(高清版)DZT 0276.25-2015 岩石物理力学性质试验规程 第25部分：岩石抗剪强度试验.pdf

ICS19.020D00中华人民共和国地质矿产行业标准中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T0276.252015代替 DY-94岩石物理力学性质试验规程第25部分：岩石抗剪强度试验Regulation for testing the physical and mechanical properties of rock-Part 25:Test for determining the shear strength of rock2015-02-04 发布2015-04-01 实施2015-02-04 发布2015-04-01 实施中华人民共和国国土资源部中华人民共和国国土资源部发 布IDZ/T0276.252015DZ/T0276.252015前言前言DZ/T 0276岩石物理力学性质试验规程分为31个部分：第1部分：总则及一般规定；第2部分：岩石含水率试验；第3部分：岩石颗粒密度试验；第4部分：岩石密度试验；第5部分：岩石吸水性试验；第6部分：岩石硬度试验；第7部分：岩石光泽度试验；第8部分：岩石抗冻试验；第9部分：岩石耐崩解试验；第10部分：岩石膨胀性试验；第11 部分：岩石溶蚀试验；第12部分：岩石耐酸度和耐碱度试验；第13部分：岩石比热试验；第14部分；岩石热导率试验：第15部分：岩石击穿电压和击穿强度试验；第16部分：岩石体积电阻率和表面电阻率试验；第17部分：岩石放射性比活度试验；第18部分：岩石单轴抗压强度试验；第19 部分；岩石单轴压缩变形试验；第20部分：岩石三轴压缩强度试验；第21 部分：岩石抗拉强度试验；第22部分：岩石抗折强度试验；第23部分：岩石点荷载强度试验；第24部分；岩石声波速度测试；第25部分：岩石抗剪强度试验；第26部分：岩体变形试验(承压板法);第27部分：岩体变形试验(钻孔变形法);第28部分；岩体强度试验(直剪试验);第29部分：岩体强度试验(承压板法);第30部分：岩体锚杆载荷试验；第31 部分：岩体声波速度测试。本部分为 DZ/T0276 的第25 部分。本部分按照 GB/T1.12009给出的规则起草。本部分代替DY-94岩石物理力学性质试验规程技术变化如下：21.抗剪强度试验。本部分与 DY-94 相比，主要增加了“术语和定义”“原理”两章；增加了直剪试验中制样时浇筑料的配置要求；DZ/T0276.252015 增加了直剪试验中施加剪切荷载的分级规定 增加了直剪试验计算结果的精度要求；删除了携带式剪切仪试验；修改了变角板试验仪器设备中的压力机，改为材料试验机；修改了中型剪试验，改为直剪试验；修改了直剪试验的描述方式，分为软弱结构面剪切试验和岩石试样直剪试验两部分进行描述 修改了岩石抗剪强度试验记录表。本部分由中华人民共和国国土资源部提出。本部分由全国国土资源标准化技术委员会(SAC/TC本部分起草单位：湖北省地质实验研究所。本部分起草人：赵桂芳、梅焱祥、王成桥。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：DY-86;DY-94。93)归口。1DZ/T0276.252015DZ/T0276.252015岩石物理力学性质试验规程第25部分：岩石抗剪强度试验1范围1范围DZ/T0276 的本部分规定了测定岩石抗剪强度的试验方法。本部分适用于岩石物理力学性质试验中的岩石抗剪强度试验。2术语和定义2术语和定义下列术语和定义适用于本文件。2.1抗剪强度抗剪强度shearstrength岩石试样在剪切破坏时所能承受的最大应力。3原 理3原 理对于若干岩石试样施加不同的轴向荷载，用平推法施加水平剪切力直至试件破坏，得到岩石的抗剪强度，并根据莫尔库伦理论计算岩石试样的抗剪强度参数内摩擦角和凝聚力C。