巖石變角剪切夾具

一、基本原理 

巖石的剪切強度是巖石抵抗剪應力破壞的能力， 目前室內測定巖石剪切強度的試驗方法很多，如單面和雙面剪切等直接剪切試驗和變角板法，沖孔試驗以及三軸試驗等。巖石剪切試驗夾具 

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、儀器設備 

1、制樣設備：鉆石機、切石機、磨石機； 
2、壓力機：技術要求同試驗五； 
3、變角板剪切夾具一套，要求在45°-70°范圍內有4-5個角度可供調整，巖石剪切試驗夾具見下圖； 
4、卡尺：精度為0.002cm。 
三、 操作步驟 
1、試件制備 
本試驗彩邊長為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。 
2、試件描述及尺寸量測 
試件描述內容同試驗四；描述后測量預定剪切面的邊長，求出剪切面面積，并做好標記。 
根據試驗要求對試件進行烘干或飽水處理，處理方法與要求同試驗五。巖石剪切試驗夾具 
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、加荷 
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(tài)及破壞情況等。 
6、重復試驗巖石剪切試驗夾具 
變換變角板夾具的角度（α），一般在45°-70°內選擇，以5°為間隔如45°、50°、55°、60°、65°、70°，重復步驟3-6進行試驗，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； 
f――滾軸摩擦系數： ，n為滾軸根數，d為滾軸直徑（mm）。 
（2）按下式計算巖石的抗剪斷強度參數巖石剪切試驗夾具 
式中：φ――巖石內摩擦角（°）； 
C――巖石的內聚力（MPa）； 
σ――第i塊試件的破壞正應力（MPa）； 
τ――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*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。 
操作演示 
四、 試驗報告內容 
1、整理記錄表格。 
2、整理試件描述記錄。巖石剪切試驗夾具 
3、思考題 
試件放置角為什么要在45°-70°內選擇，從應力分布分析，該角度太小會出現什么結果。 

巖石變角剪切夾具