巖體軟弱夾層剪切蠕變試驗第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日一、概述二、試驗儀器三、試驗要點四、成果整理巖體軟弱夾層剪切蠕變試驗第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日一、概述

1、試驗?zāi)康呐c要求：通過試驗得出：1）不同應(yīng)力作用下巖體軟弱夾層隨時間的變形特性；2）了解軟弱夾層蠕變階段發(fā)展的特點；3）求取軟弱夾層的極限長期強(qiáng)度指標(biāo)及流變特性指標(biāo)。為巖土工程的設(shè)計與施工方案提供科學(xué)的依據(jù)。第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日一、概述2、試驗原理：對同一巖性的一組試樣（4～6塊試樣）在相同的法向應(yīng)力的作用下，分別施以不同量級的剪應(yīng)力，得到一簇蠕變曲線。不同量級的剪切應(yīng)力對應(yīng)不同的蠕變曲線形態(tài)。第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日一、概述A、阻尼蠕變：當(dāng)剪應(yīng)力量級小于某一值時，蠕變變形隨時間的增長趨于一穩(wěn)定值，即應(yīng)變速率隨時間逐漸減小，最后趨于零，試件不破壞；B、非阻尼蠕變：當(dāng)剪應(yīng)力超出某一定值時，蠕變隨時間不斷增長，直至破壞。

①——瞬時彈塑性階段；②——初始蠕變階段；

③——等速蠕變階段；④——加速蠕變階段。第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日一、概述二、試驗儀器三、試驗要點四、成果整理巖體軟弱夾層剪切蠕變試驗第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日二、試驗儀器1、儀器簡介：試驗所用設(shè)備“巖石直接剪切流變試驗系統(tǒng)”是本室與“四川大學(xué)”聯(lián)合研制。三臺流變儀形成了一個試驗系統(tǒng)，同時可進(jìn)行三個試件的蠕變及松馳試驗。第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日二、試驗儀器主要測試項目為：1）巖石（含軟弱結(jié)構(gòu)面）直接剪切（單壓）蠕變試驗；2）巖石（含軟弱結(jié)構(gòu)面）直接剪切（單壓）松弛試驗；3）巖石（含軟弱結(jié)構(gòu)面）直接剪切（單壓）常規(guī)試驗；4）巖石（含軟弱結(jié)構(gòu)面）等剪切速率控制全過程直接剪切試驗。2、系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格：1）試件尺寸：采用立方體試件：50mm×50mm×50mm；

100mm×100mm×100mm、200mm×200mm×200mm

300mm×300mm×300mm。第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日

單軸壓縮試驗可采用圓柱或方試件，最大高度為400mm，最大邊長或直徑300mm。二、試驗儀器2）液壓系統(tǒng)采用六通道回路液壓穩(wěn)壓器，每通道具獨立加載和油缸復(fù)位控制功能。每通道壓力0～30MPa可調(diào)。第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日

3）加載能力

二、試驗儀器機(jī)號法向荷載切向荷載法向行程切向行程KNKNmmmmA機(jī)150300100100B機(jī)300600100100C機(jī)6001000100100第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日

4）測量系統(tǒng)

a、荷載測量荷載采用荷載傳感器測量，各單元量程同前表。

二、試驗儀器垂直荷載傳感器垂直荷載傳感器垂直千斤頂水平千斤頂?shù)谑豁?，共二十五頁?022年，8月28日

b、位移測量采用差動變壓器式高精度位移傳感器測量試件變形。設(shè)置位移測量16路。其中10mm量程的12路（每機(jī)采用兩垂直、兩水平測點測量），另備30mm與50mm量程各2路，主要用于主機(jī)（B）的大量程剪切位移測量。二、試驗儀器垂直位移傳感器1垂直位移傳感器2第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日c、各路荷載和位移測量值均由專用計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動采集。二、試驗儀器第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日一、概述二、試驗儀器三、試驗要點四、成果整理巖體軟弱夾層剪切蠕變試驗第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日1、試驗前準(zhǔn)備工作1）原狀試樣現(xiàn)場采制

a、軟弱夾層厚度大于2cm時，用環(huán)刀切取原狀試樣。

b、軟弱夾層厚度小于2cm時，用取樣機(jī)，切取包括軟弱夾層上、下部分的堅硬巖層為整體試件。軟弱夾層的面積不小于15cm×15cm；軟弱夾層與上、下部分的堅硬巖層不致分離。2）原狀試樣室內(nèi)加工用水泥砂漿使試樣固定在上、下剪切盒中；剪切縫1～2mm；

