本發(fā)明涉及巖樣直剪試驗領(lǐng)域，尤其是一種巖體層間軟弱夾層現(xiàn)場直剪試驗方法。

背景技術(shù)：

受地質(zhì)作用和風化作用的影響，在邊坡巖體中會發(fā)育規(guī)模不等、大小深度各異的軟弱夾層，該夾層即為潛在滑帶。按成因，巖體層間軟弱夾層可分為原生型和次生型兩類。前者如以石英砂巖為主的巖層夾有粘土質(zhì)巖層或泥巖薄層；后者為風化、溶濾作用或?qū)娱g剪切及斷層錯動而形成的軟弱夾層。在軟硬相間的巖體內(nèi)，往往由于巖層褶曲發(fā)生順層錯動，使軟弱巖層的不同部位受破壞的程度不同而顯示構(gòu)造分帶現(xiàn)象。一般可分為節(jié)理帶和泥化層。泥化層又可進一步劃分為劈理揉褶帶、泥化帶和錯動泥化面。

巖體層間軟弱夾層一般為層狀或者帶狀，軟弱夾層每一部分的結(jié)構(gòu)、致密程度、天然含水量、孔隙度、塑性指數(shù)及力學強度等均有所不同。其厚度往往比相鄰巖層的小，力學強度和變形模量也很低，飽和抗壓強度僅為干抗壓強度的二分之一或更低，有些甚至遇水崩解。同時，在決定基巖或者邊坡整體穩(wěn)定性上，這種滑帶起著決定性作用，當基巖體內(nèi)如有軟弱夾層，會嚴重影響壩巖體的抗滑穩(wěn)定性，當河谷谷坡或道路邊坡巖體內(nèi)存在軟弱夾層，往往會導致斜坡崩滑失穩(wěn)。

目前對巖土體進行抗剪強度測試的試驗有兩種，為現(xiàn)場原位直剪試驗和室內(nèi)直剪試驗。一般來說，室內(nèi)直剪試驗由于室內(nèi)條件良好，便于操作被經(jīng)常采用，但是由于上述等軟弱夾層現(xiàn)場取樣難度很大，無法進行室內(nèi)試驗，只能進行現(xiàn)場試驗，而且使用現(xiàn)場試驗得到的數(shù)據(jù)更貼近真實，能夠更好的反映軟弱夾層的抗剪強度特征。

綜上所述，有必要開展巖體層間軟弱夾層的現(xiàn)場抗剪試驗研究。

但是巖體層間軟弱夾層現(xiàn)場試驗?zāi)壳耙泊嬖诤芏嘣囼炿y點，試樣制備就是第一個問題，在確定軟弱夾層直剪試樣位置大小后，可以將軟弱夾層試樣兩側(cè)土體挖開，此時仍有三個面和巖體連在一起，上下兩個面可以形成雙面剪切，但靠夾層內(nèi)部一側(cè)的連接將直接影響剪切試驗結(jié)果；第二，巖體層間軟弱夾層上部是有巖體應(yīng)力的，如何確定應(yīng)力大小也是難點之一；第三，剪切力如何施加也是難點之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種巖體層間軟弱夾層現(xiàn)場直剪試驗方法，可以解決無法對巖體層間軟弱夾層進行現(xiàn)場直剪試驗的問題，集制樣、加載、剪切為一體，可現(xiàn)場完成整個試驗過程。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種巖體層間軟弱夾層現(xiàn)場直剪試驗方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：試樣的制備：

步驟1-1：現(xiàn)場確定巖體層間軟弱夾層位置，標出軟弱夾層與上層巖體和下層巖體的分界線；

步驟1-2：以分界線為基準將巖體層間軟弱夾層上挖出第一夾層孔，第一夾層孔的寬度和深度大于軟弱夾層厚度的3倍且大于剪刀式半剪切盒的寬度和深度；

步驟1-3：在第一夾層孔一側(cè)的軟弱夾層挖出第二夾層孔，第二夾層孔的寬度和深度大于剪刀式半剪切盒的寬度和深度，在第二夾層孔成型后，第一夾層孔和第二夾層孔之間軟弱夾層即為試樣胚體；

