钻孔剪切力学参数表征修正方法及其实验研究

钻孔剪切法是现场快速实测岩石抗剪强度的重要方法,但因测量误差较大导致其应用受限。通过对钻孔剪切原理及研究成果分析,发现了不完全剪切是岩石钻孔剪切试验误差大的原因,提出了基于压、剪不等面积的钻孔剪切法修正方法。设计实验装置开展钻孔剪切模拟试验,研究了不同剪切板参数下砂岩剪切力学参数表征规律,证明了所提方法的有效性和修正效果,最后通过文献数据验证了该方法的适用性。具体结果如下:①岩石钻孔剪切试验误差大的根本原因是受压面积和剪切面积选取失真且不相等,实际剪切破坏面积小于剪切齿齿间面积,且不同剪切齿长度情况下修正受压面积和剪切面积均随法向力的增大线性增大。基于剪切齿参数、受压面积和剪切面积的关系式,提出了钻孔剪切法修正方法。②岩石钻孔剪切的剪应力−剪切位移曲线可分为压密阶段、似弹性变形阶段、塑性变形阶段和峰后阶段。随法向力增大,不同剪切板参数下正应力、剪应力和剪切刚度均增大,达到剪应力峰值时的位移减小。钻孔剪切参数与剪切力学参数表征值之间存在明显规律。随剪切齿齿长的增加,黏聚力线性增大,内摩擦角呈二次函数增大。随剪切板面积的增加,黏聚力线性增大,内摩擦角呈二次函数减小。③剪切齿齿长和剪切板面积增大可在一定程度上减少测量偏差。剪切齿齿长从1.0 mm增大到2.5 mm,黏聚力和内摩擦角测量值的总偏差从62.96%降低到19.91%,总修正提升值从30.8%提高到74.1%;剪切板面积从400 mm^(2)增大到520 mm^(2),黏聚力和内摩擦角测量值的总偏差从64.07%降低到37.69%,总修正提升值从39.56%提高到56.05%。实验和文献数据验证均表明,本修正方法可以使钻孔剪切法测得的黏聚力和内摩擦角准确度分别提升约50%和6%。

基于原位钻孔剪切试验的高填方边坡稳定性分析

边坡土体强度参数对边坡稳定性有重要影响,而边坡稳定性分析结果的准确性制约着工程的建设。针对某填方边坡工程,为准确分析边坡土体强度参数,同时为边坡后续加固治理提供可靠依据,采用原位钻孔剪切试验获取边坡填土抗剪强度指标,并对边坡进行稳定性分析。研究结果表明,原位钻孔剪切试验能快速、直接、有效且准确地获取土体强度指标,真实反映土体特性,对提高边坡稳定性分析评价的准确性具有重要意义。

原位钻孔剪切试验在高填方工程中的应用研究

为有效分析高填方工程强夯对地基的影响程度,本文通过开展原位钻孔剪切试验得到夯前、夯后不同深度状态下的抗剪强度参数,计算得到对应的抗剪强度,分析强夯对抗剪强度的影响情况,并与圆锥动力触探试验、多道瞬态面波测试结果对比分析。原位钻孔剪切试验结果表明,强夯能够显著提升抗剪强度,但随着深度的增加,强夯对填土体的抗剪强度的提升效果逐渐减小,在深度为17m时影响可忽略。圆锥动力触探试验、多道瞬态面波测试结果与原位钻孔剪切试验结果较为类似,证明了原位钻孔剪切试验在高填方工程中的应用是可靠的。

新型电控式钻孔剪切仪的研制及测试验证

针对传统钻孔剪切仪剪切速率难以控制、测试误差大、试验参数取值依靠经验等缺点,研制了新型电控式钻孔剪切仪,并阐述了新仪器的结构、测试原理及方法。为测试新仪器的稳定性,将新仪器应用于滑坡场地,与传统剪切仪测试结果进行对比。结果表明:首级法向应力可等于或稍大于初始法向应力σ_(0);法向应力增量Δσ与临塑应力σ_(f)与初始法向应力σ_(0)之间存在(σ_(0)–σ_(f))/Δσ=4.0~4.5的关系,可指导Δσ取值;当法向位移与时间关系曲线趋于水平、法向位移速率趋于0时,固结稳定,据此可确定土体固结时间;根据剪应力与剪切位移关系曲线,可直观地判断土体所受应力状态,指导剪切力施加;新仪器与传统剪切仪相比,测试的抗剪强度指标可靠,而后者所测黏聚力值c很小,甚至为负值。4.5m深度处剪切板压入土体和剪切过程的数值模拟表明:法向应力介于法向位移曲线的线性变形阶段时,土体可有效固结。剪切破坏时,剪切板附近土体产生明显错动,形成条状塑性破坏带,并逐渐形成上下贯通的塑性破坏带。