4仪器设备4仪器设备4.1切石机、磨石机。4.2材料试验机：示值误差不超过1%。4.3变角板剪力仪：要求在4570范围内有4个5个角度可供调整(如图1所示)。说明：1滚轴；2变角板；3试样；4承压板。图 1变角板剪力仪图 1变角板剪力仪2DZ/T0276.2520154.4双面剪切器(如图2所示)或单面剪切器(如图3所示)。说明：1加荷板；2固定螺丝；3试样。图 2 双 面 剪 切 器图 2 双 面 剪 切 器说明：12荷刃口：3-试样。图3单 面 剪切器4.5直剪仪(如图4所示),对应软弱结构面直剪试验及岩石试样 直剪试验。说明：1框架；2水泥砂浆；3受剪面；4不规则试样；5垂向千斤顶；6垂向位移测表；7磁性表座；8 组装剪切盒的螺丝杆；9 水平千斤顶；10水平位移测表；11滑板；12滚轴排；13导向器；14将导向器固定在滑板上的螺丝。图 4中型直剪仪示意图图 4中型直剪仪示意图固定螺丝；3DZ/T0276.2520154.6试样饱和器。4.7游标卡尺：量程为15cm,精度0.02 mm。5变角板试验5.1试样5.1.1在同一含水状态和受力方向的情况下，每组宜为12块，不应少于8块。试样采用50 mm50mm50mm的正方体试样；软质岩石宜采用70mm70mm70mm的正方体试样。5.1.2试样加工精度：相邻面互相垂直，允许偏差为0.25;相对面应平行，不平行度允许偏差为0.05mm。5.2试验步骤5.2.1将制备好的试样按受力方向、含水状态分组编号。5.2.2对试样进行含水状态的处理和描述，并对预定剪切面做出标记，测量预定剪切面的长、宽，5.2.3试样在变角板剪力仪中安放的角度，宜在5070内选择，每组试验不少于4个角度。5.2.4将试样置于调好角度的变角板中，使上、下剪切板刃口对准试样的预定剪切面。5.2.5以0.5 MPa/s1.0MPa/s的加荷速率施加荷载，直至试样破坏，记录破坏荷载p。5.2.6变换变角板的角度，重复步骤5.2.4和步骤5.2.5,再完成余下各角度的试验。5.2.7试验过程记录内容和格式见附录A。5.3试验结果整理5.3.1作用在每块岩石剪切面上的剪应力按式(1)计算，正应力按式(2)计算：.(1).(2).(3)式中：r剪应力，单位为兆帕(MPa);正应力，单位为兆帕(MPa);p试样破坏荷载，单位为牛(N);A试样剪切面面积，单位为平方毫米(mm)试样放置角度，单位为度();f 滚轴摩擦系数；n滚轴根数；d滚轴直径，单位为毫米(mm)。5.3.2根据5.3.1的数据，内摩擦角按式(4)计算，凝聚力按式(5)计算，内摩擦角计算结果保留至小数点后1位；凝聚力计算结果保留3位有效数字。(4)4DZ/T 0276.252015(5)式中：内摩擦角，单位为度();C剪切面上的凝聚力，单位为兆帕(MPa)。6双面(单面)直剪试验6.1试样6.1.1同一含水状态和受力方向的试样，每组不应少于3块。试样采用60mm40mm20mm(双面剪)或120mm40mm20mm(单面剪)的规则试样。6.1.2试样加工精度：相对面不平行度允许偏差为0.05mm;相邻面互相垂直，充许偏差为0.25。6.2试验步骤6.2.1将制备好的试样按受力方向、含水状态分组编号，并在受剪处划出标记。6.2.2对试样进行含水状态处理和描述，用卡尺测量受勇标记处的宽和高。6.2.3将试样放入剪切器内。用双面直剪仪时，将试样放在直勇仪中间，旋紧两边的固定螺丝；用单面直剪仪时，将刃口对正试样受剪切标记处，然后旋紧螺丝6.2.4将装好试样的剪切器置于压力机承压极中心，以03MPa/s0.5MPa/s的加载速度施加荷载，直至试样破坏，记录破坏荷载p。6.2.5试验过程记录内容和格式见附录A。6.3试验结果整理6.3.1双面剪切抗剪切强度按式(6)计算，单面剪切抗剪切强度按式(7)计算：.(6).