步驟1-4：在試樣胚體的上方和下方的中心處分別打入上錨樁和下錨樁，將剪刀式剪切裝置的兩個剪刀式半剪切盒分別放入第一夾層孔和第二夾層孔中，豎梁通過固定螺栓與上錨樁和下錨樁連接成一個整體，安裝加載裝置使加載裝置與剪刀式剪切裝置的施力機構(gòu)連接，通過加載裝置中機械千斤頂加載，將試樣胚體的內(nèi)端切斷，兩個剪刀式半剪切盒合攏，得到試樣，完成試樣的制備；

步驟2：進行巖體層間軟弱夾層現(xiàn)場直剪試驗：

步驟2-1：卸下步驟1-4中安裝的加載裝置及兩個l型連桿，保持豎梁連接不變，在兩個剪刀式半剪切盒拼接形成的剪切盒外側(cè)安裝擋板使之形成四周封閉的剪切盒，在兩個剪刀式半剪切盒兩側(cè)的拉環(huán)處分別連接一根拉桿，并通過橫梁連接兩根拉桿，完成錨樁式反力裝置裝配；

步驟2-2：在豎梁和橫梁內(nèi)側(cè)各焊接一塊鋼板，鋼板內(nèi)側(cè)設(shè)有卡口，在卡口處安裝機械千斤頂，在試樣處安裝有測量剪切盒水平位移量的位移傳感器，位移傳感器的底座安裝在上層巖體表面，位移傳感器的探頭安裝在剪切盒外側(cè)的擋板處，在機械千斤頂?shù)耐苿酉拢羟泻袃?nèi)的試樣逐漸產(chǎn)生剪切變形，通過位移傳感器和機械千斤頂?shù)淖x數(shù)實時記錄剪切變形和剪切荷載，待剪切位移量達到規(guī)范要求后停止試驗，即完成巖體層間軟弱夾層現(xiàn)場直剪試驗。

步驟1-4所用剪刀式剪切裝置中，兩個剪刀式半剪切盒分別位于第一夾層孔和第二夾層孔中，各剪刀式半剪切盒與施力機構(gòu)連接，施力機構(gòu)中，剪刀式半剪切盒通過固定螺栓和l型連桿固定連接，兩個l型連桿通過豎梁和鉸接螺栓鉸接在一起，傳力板焊接在l型連桿的尾部。

步驟1-4所用加載裝置中，機械千斤頂兩側(cè)安裝有鉸接支座，鉸接支座中，轉(zhuǎn)動上頁焊接在傳力板內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)動下頁內(nèi)側(cè)設(shè)有卡口，用于固定機械千斤頂?shù)膬蓚?cè)，轉(zhuǎn)動上頁和下頁之間插有插銷，轉(zhuǎn)動下頁下方設(shè)有限位螺栓。

步驟1-4中，將試樣胚體內(nèi)端切斷的步驟如下：

將機械千斤頂固定在轉(zhuǎn)動下頁的卡口內(nèi)，伸長機械千斤頂，使兩個l型連桿張開帶動兩個剪刀式半剪切盒前端的剪切刀片與軟弱夾層相接觸，繼續(xù)伸長機械千斤頂，機械千斤頂通過傳力板推動剪切刀片對軟弱夾層的內(nèi)端進行橫切，待剪切刀片將軟弱夾層的內(nèi)端完全切斷后，此時兩個剪切刀片相接觸，機械千斤頂停止伸長，兩個剪刀式半剪切盒內(nèi)部的軟弱夾層即為試樣。

本發(fā)明提供的一種巖體層間軟弱夾層現(xiàn)場直剪試驗方法，可以解決無法對巖體層間軟弱夾層進行現(xiàn)場直剪試驗的問題，集制樣、加載、剪切為一體，可現(xiàn)場完成整個試驗過程。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：

