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实验三 岩石的剪切强度试验

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实验三 岩石的剪切强度试验
一、实验目的与要求
岩石在剪切载荷作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度，是反
映岩石力学性质的重要参数之一。剪切实验根据剪切面上有无正应力分为直剪实验和压剪实
验。通过采用压剪实验即角模压剪实验测得岩石的内摩擦角和黏聚集力。
通过本实验要了解标准试件的加工机械、加工过程及检测程序了解岩石抗剪实验所用模
具的结构组成、掌握实验过程及实验数据处理的方法。
二、实验仪器
（一）设备
1. 材料实验机。
2. 岩石试样加工机械：锯石机、磨石机或磨床。
3. 变角剪切夹具。
（二）量具
1. 游标卡尺，精度0.02mm。
2. 钢板尺。
3. 直角尺。
4. 百分表架。
5. 百分表。
6. 水平检测台。
三、试件规格、加工精度、数量
(一) 标准试件
采用5cm×5cm×5cm的正方形试件。
(二) 加工精度

1. 试件各边长公差不得超过+0.3−0.1mm
2. 两端面不平行度不大于0.1mm。
3. 相邻两平面的不垂直度：将试件放在水平检测台上，用直角尺紧贴试件垂直边侧，要求
两者之间无明显缝隙
(三) 试件数量
应根据实验方式确定，当取5个以上的剪切角度，每个角度下做一个试件的剪切试验时，
所需试件最低数量为5个；当取3个角度，每个角度下做3个试件的剪切实验，取其算术平
均值时，所需试件最低数量为9个。当采取第二种实验方式时，在计算平均值的同时，应计
算偏离度。若偏离度超过20%，则应增补试件数量，使偏离度不大于20%。
四、实验原理
通过变角剪切夹具作用在试块上的力P可分解为与剪切面垂直的正应力和与剪切面平
行的剪应力。当P大到某一值时，剪应力大于岩石的黏聚力与因正应力而产生的摩擦力之和
时，岩石即被剪切破坏。此时，可通过已知的α值和破坏载荷P，计算得到几组正应力σ和
剪应力τ，最终通过绘图和计算求得岩石的黏聚力C与内摩擦角ψ。
五、实验内容
1. 了解标准试件的加工机械、检测机具，规程对尺寸和精度的要求及检测方法；
2. 学会材料实验机的操作方法及变角剪切模具的使用方法；
3. 学会变角剪切实验方法，岩石的内摩擦角及黏聚力的计算方法。
六、实验步骤
1. 对岩石进行分组编号，记为1组（1,2,3号），2组（4,5,6号），3组（7,8,9号）填入表1
内；
2. 1组试件剪切角均为70°，2组试件剪切角均为60°，3组试件剪切角均为50°，在试
件上画出剪切线；
3. 检查试件加工精度，测量试件尺寸，并填入表1内；
4. 选择压力机度盘值时，一般满足下式：0.2P05. 调整材料试验机度盘指针为零，使材料试验机处于工作状态。将已调好角度的变角剪切
夹具下座放在材料实验机上，使中心线与承压板中心线重合，装上试件并安好夹具上座，
调整承压板球形座，使变角剪切夹具受力均匀。按操作规程开动材料试验机，施加数百
牛载荷，检查试件及变角夹具放置是否良好，若产生偏载需卸载重调。
6. 夹具与试件调整好后，以0.5~1.0MPa/s的速度加载直至试件破坏。加载时，人员应离
开工作台，并采取适当的保护措施。
7. 对试件破坏情况进行描述或者拍摄。
七、实验数据处理
表1
岩石分组编号 第一组 第二组 第三组

1 2 3 4 5 6 7 8 9
剪切面积F/(cm2) 49

剪切角度α/(°) 70° 60° 50°
破坏载荷P/KN 8.761 45.810 18.495 17.624 16.146 26.111 31.098 26.128 49.854
平均破坏载荷P/KN 13.628 19.959 35.693

(注：为方便剪切面积取其截面积)
(一) 剪切破坏面上正应力和剪应力

σ1=10cFP1os=0.625MPa

σ3=10cFP2os=1.29MPa
同理 σ4=1.798MPa σ5=1.648MPa σ6=2.664MPa
σ7=3.173MPa σ8=2.666MPa σ9=5.087MPa

τ1=10sinFP1=1.68MPa
τ3=10sinFP2=3.547 MPa
同理τ4=3.115MPa τ5=2.854MPa τ6=4.615MPa
τ7=5.496MPa τ8=4.617MPa τ9=8.811MPa

平均正应力：σp1=21(σ1+σ3)=0.958MPa

σp2=31(σ4+σ5+σ6)= 2.036 MPa
σp3=31(σ7+σ8+σ9)=3.642MPa
平均剪切力：τp 1=21(τ1+τ3)= 2.614MPa
τp 2=31(τ4+τ5+τ6)= 3.528MPa
τp 3=31(τ7+τ8+τ9)= 6.308MPa
(二) 偏离度的计算