黄土钻孔剪切特性影响因素分析

为指导钻孔剪切试验在黄土地区的应用,利用改进的Iowa钻孔剪切仪研究了典型西安Q3黄土的钻孔剪切特性,探讨法向应力范围、加载剪切方式、剪切速率等因素对试验结果的影响规律。试验结果显示:当法向应力控制在初始应力和临塑应力范围内,抗剪强度与法向应力之间能较好地符合摩尔-库伦破坏准则;当法向应力小于初始应力时,试验求得的黏聚力偏小甚至为负值,内摩擦角偏大;当法向应力超过临塑应力后,试验得到的黏聚力偏大,内摩擦角偏小;分别加载剪切法与分级加载剪切法测得的抗剪强度参数相差不大;当首级法向应力固结10 min、分级法向应力固结5 min时,法向位移速率均<0.005 mm/min,该值可作为固结变形稳定的判定依据;当剪切速率为1.7~2.3 r/s时,抗剪强度指标的测试结果相差较小。上述钻孔剪切特性影响因素的试验结果可作为试验操控和数据处理的参考依据。

土体钻孔剪切仪自动化改造及应用研究

针对现有钻孔剪切仪存在的缺点,对既有土体钻孔剪切仪进行自动化改造。为评估改造后的钻孔剪切仪测定土体抗剪强度的适用性,以光谷创新基地黏性土及广佛环线琶洲站残积土为研究对象,利用改造后的钻孔剪切仪进行大量钻孔剪切试验,得到原状黏性土和残积土(原状、短时(2~3 h)浸水及24 h浸水)的抗剪强度参数。从多方面对钻孔剪切试验与直剪试验结果差异性进行分析,以南京禄口机场站粉质黏土为对象,重点对法向压力的影响进行分析。结果表明:黏性土和残积土的钻孔剪切试验数据的线性相关性良好。短时(2~3 h)浸水后,残积土黏聚力减少15.28%~40.45%,钻孔上部土体内摩擦角增大17.35%~30.90%,钻孔下部土体内摩擦角减少4.83%~8.75%。24 h浸水后,残积土黏聚力减少45.10%~69.33%,内摩擦角减少52.14%~69.87%。通过对比发现,钻孔剪切试验相比于室内直剪试验得到的黏聚力小,内摩擦角大。通过对南京禄口机场站粉质黏土抗剪强度参数随法向压力的变化规律分析,发现法向压力由30 kPa增加至50 kPa时,黏聚力增大了2.88倍,内摩擦角减少了约41.6%。研究成果可为钻孔剪切仪在土体中的应用及法向压力选择提供参考。

黄土的钻孔剪切试验特性研究

为研究钻孔剪切试验在黄土中的应用效果,在西安东郊典型的Q3黄土中进行不同首级法向应力和不同法向应力增量条件下钻孔剪切试验。试验结果表明,抗剪强度随法向应力增大呈曲线形式增大,存在某一临界法向应力值,超过该值后抗剪强度与法向应力之间呈良好的线性关系,能较好地符合摩尔-库仑强度准则,所测得的抗剪强度参数相差较小;在分级加载试验中,法向应力增量越小,达到同一法向应力时的抗剪强度越大;分别加载试验与分级加载剪切试验相比,在相同法向应力下测得的抗剪强度值偏小,随法向应力增大,偏离程度增大;当法向应力较小时,剪切齿难以压入硬土中,导致所测得的黏聚力偏小、内摩擦角偏大,为此建议开发适合不同软硬土质的剪切板,并增加法向位移观测系统,用于判断法向应力施加过程的齿尖压入孔壁情况。

岩土体原位钻孔剪切试验国内外现状研究综述

钻孔剪切试验是一种通过在钻孔侧壁上,进行不同法向压力下的直接剪切试验测定岩土体抗剪强度参数的原位测试方法,而且是快速、简易和较可靠的确定岩土体抗剪强度参数的原位测试手段,一直是工程界关注的热点,因此,进一步研究岩土体钻孔剪切实验是当前的形势所需,具有重要的现实和理论意义。本文通过对钻孔剪切实验的文献研究的梳理,总结了岩土体钻孔剪切实验的发展与现状,并对未来发展做了展望。