圖1為本發(fā)明實施例中對上下巖體粘貼變形測點腳標并現(xiàn)場測量上部巖體應(yīng)力的各部件的安裝位置示意圖；

圖2為本發(fā)明在軟弱夾層中挖出第一夾層孔和第二夾層孔的示意圖；

圖3為本發(fā)明剪刀式剪切裝置及加載裝置的示意圖，圖中還表明了切斷試樣內(nèi)端的變化過程；

圖4為本發(fā)明鉸接支座示意圖；

圖5為本發(fā)明在進行軟弱夾層試樣內(nèi)端切斷時裝置的示意圖；

圖6為本發(fā)明在進行現(xiàn)場直剪試驗時裝置的側(cè)視圖；

圖7為本發(fā)明剪切盒的示意圖；

圖8為本發(fā)明所剪切的試樣的示意圖。

圖中：1-試樣，2-剪刀式半剪切盒，3-固定螺栓，4-擋板，5-鉸接螺栓，6-l型連桿，7-傳力板，8-機械千斤頂，9-鉸接支座，10-轉(zhuǎn)動上頁，11-轉(zhuǎn)動下頁，12-插銷，13-卡口，14-限位螺栓，15-上錨樁，16-下錨樁，17-豎梁，18-拉環(huán)，19-拉桿，20-橫梁，21-剪切刀片，22-凹槽，23-鋼板，101-軟弱夾層，102-巖體，103-腳標，104-第一夾層孔，105-扁式液壓加載器，106-壓力表，107-溢流閥，108-手動油泵，109-油管，110-墊板，111-錨孔，112-位移傳感器，112a-位移傳感器底座，112b-位移傳感器探頭，204-第二夾層孔。

具體實施方式

實施例一

如圖2-8所示，一種巖體層間軟弱夾層現(xiàn)場直剪試驗方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：試樣1的制備：

步驟1-1：現(xiàn)場確定巖體層間軟弱夾層101位置，標出軟弱夾層101與上層巖體102和下層巖體的分界線；

步驟1-2：以分界線為基準將巖體層間軟弱夾層101上挖出第一夾層孔104，第一夾層孔104的寬度和深度大于軟弱夾層101厚度的3倍且大于剪刀式半剪切盒2的寬度和深度；

步驟1-3：在第一夾層孔104一側(cè)的軟弱夾層101挖出第二夾層孔204，第二夾層孔204的寬度和深度大于剪刀式半剪切盒2的寬度和深度，在第二夾層孔204成型后，第一夾層孔104和第二夾層孔204之間軟弱夾層101即為試樣胚體；

步驟1-4：在試樣胚體的上方和下方的中心處分別打入上錨樁15和下錨樁16，將剪刀式剪切裝置的兩個剪刀式半剪切盒2分別放入第一夾層孔104和第二夾層孔204中，豎梁17通過固定螺栓與上錨樁15和下錨樁16連接成一個整體，安裝加載裝置使加載裝置與剪刀式剪切裝置的施力機構(gòu)連接，通過加載裝置中機械千斤頂8加載，將試樣胚體的內(nèi)端切斷，兩個剪刀式半剪切盒2合攏，得到試樣1，完成試樣1的制備；

步驟2：進行巖體層間軟弱夾層現(xiàn)場直剪試驗：

步驟2-1：卸下步驟1-4中安裝的加載裝置及兩個l型連桿6，保持豎梁17連接不變，在兩個剪刀式半剪切盒2拼接形成的剪切盒外側(cè)安裝擋板4使之形成四周封閉的剪切盒，在兩個剪刀式半剪切盒2兩側(cè)的拉環(huán)18處分別連接一根拉桿19，并通過橫梁20連接兩根拉桿19，完成錨樁式反力裝置裝配；

步驟2-2：在豎梁17和橫梁20內(nèi)側(cè)各焊接一塊鋼板23，鋼板23內(nèi)側(cè)設(shè)有卡口13，在卡口13處安裝機械千斤頂8，在試樣1處安裝有測量剪切盒水平位移量的位移傳感器112，位移傳感器112的底座112a安裝在上層巖體102表面，位移傳感器112的探頭112b安裝在剪切盒外側(cè)的擋板4處，在機械千斤頂8的推動下，剪切盒內(nèi)的試樣1逐漸產(chǎn)生剪切變形，通過位移傳感器112和機械千斤頂8的讀數(shù)實時記錄剪切變形和剪切荷載，待剪切位移量達到規(guī)范要求后停止試驗，即完成巖體層間軟弱夾層現(xiàn)場直剪試驗。