Mσ1=1)(12nnipi=0.47MPa Mσ2=0.548MPa Mσ3=1.267MPa

Mτ1=1)(12nnipi=1.302MPa Mτ2=0.950MPa Mτ3=2.212MPa
Vσ1=%100Mp=49.1% Vσ2=26.9% Vσ3=34.8%
Vτ1=%100Mp=50.5% Vτ2 =26.9% Vτ2 =35.15%
(三) 绘制岩石强度曲线
分析：由于此次实验数据不符合要求，其主要原因是试件不标准，故不处理实现数据，
仅将方法罗列如下
1. 将各测定角度下的平均正应力和平均剪应力画在σ—τ直角坐标系中，用曲线板连成曲
线。
2. 为便于工程上的应用，可将岩石强度曲线简化为直线，简化后可以用下列方程表示
τ=C+σtanφ
式中 C—岩石强度曲线在τ轴上的截距，即岩石的黏聚力；
Φ—岩石强度的倾角，即岩石的内摩擦角
岩石强度曲线的简化方法：在曲线上各点间做直线，是该直线通过的点最多，并使不在
直线上的点均匀分布在直线的两侧，各点据直线距离最小，该直线即为反应实验结果的最佳
直线。
(四) C和Φ的计算
在简化后的直线上任意取点1和2，求出剪应力τ1和τ2、正应力σ1和σ2，代入下
面公式，即可求出。
C=τ2-σ2tanφ

Φ=tan−1τ2−τ1σ2−σ1
八、误差分析
1. 试件加工过程中存在误差、不能完全接近标准试件；
2. 实验设备本身的系统误差

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岩土工程测试现场直接剪切试验课件

岩土工程测试现场直接剪切试验课件

无法全面反映土体的力学性质和 变形特性。
最后，由于试验条件和操作方法 的限制，直接剪切试验结果的重 复性和精度也可能会受到影响。
改进方向
为了克服直接剪切试验的缺点，提高 其测试结果的准确性和可靠性，可以 采取以下改进措施
其次，可以针对不同的土体类型和工 程需求，开展多参数测试和综合分析， 以更全面地反映土体的力学性质和变 形特性。
实例三：某大楼的岩土工程测试
试验步骤
1. 在大楼地基周围选择合适的位置，进行土壤 取样和原位测试。
2. 将直接剪切仪安装到测试位置，并调整水平 度和垂直度。
实例三：某大楼的岩土工程测试
01
3. 进行预加载，以消除仪器间隙 和土壤孔隙水压力。
02
4. 逐级加载，记录位移、力和土 壤力学参数的变化。
首先，可以采用先进的压力控制系统 和数据采集系统，提高试验设备的精 度和自动化程度，减少人为操作对试 验结果的影响。
最后，可以通过优化试验条件和方法， 提高试验结果的重复性和精度，为岩 土工程设计和施工提供更可靠的依据。
实例一：某大桥的岩土工程测试
试验目的
确定大桥桥墩的稳定性，以及在 不同负载条件下的土壤力学性质。
撰写报告
根据试验结果和分析结果，撰写 直接剪切试验报告，报告应包括 试验目的、试验过程、结果分析、
结论等部分。
数据处理
数据收集
对试验过程中采集的数据进行整理和分类，确保 数据的准确性和完整性。
数据清洗
对采集的数据进行清洗，去除异常值和重复值， 确保数据的质量。
数据转换
根据试验要求，对数据进行转换和计算，例如将 采集的原始数据转换为土的强度指标。
试验设备
直接剪切仪、压力控制装置、位 移传感器等。
现场岩石力学参数测试方法

现场岩石力学参数测试方法

现场岩石力学参数测试方法现场岩石力学参数测试是指在实地采集岩石标本、岩芯、岩土等材料，通过对这些材料进行一系列实验、测试、分析，获取和确定岩石力学参数的一种方法。

