岩体软弱夹层剪切蠕变试验

岩体软弱夹层剪切蠕变试验主讲：付 小 敏成都理工大学环境与土木工程学院 一 、 概 述 二 、 试 验 仪 器三 、 试 验 要 点四 、 成 果 整 理岩 体 软 弱 夹 层 剪 切 蠕 变 试 验 一 、 概 述 1、 试 验 目 的 与 要 求 ： 通 过 试 验 得 出 ： 1） 不 同 应 力 作 用 下 岩 体 软 弱 夹 层 随 时 间 的变 形 特 性 ； 2） 了 解 软 弱 夹 层 蠕 变 阶 段 发 展 的 特 点 ； 3） 求 取 软 弱 夹 层 的 极 限 长 期 强 度 指 标 及 流变 特 性 指 标 。 为 岩 土 工 程 的 设 计 与 施 工 方 案 提 供 科 学 的依 据 。 一 、 概 述2、 试 验 原 理 ： 对 同 一 岩 性 的 一 组试 样 （ 4 6块 试 样 ）在 相 同 的 法 向 应 力 的作 用 下 ， 分 别 施 以 不同 量 级 的 剪 应 力 ， 得到 一 簇 蠕 变 曲 线 。 不同 量 级 的 剪 切 应 力 对应 不 同 的 蠕 变 曲 线 形态 。 一 、 概 述A、 阻 尼 蠕 变 ： 当 剪 应 力 量 级 小 于 某 一 值 时 ，蠕 变 变 形 随 时 间 的 增 长 趋 于 一 稳定 值 ， 即 应 变 速 率 随 时 间 逐 渐 减小 ， 最 后 趋 于 零 ， 试 件 不 破 坏 ；B、 非 阻 尼 蠕 变 ： 当 剪 应 力 超 出 某 一 定 值 时 ，蠕 变 随 时 间 不 断 增 长 ， 直 至 破 坏 。 瞬 时 弹 塑 性 阶 段 ； 初 始 蠕 变 阶 段 ； 等 速 蠕 变 阶 段 ； 加 速 蠕 变 阶 段 。 一 、 概 述 二 、 试 验 仪 器三 、 试 验 要 点四 、 成 果 整 理岩 体 软 弱 夹 层 剪 切 蠕 变 试 验 二 、 试 验 仪 器1、 仪 器 简 介 ： 试 验 所 用 设备 “ 岩 石 直 接剪 切 流 变 试 验系 统 ” 是 本 室与 “ 四 川 大 学 ”联 合 研 制 。 三台 流 变 仪 形 成了 一 个 试 验 系统 ， 同 时 可 进行 三 个 试 件 的蠕 变 及 松 驰 试验 。 二 、 试 验 仪 器主 要 测 试 项 目 为 ： 1） 岩 石 （ 含 软 弱 结 构 面 ） 直 接 剪 切 （ 单 压 ） 蠕 变 试 验 ； 2） 岩 石 （ 含 软 弱 结 构 面 ） 直 接 剪 切 （ 单 压 ） 松 弛 试 验 ； 3） 岩 石 （ 含 软 弱 结 构 面 ） 直 接 剪 切 （ 单 压 ） 常 规 试 验 ； 4） 岩 石 （ 含 软 弱 结 构 面 ） 等 剪 切 速 率 控 制 全 过 程 直 接 剪切 试 验 。2、 系 统 技 术 规 格 ：1） 试 件 尺 寸 ： 采 用 立 方 体 试 件 ： 50mm 50mm 50 mm； 100mm 100mm 100 mm、 200mm 200mm 200 mm 300mm 300mm 300 mm。 单 轴 压 缩 试 验 可 采 用 圆 柱 或 方 试 件 ， 最 大 高 度 为400mm， 最 大 边 长 或 直 径 300mm。 二 、 试 验 仪 器2） 液 压 系 统 采 用 六 通 道回 路 液 压 稳 压器 ， 每 通 道 具独 立 加 载 和 油缸 复 位 控 制 功能 。 每 通 道 压力 0 30MPa可调 。 