步驟1-4所用剪刀式剪切裝置中，兩個剪刀式半剪切盒2分別位于第一夾層孔104和第二夾層孔204中，各剪刀式半剪切盒2與施力機構(gòu)連接，施力機構(gòu)中，剪刀式半剪切盒2通過固定螺栓3和l型連桿6固定連接，兩個l型連桿6通過豎梁17和鉸接螺栓5鉸接在一起，傳力板7焊接在l型連桿6的尾部。

步驟1-4所用加載裝置中，機械千斤頂8兩側(cè)安裝有鉸接支座9，鉸接支座9中，轉(zhuǎn)動上頁10焊接在傳力板7內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)動下頁11內(nèi)側(cè)設(shè)有卡口13，用于固定機械千斤頂8的兩側(cè)，轉(zhuǎn)動上頁10和下頁11之間插有插銷12，轉(zhuǎn)動下頁11下方設(shè)有限位螺栓14。

步驟1-4中，將試樣胚體內(nèi)端切斷的步驟如下：

將機械千斤頂8固定在轉(zhuǎn)動下頁11的卡口13內(nèi)，伸長機械千斤頂8，使兩個l型連桿6張開帶動兩個剪刀式半剪切盒2前端的剪切刀片21與軟弱夾層101相接觸，繼續(xù)伸長機械千斤頂8，機械千斤頂8通過傳力板7推動剪切刀片21對軟弱夾層101的內(nèi)端進行橫切，待剪切刀片21將軟弱夾層101的內(nèi)端完全切斷后，此時兩個剪切刀片21相接觸，機械千斤頂8停止伸長，兩個剪刀式半剪切盒2內(nèi)部的軟弱夾層即為試樣1。

在兩剪刀式半剪切盒2內(nèi)側(cè)設(shè)有相配合的凹槽22，在兩側(cè)凹槽22內(nèi)插入一塊擋板4形成四周封閉的剪切盒。

為了方便計算抗剪強度，在步驟1：試樣1的制備步驟之前，還可進行對巖體層間軟弱夾層現(xiàn)場測量上部巖體應(yīng)力，其方法為：

第一步：現(xiàn)場確定巖體102層間軟弱夾層101位置，標出軟弱夾層101與上下巖體102的分界線，選取試驗的位置，在上下巖體102臨空面的表面分別牢固粘貼一個變形測點腳標103，精確測量兩個腳標103的初始距離，即巖體層間軟弱夾層101變形的初讀數(shù)；

第二步：測量完畢后，以分界線為基準將巖體102層間軟弱夾層101挖出第一夾層孔104，要求第一夾層孔104的寬度和深度大于軟弱夾層101厚度的3倍且大于剪刀式半剪切盒2的寬度和深度，兩個變形測點腳標103的連線為第一夾層孔104的對稱軸，第一夾層孔104挖出后，軟弱夾層101上部巖體102應(yīng)力自動釋放，再次測量兩個變形測點腳標103之間的距離，即開挖后的變形值；

第三步：在第一夾層孔104內(nèi)的上下巖體102上下面分別抵靠上一塊墊板110，墊板110與巖體102之間用細濕砂墊平，在兩塊墊板110之間安裝扁式液壓加載器105，扁式液壓加載器105通過油管109與手動油泵108連接，在油管109上安裝有壓力表106和溢流閥107，操作手動油泵108，扁式液壓加載器105將上部巖體102向上頂升，同時實時觀測兩個變形測點腳標103之間的距離，當兩個變形測點腳標103之間的距離接近初始距離時，手動油泵108減少加荷級差，在兩個變形測點腳標103之間的距離達到初始距離時，扁式液壓加載器105停止頂升，并記錄壓力表106的讀數(shù)，通過壓力表106的讀數(shù)得出上部巖體的應(yīng)力，如圖1所示。