与剪应力的关系，为岩体稳定性分析计算提供岩石抗剪强度参数。本试验适用于岩石结构面(如节理面、层理面、片理面、劈理面等)、混凝土或砂浆与岩石胶结面及岩石本身的直剪试验。

2 仪器设备

(1)切石机、钻石机、磨石机、砂轮机等岩石试件加工设备。

(2)配制混凝土及砂浆设备、养护槽等。

(3)饱和样品设备：水槽、真空抽气设备等。

(4)量测法向和剪切向位移的量表，分度值0.01mm。

(5)游标卡尺：量程200mm,分度值0.02mm。

(6)包括法向和剪切向加载设备的直剪仪，如图T0224-1所示。

图T0224-1 试件安装示意图1-低摩擦系统；2-包封材料；3-岩石试件；4-预留剪切面；5-试件模盒；6-法向载荷系统；7-剪切载荷系统

3 试件制备与描述

3.1 混凝土或砂浆与岩石胶结面试件：

(1)混凝土或砂浆与岩石胶结面试件规格应为正方体，边长不小于150mm,试件高度应与直径或边长相等，其精度应符合本规程第3章的有关规定，混凝土或砂浆与岩石的接触面应位于试件中部。

(2)拟浇注混凝土或砂浆的岩面起伏差，应控制在边长或直径的1%～2%之间。配 置混凝土的材料及配合比应根据设计要求确定。混凝土骨料的最大粒径不应大于边长的1/6。

(3)在浇注混凝土或砂浆的同时，制备3～6块混凝土或砂浆标号试件，用于检查抗压强度。

(4)制备好的混凝土或砂浆与岩石胶结面直剪试件和混凝土或砂浆抗压试件应置于标准养护室内进行养护，达到规定龄期后进行试验，同组试验宜在同一龄期下进行。试验前应测定混凝土强度，在确认混凝土达到预定强度后，应及时进行试验。

3.2 岩质结构面试件：

(1)试件应尽量保持原状结构，防止结构面被扰动。

(2)岩石结构面直剪试验试件的直径或边长不小于150mm,试件高度应与直径或边长相等，结构面应位于试件中部。

(3)对于加工困难的岩样允许采用不规则试件，试件应用高强度的混凝土包裹，在试件与外框之间应填充密实，剪切缝宜控制在10m左右。

3.3 岩石试件：

(1)试件尺寸的确定应考虑仪器的设备能力和岩石本身强度。岩石直剪试验试件的直径或边长不得小于50mm,试件高度应与直径或边长相等；也可采用不规则试件。

(2)试件应用高强度的钢筋混凝土或钢制外框包裹。在试件与外框之间应填充密实。剪切缝宜控制在10mm左右。

3.4 根据需要，试件可采用天然、饱和以及干燥状态。

3.5 每组试件数量为5个。

3.6 试件的描述应符合本规程第3章的有关规定。

4 试验步骤

4.1 试件安装

(1)将试件置于直剪仪上，试件的受剪方向应与预定的或相关部位岩体受剪力方向大致相同。经论证后，确认剪切参数不受施力方向影响时，可不受此限制。试件与剪切盒内壁之间的间隙以填料填实，使试件与剪切盒成为一个整体。预定剪切面应位于剪切缝中部。

(2)法向载荷和剪切载荷的作用方向应通过预定剪切面的几何中心。法向位移测表和剪切位移测表应对称布置，每种测表的数量不宜少于2只。

4.2 施加法向载荷

(1)施加法向载荷前，应读初始稳定读数。

(2)法向载荷最大值宜为工程压力的1.2倍。对于结构面中含有软弱充填物的试件，最大法向载荷应以不挤出充填物为限。法向载荷宜按等差级数分为5级。

(3)法向载荷加载采用时间控制，在法向载荷施加完毕后的第一个小时内，每隔15min读数一次，然后每半小时读数一次。当每小时法向位移不超过0.05mm时，可施加剪切载荷。试验过程中法向载荷应始终保持为常数。

4.3 施加剪切载荷

(1)施加剪切载荷前，应测读各位移测表。

(2)按预估最大剪切载荷分10～12级，每级载荷施加后，立即测读剪切位移和法向位移，5min后再测读一次，即可施加下一级剪切载荷。当剪切位移量明显增大时，可适当减小级差。峰值前施加剪切载荷不宜少于10级。峰值出现以后，应密切注视和测读载荷变化情况及相应的位移。

