岩体抗剪强度试验

研究岩石抗剪强度的目的主要是为大坝、边坡和地下洞室岩体稳定性分析提供抗剪强度参数。获得岩石抗势强度的常规试验方法主要有直剪试验和三轴试验。

岩石直剪试验在实验室或现场进行，分为岩块（或岩体)抗剪强度试验、结构面（或软弱夹层)抗剪强度试验、混凝土与基岩接触面抗剪强度试验，现场直剪试验是测定岩体抗剪强度最常用的方法，在平硐、基坑、甚至在大口径钻孔中均可进行。试验前可预先选择破坏面的位置，(或软弱夹层)抗剪强度试验、混凝土与基岩接触面抗剪强度试验。现场直剪试验是测定岩体抗剪强度最常用的方法，在平硐、基坑、甚至在大口径钻孔中均可进行。试验前可预先选择破坏面的位置，剪切载荷可按所需要的方向施加，试验方法比较简单，因此特别适用于测定岩体软弱结构面的抗剪强度 。

岩石抗剪强度是指岩石在剪切载荷作用下破坏时所能承受的最大剪应力 。

岩石抗剪强度按试验方法的不同分为岩石直剪强度和岩石三轴抗剪强度。岩石直剪强度分为抗剪断强度和抗剪(摩擦)强度。抗剪断强度指岩石受剪断破坏时的强度，抗剪(摩擦)强度则是岩石剪断后所进行摩擦试验时所具有的抗剪强度。

根据岩石试件在不同侧向压力下取得的轴向抗压强度，在剪应力与正应力的坐标系中，绘制莫尔应力圆簇和莫尔强度包络线。按莫尔——库仑准则确定岩石的三轴抗剪强度参数。岩石三轴抗剪强度试验在一定的程度上消除了直剪试验时剪切面上的应力分布不均匀的缺点，成果的规律性较好，且反映了实际岩体的受力状况。但三轴抗剪强度试验和直剪试验的意义和结果不尽相同，这主要是由于直剪试验是预先确定剪切面，而三轴抗剪强度试验破坏有主要由应力控制 。

按剪切变形过程中强度的变化，抗剪强度又分峰值强度和残余强度。 前者是随着剪切变形出现的最大强度值，后者是不断变形后的最终值。在达到峰值应力后的剪切过程中，剪切面上的黏聚力破坏以及粒间咬合力减弱，因而强度降低。资用强度在峰值强度与残余强度之间。2100433B

体抗剪强度是指岩体抵抗外力剪切破坏的能力。工程上通常采用现场大型试验的方法测定岩体的抗剪强度。通过试验可获取如下资料：①岩体剪应力～剪位移曲线；②剪切强度曲线及岩体剪切强度参数C-m，φm值。

通过剪应力～剪位移曲线的分析，岩体的剪切破坏有脆性破坏和塑性破坏两种类型。

(1)脆性破坏型

坚硬完整岩体多属此种类型，其剪应力～剪位移曲线的主要特征是岩体在破坏前剪位移较小，破坏后有明显的应力降，变形曲线可分为如下三个阶段：

第一阶段应力应变呈线性关系，该阶段终止于点1，该点的应力值称为比例极限强度。

剪力如果继续施加，即进入第二阶段。此时岩体部分出现微裂隙，位移曲线开始向横轴弯曲。该阶段终止于点2，该点的应力值称为屈服极限。

第三阶段位移速度明显增加．当剪应力达到峰值点3后，试件全部剪断，应力骤然下降直至点4后才趋于一个定值。3点的应力值称为破坏极限或峰值强度。4点以后的应力值称残余强度。

(2)塑性破坏型

半坚硬或软弱破碎岩体多数属此种类型，其剪应力～剪位移曲线的主要特征是在峰值破坏前剪位移较大，过峰值后剪应力基本保持不变，试件以一定的位移速率沿剪切面滑移。

上述的比例极限、屈服极限、峰值强度及残余强度为岩体的特征强度值。

正确区分岩体的剪应力－剪位移曲线类型是非常重要的。比如，在校核岩基抗滑稳定、边坡抗滑稳定和地下洞室围岩稳定性时．对于脆性破坏型的岩体常采用比例极限值；对于塑性破坏型的岩体，常采用屈服值或流变值。

作峰值强度和对应的正应力的关系曲线即岩体的剪切强度曲线。从曲线上可得岩体剪切强度参数C-m，φm值及摩擦系数。

根据国内大量试验成果：一般具有不同充填物的结构面，其强度指标相差很大。大概可以归纳为：

(1)结构面胶结良好(硅质、钙质、铁质胶结)，未受风化影响，其强度高，摩擦系数f>0.80。

(2)闭合而无充填的结构面，其抗剪强度取决于岩石成分和结构面的粗糙度，强度较高，f=0.50～0.80。

(3)结构面有泥膜或夹泥充填，厚度很薄，且小于结构面的起伏差时，f=0.40～0.60。

(4)结构面平直光滑、泥质或碎屑物充填，厚度较大的结构面，强度低，f<0.40,一般全泥质充填的结构面摩擦系数为0.20～0.25。

凝聚力C-m的取值一般与结构面的充填物质及其胶结情况有关。一般硅、钙质充填，而且胶结良好的，自然凝聚力就高；泥质充填相对较低；无充填时凝聚力为0。

和岩块一样，岩体剪切强度也有抗剪强度、抗剪断强度和抗切强度之分。沿结构面产生剪切破坏时，应采用抗剪强度试验，此时，岩体剪切强度最小，等于结构面的抗剪强度；而在岩体中剪断破坏时，剪切强度最大；沿复合剪切面剪切时，其强度介于以上两者之间。一般而言，岩体的抗剪强度曲线不是一条简单的曲线，而是有一定上下限的曲线族。 2100433B

包括直剪试验、三轴试验、荷载试验等。直剪试验又包括岩体沿软弱结构面直剪试验、岩体沿软弱结构面直剪蠕变试验、岩体沿软弱结构面限胀直剪试验、岩体本身直剪试验、混凝土与岩体直剪试验等。所有试验的目的不仅在于测定岩体强度特性，同时要分析在外力作用下岩体的变形特性和破坏机理。