岩石变角剪切夹具

岩石变角剪切夹具

一、基本原理 

岩石的剪切强度是岩石抵抗剪应力破坏的能力， 目前室内测定岩石剪切强度的试验方法很多，如单面和双面剪切等直接剪切试验和变角板法，冲孔试验以及三轴试验等。岩石剪切试验夹具 

变角板法是利用压力机施加垂直荷载，通过一套特制的夹具使试件沿某一剪切面产生剪切破坏，然后通过静力平衡条件解析剪切面上的法向压应力和剪应力，从而绘制法向压应力（σ）与剪应力（τ）之关系曲线，求得岩石的内聚力（c）和内摩擦角（φ）。 

二、仪器设备 

1、制样设备：钻石机、切石机、磨石机； 
2、压力机：技术要求同试验五； 
3、变角板剪切夹具一套，要求在45°-70°范围内有4-5个角度可供调整，岩石剪切试验夹具见下图； 
4、卡尺：精度为0.002cm。 
三、 操作步骤 
1、试件制备 
本试验彩边长为5cm的立方体试件，每组加工4-8块，试件加工精度要求：相邻面间应互相垂直，偏差不超过0.25°；相对两面须互相平行，不平行度不得大于0.005cm。 
2、试件描述及尺寸量测 
试件描述内容同试验四；描述后测量预定剪切面的边长，求出剪切面面积，并做好标记。 
根据试验要求对试件进行烘干或饱水处理，处理方法与要求同试验五。岩石剪切试验夹具 
3、安装试件 
将变角板剪切夹具用绳子栓在压力机承压板间，应注意使夹具的中心与压力机的中心线相重合，然后调整夹具上的夹板螺丝，使刻度达到所要求的角度，将试件安装于变角板内。 
4、加荷 
开动压力机，同时降下压力机横梁，使剪切夹具与压力机承压板接触上，然后调整压力表指针到零点，以每秒0.5-0.8MPa的加荷速度加荷，直至试件破坏，记录破坏荷载（P）。 
5、破坏试件描述 
升起压力机横梁，取出被剪破的试件进行描述，内容包括破坏面的形态及破坏情况等。 
6、重复试验岩石剪切试验夹具 
变换变角板夹具的角度（α），一般在45°-70°内选择，以5°为间隔如45°、50°、55°、60°、65°、70°，重复步骤3-6进行试验，取得不同角度下的破坏荷载。 
7、成果整理 
（1）按下式计算作用在剪切面上的剪应力和正应力： 
式中：τ――剪应力（MPa）； 
σ――正应力（MPa）； 
P――试件破坏荷载（N）； 
A――试件剪切面面积（mm2）； 
α――试件放置角度（变角板角度），度； 
f――滚轴摩擦系数： ，n为滚轴根数，d为滚轴直径（mm）。 
（2）按下式计算岩石的抗剪断强度参数岩石剪切试验夹具 
式中：φ――岩石内摩擦角（°）； 
C――岩石的内聚力（MPa）； 
σ――第i块试件的破坏正应力（MPa）； 
τ――第i块试件的破坏剪应力（MPa）； 
n――试件块数。 
计算结果精确至小数点后一位。 
（3）以剪应力（τ）为纵坐标，法向应力（σ）为横座标，将每一试件的σ、τ标在坐标系中，以*方法拟合一直线（强度包络线），并在图中求得岩石的内摩擦角（φ）和内聚力（c）。 
以上两种求内摩擦角（φ）和内聚力（c）的方法可任选一种，也可两种同时用，以便比较。 
操作演示 
四、 试验报告内容 
1、整理记录表格。 
2、整理试件描述记录。岩石剪切试验夹具 
3、思考题 
试件放置角为什么要在45°-70°内选择，从应力分布分析，该角度太小会出现什么结果。 

岩石变角剪切夹具