巖體軟弱夾層剪切蠕變試驗

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1、巖體軟弱夾層剪切蠕變試驗主講：付 小 敏成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院 一 、 概 述 二 、 試 驗 儀 器三 、 試 驗 要 點(diǎn)四 、 成 果 整 理巖 體 軟 弱 夾 層 剪 切 蠕 變 試 驗 一 、 概 述 1、 試 驗 目 的 與 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(diǎn) ； 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

2、 科 學(xué) 的依 據(jù) 。 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) 。 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

3、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 。 瞬 時 彈 塑 性 階 段 ； 初 始 蠕 變 階 段 ； 等 速 蠕 變 階 段 ； 加 速 蠕 變 階 段 。 一 、 概 述 二 、 試 驗 儀 器三 、 試 驗 要 點(diǎn)四 、 成 果 整 理巖 體 軟 弱 夾 層 剪 切 蠕 變 試 驗 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)

4、， 同 時 可 進(jìn)行 三 個 試 件 的蠕 變 及 松 馳 試驗 。 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

5、 體 試 件 ： 50mm 50mm 50 mm； 100mm 100mm 100 mm、 200mm 200mm 200 mm 300mm 300mm 300 mm。 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(dú) 立 加 載 和 油缸 復(fù) 位 控 制 功能 。 每 通 道 壓力 0 30MPa可調(diào) 。 3） 加 載 能 力 二 、 試 驗 儀 器機(jī) 號 法 向 荷 載 切 向 荷 載 法 向

6、行 程 切 向 行 程KN KN mm mmA機(jī) 150 300 100 100B機(jī) 300 600 100 100C機(jī) 600 1000 100 100 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 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

7、 直 、 兩 水 平 測點(diǎn) 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 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 一 、 概 述 二 、 試 驗 儀 器三 、 試 驗 要 點(diǎn)四 、 成 果 整 理巖 體 軟 弱 夾 層 剪 切 蠕 變 試 驗 1、 試 驗 前 準(zhǔn) 備 工 作 1） 原 狀 試 樣 現(xiàn) 場 采 制 a、

8、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 。

9、 三 、 試 驗 要 點(diǎn) 三 、 試 驗 要 點(diǎn) 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 p， 以 （ 0.7 0.8） p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 。 2、 試 驗 方 法 對 各 個 試 件

10、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.

11、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 0.8 p。 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(diǎn) 一 、 概 述 二 、 試 驗 儀 器三 、 試 驗 要 點(diǎn)四 、 成 果 整 理巖 體 軟 弱 夾 層 剪 切 蠕

12、變 試 驗 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 或 表 示 。四 、 成 果 整 理 1、 確 定 長 期 強(qiáng) 度

13、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 ()與 時 間 (t)的 關(guān) 系 曲 線 。 四 、 成 果 整 理 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 n和 極 限 長 期強(qiáng) 度 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 、 。 四 、 成 果 整 理2、 剪 切 模 量 的 時 間 效 應(yīng) 根 據(jù) 剪 應(yīng) 力 與 剪 應(yīng) 變 曲 線 中 直 線 段 斜 率 可 確

14、 定剪 切 模 量 G(/)。 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 ： G t ab-t G式 中 ： G 極 限 長 期 剪 切 模 量 a、 b 為 待 定 參 數(shù) 。 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 ： 1ss 粘 滯 系 數(shù) （ Pa ） ；、 分 別 為 剪 應(yīng) 力 和 極 限 長 期 強(qiáng) 度 （ Pa )； 剪 切 應(yīng) 變 速 率 （ ） 。 四 、 成 果 整 理3、 確 定 粘 滯 系 數(shù) 計 算 方 法 ： 根 據(jù) 在 同 一 n值 下不 同 值 與 等 速 蠕 變 曲 線的 斜 率 ， 作 出 關(guān)系 曲 線 。 由 該 圖 的 直 線段 可 以 求 出 在 某 一 法 向應(yīng) 力 作 用 下 的 粘 滯 系 數(shù) 。 隨 著 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