(7)式中：re 岩石的抗剪切强度，单位为兆帕(MPa);p 破坏荷载，单位为牛(N);b 剪切面的宽度，单位为毫米(mm);h 剪切面的高度，单位为毫米(mm)。6.3.2计算结果保留3位有效数字，取3块试样的平均值作为抗剪切强度参数。7直剪试验7.1 试样7.1.1岩石软弱结构面试样7.1.1.1试样尺寸：试样受剪面尺寸采用150 mm150mm300mm300mm,受剪面上、下岩石的5DZ/T0276.252015厚度约为受剪面尺寸的一半。可采用不规则试样，受剪面长轴尺寸应小于300 mm。7.1.1.2试样要求：采样时应尽量保持软弱结构面的原始状态。应注意不使试样受力，保持其天然结构、天然含水量。在试样上应标明上下面、剪切方向和受剪面，并粗测受剪面面积。7.1.1.3试样成型：先将采取的试样置于下模盒内，让受剪面平行模盒边框面，且高出模盒边框5 mm;同时，使试样剪切方向与模盒边框的方向一致。在试样四周浇筑水泥砂浆，要求筑料表面平整，并与下模盒边框面齐平。下半试样浇筑初凝后，放上模盒，以同样方式浇筑，使上半试样成型。浇筑中，应注意剪切缝内不应混入水泥砂浆。在上、下模盒间垫上10 mm厚的剪切缝垫板(垫板与受剪面之间的空隙可灌蜡充填)。待水泥砂浆凝固后，脱出试样，抽出剪切缝垫板，进行养护。在养护期内，应尽量减少水量损失。注：浇筑料宜采用52.5标号以上的水泥，浇筑科的配料大致是，水泥于粗砂(少量砾石):水=1:1.5:0.4。7.1.1.4试样如需饱水，应先刮去受剪面外边的蜡和防护材料，然后再进行饱水。7.1.2岩石试样7.1.2岩石试样7.1.2.1每组宜采用7块试样，不应少于5块。试样尺寸的确定应考虑仪器的设备能力和岩石本身强度，边长不应小于50 mm,试样高度应与边长相等。7.1.2.27.1.2.2试样6个面均应平整光滑，相邻面彼此垂直。如需测定饱水试样抗剪强度时，试样应预先饱水。7.2 试验步骤7.2.1软弱结构面直剪7.2.1.17.2.1.1试样描述：试验前，应 对 试 样进行描述，其 内容包括a)岩性特征，结构构造，T 理裂隙发育程度及风化程度。b)软弱结构面中夹泥充填物的矿物成分、厚度及制样时对充填物的扰动情况；c)裂隙、层理和片理与试样受剪方向的 关 系d)浇筑混凝土的配合比例及浇筑试样质量等e)测量试样尺寸，描述试样完整情况。7.2.1.27.2.1.2试样安装：将试样装入剪切盒。试样的受剪方向应与工程实际受力方向基本一教，并使试样与剪切盒紧贴。若为组装式剪切盒，需先拧紧螺丝，安装垂向和水平加荷系统(应保证垂向力和剪切力的合力作用于试样中心及垂向。水平位移测表。稍加垂直和水平荷载，使断拥扎试样的铁丝拉直，用钢锯条从剪切缝中锯断铁丝。7.2.1.3施加垂向荷载：选择施加垂直荷载时对应的正应力。应不小于设计应力；测试充填夹泥的结构面试样，以不挤出夹泥为原则来选择正应力。施加在每组试样上的垂向荷载，应有一个试样施以最大垂向荷载；其余试样，分别在近于等值的整数压力下进行试验。加在每块试样上的垂向荷载，均应分4级5级施加；每隔5 min 加荷一次，加荷后均应立即测量垂直变形；5 min 后再测一次。加至预定荷载后，每 5 min 观测变形一次，直到变形相对稳定后，施加剪切荷载。垂直变形相对稳定的标准是：a)对于充填高塑性夹泥结构面的剪切试验，每15 min 读数一次，4只测表的连续两次读数之差均应小于0.05 mm;b)对于充填低塑性夹泥结构面的剪切试验，每10 min 读数一次，各测表连续两次读数之差均应小于0.05 mm;c)对于无夹泥结构面和岩石剪切试验，每5 min 读数一次，各测表连续两次读数之差均应小于0.01 mm。7.2.1.4施加剪切荷载：按最大剪切荷载分为10级12级，保持垂直向荷载恒定，逐级施加剪切荷载，每 5 min 施加一级；每级荷载施加后，立即测读垂直位移和剪切位移，5 min 后再测读一次，即可施加下6DZ/T0276.252015一级剪切荷载。