剪切縫對準(zhǔn)軟弱夾層中最薄弱的層位。

三、試驗要點第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日三、試驗要點3）試驗應(yīng)力量級預(yù)測

a、法向應(yīng)力預(yù)測：軟弱夾層的厚度、軟硬強(qiáng)度以及與試樣面積的比例；一般情況最大法向應(yīng)力不超過0.3MPa。b、剪切應(yīng)力量級預(yù)測根據(jù)軟弱夾層的快剪峰值強(qiáng)度τp，以（0.7～0.8）τp作為試驗時最終剪切應(yīng)力量級預(yù)測的參考值。4）試驗環(huán)境

a、保證恒溫；b、保證恒濕。第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日2、試驗方法對各個試件施加不同量級的法向應(yīng)力，使之固結(jié)穩(wěn)定；再施加不同量級的剪應(yīng)力，每一級剪應(yīng)力施加后，觀察并記錄其剪應(yīng)變值，一般歷時7～10d；待穩(wěn)定后，施加下一級別的剪應(yīng)力。如此，逐級增加剪切應(yīng)力量級，直到試件破壞。1）一組試件——4～6個；2）法向應(yīng)力的級序一般采用：0.05、0.1、0.2、0.3MPa；3）施加法向應(yīng)力后，固結(jié)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：變形量＜0.005mm/小時；4）每塊試件施加的剪切應(yīng)力一般不少于四級，最后一級剪切應(yīng)力的量級約為0.8τp。5）剪切應(yīng)力施加后，記錄試件剪切位移的時間序列為：5min、10min、30min、1h、5h、10h、1d、2d直到試件變形穩(wěn)定；6）穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：剪應(yīng)變～時間曲線上斜率為零。三、試驗要點第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日一、概述二、試驗儀器三、試驗要點四、成果整理巖體軟弱夾層剪切蠕變試驗第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日1、確定長期強(qiáng)度指標(biāo)1）概念：從物理意義上來說，巖石的應(yīng)力越大，達(dá)到破壞所需的時間越短，而應(yīng)力越小，達(dá)到破壞需要的時間越長。如應(yīng)力小于某一臨界值時，無論應(yīng)力作用時間多長，巖石也不破壞。這一臨界值即為極限長期強(qiáng)度。也就是說巖石在無限長時間內(nèi)因蠕變達(dá)到破壞時的應(yīng)力值，以τ∞或σ∞表示。四、成果整理第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日1、確定長期強(qiáng)度指標(biāo)2）繪制巖體軟弱夾層在不同法向應(yīng)力作用下蠕變過程的剪應(yīng)變(γ)與時間(t)的關(guān)系曲線。

四、成果整理第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日四、成果整理1、確定長期強(qiáng)度指標(biāo)3）根據(jù)試樣的法向應(yīng)力σn和極限長期強(qiáng)度τ∞值，在直角坐標(biāo)系上繪制曲線，由此可求得巖體軟弱夾層的蠕變極限長期強(qiáng)度參數(shù)C∞、φ∞。第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日四、成果整理2、剪切模量的時間效應(yīng)根據(jù)剪應(yīng)力τ與剪應(yīng)變γ曲線中直線段斜率可確定剪切模量G(τ/γ)。t很短（相當(dāng)于快剪）時，G為瞬時剪切模量G0，隨著t增長，G降低，為蠕變剪切模量。泥化夾層：

Gt＝ab-t＋G∞式中：

G∞—極限長期剪切模量

a、b－為待定參數(shù)。第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日四、成果整理3、確定粘滯系數(shù)巖石的流動特性采用粘滯系數(shù)來表征，與剪應(yīng)力及極限長期強(qiáng)度有下列關(guān)系：第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日四、成果