巖石直接剪切試驗殘余強度淺析

劉 軍

（河北中核巖土工程有限責任公司，河北石家莊 050021）

1 概念

巖石直接剪切殘余強度是指巖石在剪切破壞后，在自重應力或者其他應力作用下，還能保持穩定狀態，所殘存的剪切強度。本文主要以唐山馬城鐵礦100多組巖石殘余強度試驗為依據討論巖石直剪試驗的殘余強度①劉 軍.馬城鐵礦巖石物理力學試驗成果[R].2011—2017.。

2 試驗設備

巖石直剪試驗采用長春市朝陽試驗儀器有限公司生產的TAW-2000型微機控制巖石三軸剪切試驗機，圖1為巖石直接剪切試驗機。

3 試驗過程簡述

先制取標準樣品，一般每組樣品制取φ50 mm×50 mm標準樣5塊，特殊情況可以增加。樣品試驗前后照片見圖2。

對每塊標準樣施加預設好的不同的正應力，然后施加水平應力，達到峰值破壞后，繼續剪斷，至殘余強度近似一條直線為止。其具體試驗特點如圖3所示。

圖1 巖石直接剪切試驗

剪力加載初期，曲線的斜率較小，剪應力增加緩慢；隨著時間的增加，剪力增加的速率越來越快，斜率越來越大；在剪應力達到峰值強度時剪應力又急劇下降，曲線斜率急劇變陡，由正變負，產生了應力跌落的現象；剪應力下降到一定程度后，曲線斜率突然變緩，隨時間的增加逐漸平緩，達到穩定，即為殘余強度。

試驗5組不同的豎向應力和剪切殘余強度，根據庫倫-摩爾定律，即

圖2 樣品試驗前后照片

圖3 剪力-時間關系曲線圖

τ=σtanφ+c，求出殘余強度，如圖4。

圖4 正應力-剪應力關系求解圖

圖中：σ為正應力；τ為剪應力；c為黏聚力；φ為內摩擦角，本圖計算得c=1.57、φ=43.25?！?br>