測定巖石的剪切強度 微機控制電子式巖石直剪儀
—濟南普業機電技術有限公司（試驗機） 解析
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一、試驗目的
巖石的剪切強度是巖石抵抗剪應力破壞的最大能力， 本試驗通過規則巖石試件變角板法進行。
變角板法是利用壓力機施加垂直荷載，通過一套特制的夾具使試件沿某一剪切面產生剪切破壞，然后通過靜力平衡條件解析剪切面上的法向壓應力和剪應力，從而繪制法向壓應力（σ）與剪應力（τ）之關系曲線，求得巖石的內聚力（c）和內摩擦角（φ）。
二、試驗方法
1、儀器設備
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序號 |
名稱 |
規格或型號 |
單 位 |
數 量 |
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1 |
制樣設備 |
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套 |
1 |
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2 |
傾斜壓模剪切裝置 |
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套 |
1 |
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3 |
壓力試驗機 |
YZW—30A |
臺 |
1 |
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4 |
游標卡尺 |
0~15cm |
把 |
1 |
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5 |
活動扳手 |
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把 |
1 |
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6 |
放大鏡 |
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個 |
1 |
2、試件制備及描述
本試驗直徑為5cm，高為5cm的圓柱體試件，每組加工6-9塊，試件加工精度要求：相鄰面間應互相垂直，偏差不超過0.25°；相對兩面須互相平行，不平行度不得大于0.005cm。
試件描述內容為：巖石名稱、顏色、礦物成分、結構、風化程度、膠結物性質等； 加荷方向與巖石試件內層理、節理、裂隙的關系及試件加工中出現的問題。
4、卡尺：精度為0.002cm。
3、安裝試件
將變角板剪切夾具用繩子栓在壓力機承壓板間，應注意使夾具的中心與壓力機的中心線相重合，然后調整夾具上的夾板螺絲，使刻度達到所要求的角度，將試件安裝于變角板內。
4、施加載荷
開動壓力機，同時降下壓力機橫梁，使剪切夾具與壓力機承壓板接觸上，然后調整壓力表指針到零點，以每秒0.5-0.8MPa的加荷速度加荷，直至試件破壞，記錄破壞荷載（P）。
5、破壞試件描述
升起壓力機橫梁，取出被剪破的試件進行描述，內容包括破壞面的形態及破壞情況等。
6、重復試驗
變換變角板夾具的角度（α），一般在45°-70°內選擇，本試驗裝置角度為46°、54°、61°、70°，取得不同角度下的破壞荷載。
7、成果整理
（1）按下式計算作用在剪切面上的剪應力和正應力：
式中：τ――剪應力（MPa）；
σ――正應力（MPa）；
P――試件破壞荷載（N）；
A――試件剪切面面積（mm2）；
α――試件放置角度（變角板角度），度；
根據不同傾角α下得到τi和σi值。在σ—τ坐標系內繪制巖石強度曲線如圖所示。
根據巖石強度曲線可以近似得到巖石的內聚力C和內摩擦角φ。方法是：將測得各傾角下得諸多散點標注在σ—τ坐標系內。線性回歸得到回歸方程即為直線型強度曲線方程。回歸系數按下式計算。
相關系數：
內聚力C=a，內摩擦角φ=aretgb
式中：φ――巖石內摩擦角（°）；
C――巖石的內聚力（MPa）；
σi――第i塊試件的破壞正應力（MPa）；
τi――第i塊試件的破壞剪應力（MPa）；
n――試件塊數。
計算結果精確至小數點后一位。
（3）以剪應力（τ）為縱坐標，法向應力（σ）為橫座標，將每一試件的σ、τ標在坐標系中，以最佳方法擬合一直線（強度包絡線），并在圖中求得巖石的內摩擦角（φ）和內聚力（c）。
以上兩種求內摩擦角（φ）和內聚力（c）的方法可任選一種，也可兩種同時用，以便比較。
三、試驗報告內容
1、整理記錄表格。
2、整理試件描述記錄。
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巖石抗剪強度記錄 |
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巖石名稱： |
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試件編號 |
剪切角 度 |
直徑 cm |
高度 cm |
載荷 kN |
正應力 MPa |
剪應力 MPa |
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1 |
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2 |
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3 |
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4 |
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5 |
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6 |
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7 |
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8 |
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9 |
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內聚力 |
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內摩擦角 |
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相關系數 |
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C= |
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φ= |
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r= |
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四、注意事項
1、試驗時夾具周圍應用木板或其它板材，護住壓力機立柱，以避免試件突然破壞，夾具滑出而打壞壓力機。
2、在變動變角板角度時，應先調整上剪切板，同時調整過程中要用手托住變角板以防止變角板掉下來，上剪切板角度整好后，再調下剪切板，這時須放一塊四方柱形鐵塊代替試件。
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