(3)试件破坏后，应连续施加剪切载荷，直至测出趋于稳定的剪切载荷值为止。

(4)将剪切载荷退至零。根据需要，待试件充分回弹后，调整量表，按以上步骤，进行摩擦试验。

4.4 试验结束后的剪切面描述

(1)应量测剪切面，确定有效剪切面积。

(2)剪切面的破坏情况，擦痕的分布、方向和长度。

(3)剪切面的起伏差，绘制沿剪切方向断面高度的变化曲线。

(4)当结构面内有充填物时，应判断剪切面的位置，并记述其组成成分、性质、厚度、构造。根据需要测定充填物的物理性质，黏土矿物成分。

5 结果整理

5.1 法向应力和剪应力分别按式(T0224-1)、式(T0224-2)计算，计算结果精确至0.01MPa(T0224-1)、(T0224-2)

式中：σ——法向应力(MPa);

T——剪应力(MPa);

P—— 试件破坏时的法向载荷(N);

Q—— 试件破坏时的极限剪切载荷(N);

A—— 有效剪切面积(mm²)。

本试验每组用5个试件作平行测定。

5.2 绘制各法向应力下的剪应力r与剪切位移v、及法向位移v。的关系曲线，其中法向位移和剪切位移均取所有量测仪表的平均值，确定各剪切阶段特征点的剪应力值。

5.3 根据各剪切阶段特征点的剪应力和法向应力值，绘制剪应力r与法向应力σ的关系曲线，采用图解法或最小二乘法取值确定岩石抗剪强度参数。如图T0224-2所示，A、B、C、D、E等各点分别为各试件的测试值。图T0224-2、试件抗剪强度曲线

(1)图解法

直线在坐标上的截距。即为黏聚力，直线的倾斜角φ即为内摩擦角。

(2)最小二乘法按式(T02243)、式(T0224-4)计算黏聚力c内摩擦角φ。

式中：σ——法向应力(MPa);

T——剪应力(MPa)。

5.4 试验记录

内容包括：项目名称、工程名称、取样地点、取样深度、岩石名称、试验编号、试件编号、试件描述、含水状态、混凝土配合比和强度等级、剪切面积、法向载荷下各级剪切载荷时的法向位移及剪切位移、剪切面描述、试验人员、试验日期。

6 报告

内容包括：项目名称、工程名称、取样地点、取样深度、岩石名称、试件描述、试验方法、试验成果、试验人员、试验日期。

条文说明

室内剪切试验测定的通常是岩石的抗剪断强度，常用的方法有直剪试验、变角板剪切试验及三轴试验等，本规程采用的是平推直剪试验方法。

为测定试件内某截面在一定法向应力作用下所承受的最大剪应力，可以采用变角板剪切。变角板剪切采用变角板剪力仪，在45°~70°范围内有4～5个角度可供调整，将试样置于调好角度的变角板中，使上、下剪切板刃口对准试样的预定剪切面，施加载荷直至试件破坏，记录破坏载荷；变换变角板的角度，重复试验内容，完成余下角度的试验。变角板剪切装置见图T0224-3及图T0224-4。

岩石变角板剪切仪试验受诸多因素影响，致使试验成果分散多变，整理困难，所得成果受人为因素影响较大。

2 仪器设备

包封材料——最好用高强度等级水泥、熟石膏或树脂等材料，其强度超过试件的最大强度。

法向载荷系统——根据Grcen G.E. 的介绍资料，在试验全过程中保持法向载荷不变，其变动范围在规定载荷值的2%以内。一般采用液压加荷，均匀分布在试件表面上，其合力垂直作用于剪切面，并通过试件的中心位置。

量测系统——施加法向载荷和剪切载荷的独立量测设备，其精度要求高于试验中可达到的最大作用力的2%。

剪切缝宽度——对于粗糙结构面，剪切缝宽度控制在10～20mm。

剪切位移时的阻力——使用液压千斤顶施加水平剪切载荷时，设备包括滚轴、钢索或类似的低摩擦装置；保证设备对剪切位移的阻力低于试验时施加最大剪切载荷的1%。

4.2 施加的最大法向载荷，一般是指工程设计应力或工程设计压力。在确定试验应力或试验压力时，还要考虑岩石或岩体的强度、岩体的应力状态以及设备的精度和出力。

4.4 当剪切位移量不大时，有效剪切面积直接采用试件剪切面积；当剪断后位移量过大时，采用剪断后试件上下相互重叠的面积作为有效剪切面积。

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