这些参数包括抗压强度、抗拉强度、剪切强度等，是岩石力学研究和工程设计的重要依据。

下面将介绍一些常见的现场岩石力学参数测试方法。

1.岩石采样现场采用岩石采样器，如岩芯钻机、取样器等，对目标岩石进行采样，采取完整的岩样，使其具有代表性。

2.岩样制备采样回到实验室后，对岩样进行切割、平整和修整，制备成规定尺寸的标准试样。

在制备过程中，需要注意使试样表面平整、无杂质。

3.抗压强度测试抗压强度是岩石最常见的力学性能指标之一、常用的测试方法有单轴抗压试验和三轴抗压试验。

单轴抗压试验：将规定大小的试样放入试样夹持装置中，然后以一定的载荷速率沿垂直于试样轴向施加压力，记录载荷和位移的关系，从而计算得出岩石的抗压强度。

三轴抗压试验：在一定的围压下，利用压克力装置施加规定速率的轴向载荷，测定岩样受压断裂的应力与轴向应变关系，从而计算得出岩石的抗压强度。

4.抗拉强度测试抗拉强度是一种常见的破坏性力学指标，用于评估岩石的抗拉性能。

常用的测试方法有拉伸试验和剪切试验。

拉伸试验：将规定大小的试样置于拉伸装置中，施加恒定的载荷，在岩样上产生拉伸应力，记录载荷和变形的关系，从而计算得出岩石的抗拉强度。

剪切试验：将规定大小的试样置于剪切装置中，施加剪切载荷，记录载荷和位移的关系，从而计算得出岩石的剪切强度。

5.岩石变形特性测试岩石的变形特性是指岩石在加载过程中的应力-应变关系，常用指标包括弹性模量、泊松比等。

测试方法主要有弹性模量试验和泊松比试验。

弹性模量试验：将试样放入弹性模量测试装置中，施加规定载荷，在岩样上产生应变，记录载荷和应变的关系，从而计算得出岩石的弹性模量。

泊松比试验：将试样置于泊松比测试装置中，施加规定载荷，在试件上产生应变，记录载荷和应变的关系，从而计算得出岩石的泊松比。

岩体力学试验指导书

岩体力学试验指导书

岩石力学试验指导书王 生 编 写吉林大学2009 年 5 月 18 日目录前 言…..………………………………………………….1实验一岩石抗压强度实验………………………………….2实验二岩石变形（弹性模量与泊松比）实验.....................6实验三岩石抗拉强度实验………………………………….12实验四岩石抗剪断强度实验……………………………….16实验五岩石三轴剪切强度实验…………………………….21六试验报告的基本要求………………………………..25七问答思考题 ………………………………………..26前言岩体力学是一门基础理论学科，同时也是一门实践性很强的学科。

试验课的内 容也是本学期重要的教学环节之一。

它不仅是消化和巩固课堂讲授内容的有效途 径，也是以后工作中、工程上常遇见的重要指标。

所以，通过室内岩石力学试验，使同学们更好地巩固和深化理解课堂上所学的 专业理论知识，掌握室内试验的基本原理、方法和步骤，培养同学们动手能力，掌 握试验基本功，进行资料整理，分析试验结果的可靠程度，提交试验报告，都具有 重要的实际意义。

目前，随着国民经济的迅猛发展，建筑工程日趋大型化，地基基础埋深不断增 加。

例如，大中型城市高层建筑物、核电站、地铁、公路、铁路线路及隧洞、煤田、 露天开采、石油、冶金、矿山开采、竖井及巷道、筑路、架桥、水利水电、交通运 输、山体边坡、水库坝基、工业与民用建筑和国防建设的需要，对地表及深部的基 岩性质作全面的了解，尤其是近些年建筑石材的开发和利用，都需要有室内试验， 提供试验数据，供设计部门、生产单位合理利用。

目的与意义：岩石力学实验教学是《岩体力学》课程教学计划中实践教学的主 要环节。

岩石力学实验教学的目的在于通过实验教学使学生了解并掌握岩石力学性 质实验的基本方法、操作步骤，了解仪器设备的性能，以及使用中的注意问题。

同 时培养学生实际动手能力和解决实际问题的工作能力，并通过实验进一步加深理解 岩石力学性质的物理本质，以及力学破坏机理，为以后的生产工作，科学研究奠定 实验工作基础， 岩石抗压、抗拉、抗剪断、岩石三轴试验是岩石力学性质的主要组成部分。

现场岩体直剪切验

现场岩体直剪切验


50cm，试体高度不宜小于边长的2/3，试体间距应大于1.5
倍试体最短边长。 （3）试体的推力部位应留有安装千斤顶的足够空间，平 推法应开挖千斤顶槽。
（4）在试验之前，先测定混凝土的强度，以供试验分析
资料用。
（5）试体浇注完毕，即可注水饱和，同时对混凝土进行 养护，待28天后，即可进行试验。有时因工作需要，需 提早进行试验，在浇注混凝土时可适当添加些速凝剂， 待混凝土标号达到要求后即可试验。
在极限状态下，应力条件应满足库仑公式：
qmaxcosα σtan C
qmax σtan C cosα
只要预估出剪切面上的f（摩擦系数，tanυ）、C值，α
＝15°，σ也可给定，即可计算qmax。然后乘以剪切面积F
就是Qmax，按Qmax分级加载试验。
3）同步加减荷载计算
在试验过程中，为了保持剪切面上的正应力σ为常数， 因此逐级施加q的同时，须同步成少p值。同步加减的荷 载按下式计算：
布置方案，但就剪切荷载施加的方式只有两种，因此，按
剪切荷载施加的不同方式，分为两种试验方法：即平推法 试验和斜推法试验，如图8—2。
4．岩体现场载荷试验
岩体现场载荷试验是为确定地基破坏时的极限荷载所 做的试验。它可以为工程设计提供岩体地基的允许承载力
数据。通常只有半坚硬及软弱岩体才做此项试验。该试验
（2）施力公式推导
1）应力计算
法向应力： σ＝P/F＋Qsinα/F＝p＋qsinα （记P/F＝p，Q/F=q） 切向应力：
τ= Qcosα/F ＝qcosα
2) 最大单位推力qmax的估算
在试验进行之前，需要预估试体发生剪切破坏时的
最大单位推力qmax，从而计算出斜向总荷载Q。据此，可 在试验过程中分级施加斜向推力，直至试体剪断。