当某一级剪切荷载引起的剪切变形超过前一级剪切荷载下变形值的1.5倍时，剪切荷载减半施加，直至试样剪断。试样剪断的标志是：水平加荷压力表不再上升，甚至回退。每级剪切荷载的大小，可按最大剪切荷载的5%10%施加。无夹泥结构面和岩石试样的剪切试验，可按最大剪切荷载的8%10%施加。7.2.1.5测残余抗剪强度：试样剪断后，继续施加剪切荷载，用以测试在大致接近某一常数值的剪应力作用下，不断发生大剪切位移(在10 mm15mm以上)时的残余抗剪强度。7.2.1.6试验结束后，称上半个试样质量。暴露剪切面，实测剪切面面积；描述剪切面特征，照相；测定剪切面的起伏差，绘制沿剪切方向的剖面起伏曲线。对于充填夹泥的试样，要记述夹泥的性质、厚度和结构，并立即取样测定夹泥的含水率、密度；必要时，还可取样进行其他分析试验。7.2.1.7试验过程记录内容和格式见附录 A。7.2.2岩石试样直剪试验7.2.2.1将试样装人剪切盒内，试件与剪切盒内壁的间隙用填料填实。预定剪切面应位于剪切缝中部，试件受剪方向应与预定受力方向一致。预留剪切缝宜控制在10 mm左右。若为组装式剪切盒，需先拧紧螺丝，继而安装垂向和水平加荷系统(应保证垂向力和剪切力的合力作用于试样中心)及垂向、水平位移测表。7.2.2.2按7.2.1.37.2.1.6 进行剪切试验。7.2.2.3试验过程记录内容和格式见附录 A。7.3试验结果整理7.3.1正应力按式(8)计算，剪应力按式(9)计算：.(8).(9)式中：o正应力，单位为兆帕(MPa);r剪应力，单位为兆帕(MPa);I。垂直压力表读数，单位为兆帕(MPa);I:水平压力表读数，单位为兆帕(MPa);Av垂直方向千斤顶的活塞面积，单位为平方毫米(mm);Ah 水平方向千斤顶的活塞面积，单位为平方毫米(mm);G附加垂向荷载，单位为牛(N);A;实测剪切面面积，单位为平方毫米(mm);f滚轴排的摩擦系数。7.3.2以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标绘制剪应力 r 与剪切位移L,关系曲线(图5);同时，选取曲线上的峰值或稳定值作为抗剪强度rma值。7.3.3以抗剪强度为纵坐标，正应力为横坐标绘制抗剪强度 Tmx与正应力的关系曲线(图6)。用最小二乘法计算内摩擦角和凝聚力C。7.3.4内摩擦角计算结果保留至小数点后1位，凝聚力计算结果保留3位有效数字。7DZ/T0276.252015DZ/T0276.252015L/10mm说明：r 剪切强度；正应力；内摩擦角；C凝聚力。图 6抗剪强度与正应力关系曲线图 6抗剪强度与正应力关系曲线00附录A(规范性附录)岩石抗剪强度试验记录表 A.1岩石抗剪断强度试验记录表(变角板试验)附录A(规范性附录)岩石抗剪强度试验记录表 A.1岩石抗剪断强度试验记录表(变角板试验)试样编号试样尺寸/mm剪切面积/mm放置角度a/()破坏荷载p/N正应力/MPa剪应力r/MPa强度参数描述长度宽度高度p/()C/MPa试验：计算：校核：年月日表表 A.2 岩石抗剪切强度试验记录表双面(单面)直剪试验岩石抗剪切强度试验记录表双面(单面)直剪试验试样编号描述试验状态受力方向试样尺寸/mm剪切面积A/mm破坏荷载p/N抗剪切强度r/MPa宽度b高度h单值平均值试验：计算：校核：年月日o表表 A.3岩石直剪试验记录表(直剪试验)岩石直剪试验记录表(直剪试验)试样编号取样地点试样名称试验日期垂直千斤顶活塞面积A、/mm附加垂向荷重G/N垂直压力表读数I。/MPa正应力/MPa水平千斤顶活塞面积Ah/mm滚轴排的摩擦系数f剪切面实测面积A;/mm试样状态观测时间水平压力表读数I/MPa剪应力r/MPa垂直测表读数(0.01mm)垂直位移Lv(0.01 mm)水平测表读数(0.01mm)水平位移Lh(0.01 mm)备注1234平均12平均试验：计算：校核：年月日台