黄土原位钻孔剪切试验研究

准确获得黄土原位土体抗剪强度参数对黄土工程至关重要。将钻孔剪切试验应用于西安某黄土滑坡原位土体抗剪强度参数测试,提出了黄土场地中适宜的成孔方法,在原Iowa钻孔剪切仪基础上加装微型位移测量系统和剪切力测量系统,精确测量法向位移与剪切应力,并将钻孔剪切试验结果与室内直剪试验结果进行了对比。结果表明,改进后的设备测试更加可视化、可控化;试验阶段法向压力–位移分布近似在一条直线上,土体处于似弹性变形阶段;首级法向压力固结时间为10 min,后续每级压力固结时间为5 min,满足试验要求并能保证试验成功率;与室内直剪试验相比,钻孔剪切试验测得的内摩擦角平均大40.8%,黏聚力平均小12.7%。钻孔剪切试验数据之间相关性较好,测试效果良好,可为今后黄土原位土体抗剪强度参数测试提供借鉴与指导。

钻孔剪切试验及其在黄土中的应用

钻孔剪切试验是一种通过在钻孔侧壁上进行直剪试验来测定土体黏聚力和内摩擦角的原位测试方法。阐述和总结了钻孔剪切试验的基本原理、试验和数据处理方法。为了评估钻孔剪切试验测定黄土抗剪强度指标的适用性,采用Iowa钻孔剪切试验仪实测了不同深度黄土的抗剪强度指标,并与室内三轴剪切试验(CU)和直剪试验结果进行了对比。试验结果显示,钻孔剪切试验用于测定黄土的抗剪强度指标时,抗剪强度与法向压力具有较好的线性相关性;试验黄土的钻孔剪切试验应力-应变关系曲线为应变软化型;钻孔剪切试验结果与室内三轴剪切试验(CU)和直剪试验结果相比,黏聚力降低,内摩擦角增大;均质黄土地层的钻孔剪切试验数据离散性相对较小,可采用"整体"破坏包线法对抗剪强度指标进行统计。

大光包滑坡滑带碎裂岩体原位钻孔剪切试验研究

安县大光包滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,滑坡南侧暴露长约1.8 km顺层滑带,其岩体高度碎裂化,引起广泛关注。为准确评价滑带碎裂岩体的强度参数,笔者在前人研究的基础上开展了细致的野外调查工作,采用法国Phicometre岩土两用原位钻孔剪切试验仪对大光包滑坡滑带碎裂岩体进行了原位剪切试验。将试验结果与Hoek–Brown岩体强度准则估值和基于工程地质类比法的力学参数建议值进行了对比分析。基于以上研究,提出了大光包滑坡南侧顺层滑带碎裂岩体力学参数建议值:内聚力为245~480 k Pa,内摩擦角为25.0°~26.5°。

原位钻孔剪切试验及其在残坡积土中的应用

通过现场原位试验获取岩土体强度参数一直是岩土工程领域的重要研究课题,介绍了Phicometre钻孔剪切试验仪的基本原理、试验过程和数据处理方法。为评估其在残坡积土中的工程适用性,使用其在粤北某航道边坡不同深度的残坡积土进行了现场试验。试验结果表明,钻孔剪切仪具有扰动小、速度快的特点,测试结果具有较好的线性相关性;对于数据离散性相对较小的均质地层,可采用整理破坏包络线法对其抗剪强度指标进行统计分析。

原位钻孔剪切试验在优化边坡稳定性评价中的应用

岩土边坡结构的复杂性一直影响工程建设中对边坡稳定性的准确评价,反之,边坡稳定性评价结果准确与否制约工程建设。基于极限平衡理论,根据原位钻孔剪切试验特征,运用slope/w对传统计算模型进行探讨、优化,最终得出:(1)原位钻孔剪切试验反映出坡体结构中岩土体的各向异性,数值水平高于室内实验值;(2)传统计算模型+室内试验参数方案计算结果偏于保守,传统计算模型+单一原位参数计算结果存在偏大或偏小的可能性;(3)优化分层计算模型+分层原位参数方案切实可行,提高边坡稳定性评价的准确性,对工程边坡评价意义重大。

新型便携式钻孔剪切仪研发与测试分析

在分析了国外现有设备优缺点的基础上,研发了一套新型便携式钻孔剪切仪,并在室内模型箱和野外现场进行了大量试验。通过比较钻孔剪切试验与室内直剪、三轴试验的结果,发现钻孔剪切试验所得数据拟合的相关系数均大于0.98,其离散性比室内直剪试验小;所得粘聚力和内摩擦角分别比室内直剪试验小30%?50%和10%?25%,比室内三轴试验小9%和2%.针对上述结果,在分析3种试验的边界条件、试样破坏判别准则的基础上,给出了试验结果差异性的解释,提出了该仪器的适用范围与注意事项。