3） 加 载 能 力 二 、 试 验 仪 器机 号 法 向 荷 载 切 向 荷 载 法 向 行 程 切 向 行 程KN KN mm mmA机 150 300 100 100B机 300 600 100 100C机 600 1000 100 100 4） 测 量 系 统 a、 荷 载 测 量 荷 载 采 用 荷 载 传感 器 测 量 ， 各 单 元量 程 同 前 表 。 二 、 试 验 仪 器垂 直 荷 载 传 感 器垂 直 荷 载 传 感 器 垂 直 千 斤 顶 水 平 千 斤 顶 b、 位 移 测 量 采 用 差 动 变 压 器 式 高 精度 位 移 传 感 器 测 量 试 件 变形 。 设 置 位 移 测 量 16路 。其 中 10mm量 程 的 12路 （ 每机 采 用 两 垂 直 、 两 水 平 测点 测 量 ） ， 另 备 30mm与50mm量 程 各 2路 ， 主 要 用于 主 机 （ B） 的 大 量 程 剪 切位 移 测 量 。 二 、 试 验 仪 器垂 直 位 移 传 感 器 1垂 直 位 移 传 感 器 2 c、 各 路 荷 载 和 位 移 测 量 值 均 由 专 用 计 算 机的 数 据 采 集 系 统 自 动 采 集 。二 、 试 验 仪 器 一 、 概 述 二 、 试 验 仪 器三 、 试 验 要 点四 、 成 果 整 理岩 体 软 弱 夹 层 剪 切 蠕 变 试 验 1、 试 验 前 准 备 工 作 1） 原 状 试 样 现 场 采 制 a、 软 弱 夹 层 厚 度 大 于 2cm时 ， 用 环 刀 切 取 原 状 试 样 。 b、 软 弱 夹 层 厚 度 小 于 2cm时 ， 用 取 样 机 ， 切 取 包 括 软弱 夹 层 上 、 下 部 分 的 坚 硬 岩 层 为 整 体 试 件 。 软 弱 夹 层 的 面 积 不 小 于 15cm 15cm； 软 弱 夹 层 与 上 、 下 部 分 的 坚 硬 岩 层 不 致 分 离 。 2） 原 状 试 样 室 内 加 工 用 水 泥 砂 浆 使 试 样 固 定 在 上 、 下 剪 切 盒 中 ； 剪 切 缝 1 2mm； 剪 切 缝 对 准 软 弱 夹 层 中 最 薄 弱 的 层 位 。 三 、 试 验 要 点 三 、 试 验 要 点 3） 试 验 应 力 量 级 预 测 a、 法 向 应 力 预 测 ： 软 弱 夹 层 的 厚 度 、 软 硬 强 度 以 及 与 试 样 面 积 的 比 例 ； 一 般 情 况 最 大 法 向 应 力 不 超 过 0.3MPa。 b、 剪 切 应 力 量 级 预 测 根 据 软 弱 夹 层 的 快 剪 峰 值 强 度 p， 以 （ 0.7 0.8） p作 为试 验 时 最 终 剪 切 应 力 量 级 预 测 的 参 考 值 。 4） 试 验 环 境 a、 保 证 恒 温 ； b、 保 证 恒 湿 。 2、 试 验 方 法 对 各 个 试 件 施 加 不 同 量 级 的 法 向 应 力 ， 使 之 固 结 稳 定 ； 再 施 加不 同 量 级 的 剪 应 力 ， 每 一 级 剪 应 力 施 加 后 ， 观 察 并 记 录 其 剪 应 变值 ， 一 般 历 时 7 10d； 待 稳 定 后 ， 施 加 下 一 级 别 的 剪 应 力 。 如 此 ，逐 级 增 加 剪 切 应 力 量 级 ， 直 到 试 件 破 坏 。 