陸建港

(貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

1 試驗(yàn)?zāi)康暮瓦m用的范圍

巖石直剪試驗(yàn)是對(duì)同種類型試驗(yàn)巖樣施加不同的法向荷載，用平推法施加水平剪切力，直至試件發(fā)生剪切破壞為止，然后在利用莫爾庫(kù)侖定律來(lái)確定相應(yīng)巖石的抗剪強(qiáng)度的參數(shù)：內(nèi)摩擦角（φ） 和粘聚力（C）[1-2]。

2 儀器設(shè)備

1） 鉆石機(jī)、切石機(jī)、磨石機(jī)等試驗(yàn)巖樣加工的工具。

2） 配制混凝土及砂漿的相關(guān)設(shè)備以及養(yǎng)護(hù)設(shè)備。

3） 測(cè)量法向和剪切向位移的量表，精度0.01mm。

4） 游標(biāo)卡尺。

5） 直剪儀：本次試驗(yàn)使用的是由中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所自行研制RMT301 巖石與混凝土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)。

3 試樣準(zhǔn)備

巖石試樣取自貴州省貴陽(yáng)市軌道交通工程，所取巖樣很難加工成為邊長(zhǎng)為200mm×200mm×200mm 的標(biāo)準(zhǔn)立方體。因此采用200mm×200mm×200mm 的混凝土試件模具，將切割的白云巖試件放在模具中心地位，然后在利用高強(qiáng)混凝土嚴(yán)格填充巖石周邊的空隙，并在巖石高度一半的位置預(yù)留10mm左右的剪切縫，如圖1 所示，以確保試驗(yàn)試件符合規(guī)范的要求。

圖1 拆模后的試件

4 試驗(yàn)步驟

1） 把試驗(yàn)試件安放到直剪儀上，將試件與剪切盒組裝成為一個(gè)整體。

2） 試件安放完畢，調(diào)整位移傳感器，觀察電腦顯示屏上位移數(shù)字的變化，使位移傳感器的位移范圍在0.2mm~0.6mm 之間。

3） 在電腦上輸入不同法向應(yīng)力的大小和預(yù)判剪切應(yīng)力值，以及相應(yīng)的剪切位移相對(duì)值，最后輸入試件尺寸大小，開始試驗(yàn)。

5 抗剪切強(qiáng)度（直剪） 試驗(yàn)結(jié)果分析

1） 法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力可按照式（1）、式（2） 進(jìn)行計(jì)算：

式中，σ：法向應(yīng)力（MPa）；

P：法向荷載（N）；

A：有效剪切面積（mm2）；

τ ：剪應(yīng)力（MPa）；

Q：剪切荷載（N）。

2） 根據(jù)不同試件不同剪切階段的最大的剪應(yīng)力和法向應(yīng)力值，如表1 所示。通過(guò)最小二乘法繪制試件剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系圖，并以此計(jì)算巖石試件的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。通過(guò)庫(kù)倫表達(dá)式（3）、（4） 可以計(jì)算巖石的摩擦系數(shù)tan 和凝聚力c：

式中，tan ：摩擦系數(shù)；

C：凝聚力（MPa）；

n：法向應(yīng)力為σn 時(shí)的巖石極限剪切應(yīng)力（MPa）；

1：法向應(yīng)力為σ1 時(shí)的巖石極限剪切應(yīng)力（MPa）；

σn：大于σ1 時(shí)的法向應(yīng)力（MPa）；

σ1：法向應(yīng)力（MPa）。

將所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的剪應(yīng)力與法向應(yīng)力繪制到σ- 的二維坐標(biāo)圖像上，通過(guò)最小二乘法擬合剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的散點(diǎn)圖，然后繪制出關(guān)系曲線，泥質(zhì)白云巖的剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系函數(shù)為：τ=2.31σ+2.64（見圖2）[3-4]。

表1 抗剪切強(qiáng)度（直剪） 試驗(yàn)結(jié)果

圖2 剪應(yīng)力與法向應(yīng)力關(guān)系圖

根據(jù)σ-τ 的函數(shù)關(guān)系可知泥質(zhì)白云巖的內(nèi)摩擦角為tanφ=2.31（φ=66.59°），粘聚力c=2.64MPa。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)巖石的抗剪切強(qiáng)度（直剪） 試驗(yàn)，在利用莫爾庫(kù)侖定律計(jì)算出巖石的抗剪強(qiáng)度的參數(shù)：內(nèi)摩擦角tan =2.31（=66.59°），粘聚力c=2.64MPa。