巖石變角剪切夾具

一、基本原理 

巖石的剪切強(qiáng)度是巖石抵抗剪應(yīng)力破壞的能力， 目前室內(nèi)測(cè)定巖石剪切強(qiáng)度的試驗(yàn)方法很多，如單面和雙面剪切等直接剪切試驗(yàn)和變角板法，沖孔試驗(yàn)以及三軸試驗(yàn)等。巖石剪切試驗(yàn)夾具 

變角板法是利用壓力機(jī)施加垂直荷載，通過(guò)一套特制的夾具使試件沿某一剪切面產(chǎn)生剪切破壞，然后通過(guò)靜力平衡條件解析剪切面上的法向壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，從而繪制法向壓應(yīng)力（σ）與剪應(yīng)力（τ）之關(guān)系曲線，求得巖石的內(nèi)聚力（c）和內(nèi)摩擦角（φ）。 

二、儀器設(shè)備 

1、制樣設(shè)備：鉆石機(jī)、切石機(jī)、磨石機(jī)； 
2、壓力機(jī)：技術(shù)要求同試驗(yàn)五； 
3、變角板剪切夾具一套，要求在45°-70°范圍內(nèi)有4-5個(gè)角度可供調(diào)整，巖石剪切試驗(yàn)夾具見下圖； 
4、卡尺：精度為0.002cm。 
三、 操作步驟 
1、試件制備 
本試驗(yàn)彩邊長(zhǎng)為5cm的立方體試件，每組加工4-8塊，試件加工精度要求：相鄰面間應(yīng)互相垂直，偏差不超過(guò)0.25°；相對(duì)兩面須互相平行，不平行度不得大于0.005cm。 
2、試件描述及尺寸量測(cè) 
試件描述內(nèi)容同試驗(yàn)四；描述后測(cè)量預(yù)定剪切面的邊長(zhǎng)，求出剪切面面積，并做好標(biāo)記。 
根據(jù)試驗(yàn)要求對(duì)試件進(jìn)行烘干或飽水處理，處理方法與要求同試驗(yàn)五。巖石剪切試驗(yàn)夾具 
3、安裝試件 
將變角板剪切夾具用繩子栓在壓力機(jī)承壓板間，應(yīng)注意使夾具的中心與壓力機(jī)的中心線相重合，然后調(diào)整夾具上的夾板螺絲，使刻度達(dá)到所要求的角度，將試件安裝于變角板內(nèi)。 
4、加荷 
開動(dòng)壓力機(jī)，同時(shí)降下壓力機(jī)橫梁，使剪切夾具與壓力機(jī)承壓板接觸上，然后調(diào)整壓力表指針到零點(diǎn)，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(jī)橫梁，取出被剪破的試件進(jìn)行描述，內(nèi)容包括破壞面的形態(tài)及破壞情況等。 
6、重復(fù)試驗(yàn)巖石剪切試驗(yàn)夾具 
變換變角板夾具的角度（α），一般在45°-70°內(nèi)選擇，以5°為間隔如45°、50°、55°、60°、65°、70°，重復(fù)步驟3-6進(jìn)行試驗(yàn)，取得不同角度下的破壞荷載。 
7、成果整理 
（1）按下式計(jì)算作用在剪切面上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力： 
式中：τ――剪應(yīng)力（MPa）； 
σ――正應(yīng)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； 
f――滾軸摩擦系數(shù)： ，n為滾軸根數(shù)，d為滾軸直徑（mm）。 
（2）按下式計(jì)算巖石的抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)巖石剪切試驗(yàn)夾具 
式中：φ――巖石內(nèi)摩擦角（°）； 
C――巖石的內(nèi)聚力（MPa）； 
σ――第i塊試件的破壞正應(yīng)力（MPa）； 
τ――第i塊試件的破壞剪應(yīng)力（MPa）； 
n――試件塊數(shù)。 
計(jì)算結(jié)果精確至小數(shù)點(diǎn)后一位。 
（3）以剪應(yīng)力（τ）為縱坐標(biāo)，法向應(yīng)力（σ）為橫座標(biāo)，將每一試件的σ、τ標(biāo)在坐標(biāo)系中，以*方法擬合一直線（強(qiáng)度包絡(luò)線），并在圖中求得巖石的內(nèi)摩擦角（φ）和內(nèi)聚力（c）。 
以上兩種求內(nèi)摩擦角（φ）和內(nèi)聚力（c）的方法可任選一種，也可兩種同時(shí)用，以便比較。 
操作演示 
四、 試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容 
1、整理記錄表格。 
2、整理試件描述記錄。巖石剪切試驗(yàn)夾具 
3、思考題 
試件放置角為什么要在45°-70°內(nèi)選擇，從應(yīng)力分布分析，該角度太小會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果。 

巖石變角剪切夾具