一种原位岩体结构面抗剪强度的试验方法与流程

本发明公开了一种原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，属于力学试验。

背景技术：

1、岩体由岩石和结构面组成，岩体中包含了大量的节理、裂隙、断层等结构面，结构面是岩体中的薄弱环节，它们破坏了岩体的连续性和完整性，劣化了岩体的工程性质，降低了岩体的强度，对岩体的变形和破坏起着控制作用，因此，岩体结构面的抗剪强度对于边坡稳定分析、基础滑动分析及地下洞室稳定性分析等领域均有重要意义。

2、岩体结构面抗剪强度是指岩体结构面抵抗外力剪切破坏的能力，工程上通常采用现场试验的方法测定岩体结构面的抗剪强度，采用现场试验的方式需沿着结构面对试验地段进行开挖或爆破，形成一定空间的工作面，对试样进行法向和切向加载，获得岩体结构面抗剪强度的参数；然而在开挖或爆破过程中，原本施加在岩体结构面上的原始应力突然释放引起卸荷扰动，造成岩体结构面的损伤，对岩体结构面的力学性质造成一定影响，导致现场试验无法真实反映结构面实际的力学性质。

3、在卸荷扰动环境下的岩体会表现出欠固结性，在宏观上表现为因卸荷导致的内部结构损伤引起的力学性能的降低，使得测得的抗剪强度结果与真实性偏差较大。

技术实现思路

1、本申请的目的在于，提供一种原位岩体结构面抗剪强度的试验方法以解决现有现场试验时开挖或爆破过程中，原本施加在岩体结构面上的原始应力突然释放造成卸荷扰动，造成岩体结构面的损伤的技术问题。为实现上述目的，本发明提出了一种工法，具体方案如下：

2、一种原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，包括以下步骤：

3、步骤1、在待测岩体结构面上确定试体的轮廓线，并将布设于所述试体上的测力机构的初始数值记为所述试体的初始应力；

4、步骤2、对所述轮廓线外的岩体依次进行分区域挖除，并在挖除每一个区域后，向所述试体施加法向应力，使所述测力机构测得的所述试体的应力与所述初始应力一致，得到待测试体；

5、步骤3、对所述待测试体进行剪切试验，获得所述待测岩体结构面的抗剪强度。

6、优选的，所述步骤1具体包括：

7、步骤1.1、在勘探原位选定开展试验的岩体结构面，在所述岩体结构面上确定试体的轮廓线；

8、步骤1.2、在所述试体上布置测力机构，并将所述测力机构获取的初始数值记为所述试体的初始应力，所述测力机构的测力传感部件位于距离所述岩体结构面预设距离的所述试体表面。

9、优选的，所述步骤2具体包括：

10、步骤2.1、挖除所述轮廓线外的第一区域的岩体，所述第一区域位于所述试体的法线方向上，在所述第一区域向所述试体施加第一法向应力，使所述试体的应力与所述初始应力一致；

11、步骤2.2、挖除所述轮廓线外的第二区域的岩体，向所述试体施加第二法向应力，使所述试体的应力与所述初始应力一致；

12、步骤2.3、重复步骤2.2，直至挖除所述轮廓线外的岩体，得到仅与所述岩体结构面连接的待测试体。

13、优选的，所述第一区域位于所述试体的上表面中间位置。

14、优选的，所述第一法向应力与所述第二法向应力通过同一加载机构加载。

15、优选的，所述步骤3具体包括：

16、步骤3.1、在初始法向应力下对所述待测试体进行剪切试验，获得初始剪切应力，所述初始法向应力与所述试体的初始应力一致；

17、步骤3.2、在所述待测试体上逐级增加法向应力，获取每一级法向应力对应的剪切应力；

18、步骤3.3、根据所述每一级法向应力及其对应的剪切应力，确定所述待测岩体结构面的抗剪强度。

19、优选的，所述待测试体的数量为多个。

20、优选的，所述步骤3具体包括：

21、步骤3.1、在初始法向应力下对多个所述待测试体进行剪切试验，对多个所述待测试体加载不同强度的法向应力；

22、步骤3.2、对多个所述待测试体分别进行剪切试验，获得其对应的剪切应力，根据多个所述待测试体的法向应力及其对应的剪切应力，确定所述待测岩体结构面的抗剪强度。

23、优选的，对所述轮廓线外的岩体依次进行分区域挖除，具体为：

24、采用水磨钻法对所述轮廓线外的岩体依次进行分区域挖除。

25、优选的，所述测力机构为静态应变测试仪；

26、所述静态应变测试仪的多个应变片垂直于所述岩体结构面方向均匀贴合在所述试体表面上。

27、有益效果：本发明提出的分序非爆破开挖试验支洞，并用加载机构施加压力还原原始应力状态，这样使得结构面上的应力状态边卸载边加载，应力变化始终浮动在一个较小的范围内，能够避免大幅度卸荷引起的结构面内部结构性损伤，尽可能保证了结构面的原始状态。

28、本发明提出的试验方法可以测量岩体结构面在原始应力状态下的抗剪强度参数，比起常规的试验方法获取的参数更能准确的指导工程设计和施工，从而避免了保守设计引起的工程投资、工程建设周期的浪费。

29、本实施例的试验方法仅需要制备一个试体，比起常规的试验方法需要至少五个试体，工作量减少80%，而且可以规避不同试体对应的岩体结构面内部状态的差异，从而降低试验成果的离散性，提高试验成果的精度，因此具有良好的经济性和可推广性。

技术特征：

1.一种原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

3.根据权利要求1所述的原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

4.根据权利要求3所述的原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，其特征在于，所述第一区域位于所述试体的上表面中间位置。

5.根据权利要求3所述的原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，其特征在于，所述第一法向应力与所述第二法向应力通过同一加载机构加载。

6.根据权利要求1所述的原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

7.根据权利要求1所述的原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，其特征在于，所述待测试体的数量为多个。

8.根据权利要求7所述的原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

9.根据权利要求1所述的原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，其特征在于，对所述轮廓线外的岩体依次进行分区域挖除，具体为：

10.根据权利要求2所述的原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，其特征在于，所述测力机构为静态应变测试仪；

技术总结
本发明属于力学试验技术领域，公开了一种原位岩体结构面抗剪强度的试验方法，包括以下步骤：步骤1、在待测岩体结构面上确定试体的轮廓线，并将布设于试体上的测力机构的初始数值记为试体的初始应力；步骤2、对轮廓线外的岩体依次进行分区域挖除，并在挖除每一个区域后，向试体施加法向应力，使测力机构测得的试体的应力与初始应力一致，得到待测试体；步骤3、对待测试体进行剪切试验，获得待测岩体结构面的抗剪强度。本发明提出的分序非爆破开挖试验支洞，用加载机构施加法向应力还原原始应力状态，使得结构面上的应力状态边卸载边加载，应力变化始终浮动在一个较小的范围内避免大幅卸荷引起的结构面内部结构性损伤，保证结构面的原始状态。

技术研发人员：杨文超,王群,范文东,陈海云,仝岩
受保护的技术使用者：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19