1） 一 组 试 件 4 6个 ； 2） 法 向 应 力 的 级 序 一 般 采 用 ： 0.05、 0.1、 0.2、 0.3MPa； 3） 施 加 法 向 应 力 后 ， 固 结 稳 定 标 准 ： 变 形 量 0.005mm /小 时 ； 4） 每 块 试 件 施 加 的 剪 切 应 力 一 般 不 少 于 四 级 ， 最 后 一 级 剪 切应 力 的 量 级 约 为 0.8 p。 5） 剪 切 应 力 施 加 后 ， 记 录 试 件 剪 切 位 移 的 时 间 序 列 为 ： 5min、10min、 30min、 1h、 5h、 10h、 1d、 2d直 到 试 件 变 形 稳 定 ； 6） 稳 定 标 准 ： 剪 应 变 时 间 曲 线 上 斜 率 为 零 。三 、 试 验 要 点 一 、 概 述 二 、 试 验 仪 器三 、 试 验 要 点四 、 成 果 整 理岩 体 软 弱 夹 层 剪 切 蠕 变 试 验 1、 确 定 长 期 强 度 指 标 1） 概 念 ： 从 物 理 意 义 上 来 说 ， 岩 石 的 应 力 越 大 ， 达 到 破 坏 所需 的 时 间 越 短 ， 而 应 力 越 小 ， 达 到 破 坏 需 要 的 时 间 越 长 。 如 应 力小 于 某 一 临 界 值 时 ， 无 论 应 力 作 用 时 间 多 长 ， 岩 石 也 不 破 坏 。 这一 临 界 值 即 为 极 限 长 期 强 度 。 也 就 是 说 岩 石 在 无 限 长 时 间 内 因 蠕变 达 到 破 坏 时 的 应 力 值 ， 以 或 表 示 。四 、 成 果 整 理 1、 确 定 长 期 强 度 指 标 2） 绘 制 岩 体 软 弱 夹 层 在 不 同 法 向 应 力 作 用 下 蠕 变过 程 的 剪 应 变 ()与 时 间 (t)的 关 系 曲 线 。 四 、 成 果 整 理 四 、 成 果 整 理1、 确 定 长 期 强 度 指 标 3） 根 据 试 样 的 法向 应 力 n和 极 限 长 期强 度 值 ， 在 直 角 坐标 系 上 绘 制 曲 线 ， 由此 可 求 得 岩 体 软 弱 夹层 的 蠕 变 极 限 长 期 强度 参 数 C 、 。 四 、 成 果 整 理2、 剪 切 模 量 的 时 间 效 应 根 据 剪 应 力 与 剪 应 变 曲 线 中 直 线 段 斜 率 可 确 定剪 切 模 量 G(/)。 t很 短 （ 相 当 于 快 剪 ） 时， G为 瞬 时 剪 切 模 量 G0， 随着 t增 长 ， G降 低 ， 为 蠕 变剪 切 模 量 。 泥 化 夹 层 ： G t ab-t G式 中 ： G 极 限 长 期 剪 切 模 量 a、 b 为 待 定 参 数 。 四 、 成 果 整 理3、 确 定 粘 滞 系 数 岩 石 的 流 动 特 性 采 用 粘 滞 系 数 来 表 征 ， 与 剪 应 力 及 极 限长 期 强 度 有 下 列 关 系 ： 1ss 粘 滞 系 数 （ Pa ） ；、 分 别 为 剪 应 力 和 极 限 长 期 强 度 （ Pa )； 剪 切 应 变 速 率 （ ） 。 四 、 成 果 整 理3、 确 定 粘 滞 系 数 计 算 方 法 ： 根 据 在 同 一 n值 下不 同 值 与 等 速 蠕 变 曲 线的 斜 率 ， 作 出 关系 曲 线 。 由 该 图 的 直 线段 可 以 求 出 在 某 一 法 向应 力 作 用 下 的 粘 滞 系 数 。 随 着 n的 增 大 而 增大 。 00.2 0.40.6 0.81 1.21.4 1.6 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 (MPa) （s -1 ) n = 1