土体抗剪强度参数的钻孔剪切试验方法初探

介绍了一种通过钻孔剪切试验测定土体抗剪强度参数的原位测试新方法,从试验原理、试验设备和试验数据处理分析方法等方面对钻孔剪切试验进行了总结。为验证钻孔剪切试验的工程适用性,采用美国Iowa钻孔剪切试验仪分别对非饱和黄土及饱和黄土的抗剪强度指标进行了实测。试验结果表明,钻孔剪切试验可快速、直接地得到黄土的抗剪强度参数,试验数据的线性相关性较高。针对现有钻孔剪切试验中存在的问题,建议了今后的研究方向。

向家坝水电站坝基岩体钻孔剪切试验研究

向家坝水电站是金沙江流域水利资源梯级开发的最后一级水电站,坝基岩体抗剪强度参数对工程设计、施工等方面有重要意义。向家坝水电站坝基岩体地质条件复杂,并发育有多条软弱夹层,如何快速准确地对岩体抗剪强度参数进行评价至关重要。本文介绍了从美国引进的适用于中软岩-软岩体的新型岩体抗剪强度检测设备,利用工程前期地质勘探钻孔进行岩体剪切试验,可以十分方便快捷地得到岩体抗剪强度参数,并且利用该设备得到的试验数据具有很高的线性相关关系。通过在向家坝水电站坝基岩体中进行的几组钻孔剪切试验,详细介绍了使用该设备得到岩体抗剪强度参数的方法,验证了该设备的工程适用性。

西安临潼黄土原位钻孔剪切试验研究

在工程建设中,非饱和土体的抗剪强度值以及内摩擦角的求取具有重要意义。为了精确求得该值,现在常用的方法有室内土工试验及原位试验。相对室内试验,原位试验能够最大限度的保持土的原位状态,并且受剪面非人为选取,试验所得数据更具有代表性。文章介绍一种原位钻孔剪切试验,利用美国生产的BST原位钻孔剪切仪来实地测定土的抗剪强度。主要介绍试验装置、工作原理、操作步骤及结论和建议,为原位求得内聚力及内摩擦角提供了新的思路和方法。

土的钻孔剪切试验及其工程应用

进行土的室内直剪试验时要取土样,对于饱和状态的粘上、粉土和砂土取样往往十分困难,且取样时扰动的影响很大。本文介绍一种对土体扰动较小的原位直接剪切试验,该方法属原位测试技术,能较好地反映出土体天然状态下的力学性能,并研究了试验注意事项和试验数据处理。

黄土钻孔剪切变形与强度特性研究

为揭示黄土钻孔剪切过程的变形和强度特征,在传统钻孔剪切仪上增加法向位移和剪切位移传感器,并采用改进的钻孔剪切仪在典型西安黄土中进行不同深度的钻孔剪切试验,同时在相邻探井内取原状土样进行三轴固结不排水剪切试验和直剪试验(固结快剪、快剪),最后将不同试验方法测得的抗剪强度参数进行对比分析。试验结果表明,法向应力-法向位移关系曲线可通过刺入压密阶段、似弹性变形阶段和塑性变形阶段描述其特征;在首级法向应力下的剪切破坏过程中,剪切应力历经短期弹性、长期弹塑性增大阶段,直至达到相对稳定值;在分级法向应力下的剪切破坏过程中,剪切应力历经从零增大至比例强度的弹性阶段,从比例强度增大至峰值强度的弹塑性阶段和从峰值强度降低至残余强度的屈服破坏阶段;当法向应力控制在似弹性变形阶段范围时,剪切应力与法向应力之间呈良好的线性关系,较好地符合摩尔-库伦强度准则;钻孔剪切试验测得的内摩擦角普遍高于三轴固结不排水剪切试验和直剪试验(固结快剪、快剪)结果,但黏聚力除在浅部地层(10 m深度范围内)中高于直剪试验(固结快剪、快剪)结果外,均小于三轴固结不排水剪切试验和直剪试验(固结快剪、快剪)结果。

剪切板粗糙特性对钻孔剪切试验的影响研究

为了评价钻孔剪切试验技术在黄土地区的适用性,设计了一套室内模型试验装置,在原装剪切板基础上重新设计了不同齿间距和齿尖角度的5套剪切板,共进行了4个含水率重塑黄土的两种模型试验,一种为剪切齿入土深度模型试验,另一种为钻孔剪切模型试验。研究结果表明,钻孔剪切试验得到的土体抗剪强度随法向应力的变化包含非线性和线性两个特征段,试验时的法向应力应选择在线性段,若首级法向应力选择在非线性段将导致c值偏小,φ值偏大,通过增大剪切齿间距或减小齿尖角度可增大剪切板对不同含水率黄土的适用性。