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1、实验三 岩石的剪切强度试验一、实验目的与要求 岩石在剪切载荷作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度，是反 映岩石力学性质的重要参数之一.剪切实验根据剪切面上有无正应力分为直剪实验和压剪实 验.通过采用压剪实验即角模压剪实验测得岩石的内摩擦角和黏聚集力。通过本实验要了解标准试件的加工机械、加工过程及检测程序了解岩石抗剪实验所用模 具的结构组成、掌握实验过程及实验数据处理的方法.二、实验仪器（一）设备1. 材料实验机。2. 岩石试样加工机械：锯石机、磨石机或磨床。3. 变角剪切夹具。（二）量具1. 游标卡尺，精度0。02mm。2. 钢板尺。3. 直角尺。4. 百分表架。5. 百分
2、表。6. 水平检测台。三、试件规格、加工精度、数量（一）标准试件采用5cmX5cmX5cm的正方形试件。（二）加工精度1. 试件各边长公差不得超过-+00.31mm2. 两端面不平行度不大于 0.1mm。3. 相邻两平面的不垂直度:将试件放在水平检测台上，用直角尺紧贴试件垂直边侧，要求 两者之间无明显缝隙（三）试件数量 应根据实验方式确定，当取5个以上的剪切角度，每个角度下做一个试件的剪切试验时，所需试件最低数量为5个;当取3个角度，每个角度下做3个试件的剪切实验，取其算术平 均值时，所需试件最低数量为9 个.当采取第二种实验方式时，在计算平均值的同时，应计 算偏离度.若偏离度超过 20%，则
3、应增补试件数量，使偏离度不大于20.四、实验原理通过变角剪切夹具作用在试块上的力P可分解为与剪切面垂直的正应力和与剪切面平 行的剪应力。当P大到某一值时，剪应力大于岩石的黏聚力与因正应力而产生的摩擦力之和 时，岩石即被剪切破坏此时，可通过已知的a值和破坏载荷P,计算得到几组正应力。和 剪应力t,最终通过绘图和计算求得岩石的黏聚力C与内摩擦角巾。五、实验内容1. 了解标准试件的加工机械、检测机具，规程对尺寸和精度的要求及检测方法；2. 学会材料实验机的操作方法及变角剪切模具的使用方法;3. 学会变角剪切实验方法，岩石的内摩擦角及黏聚力的计算方法。六、实验步骤1. 对岩石进行分组编号，记为1 组（
4、1，2,3 号），2 组（4,5，6 号），3 组（7,8,9 号）填入表 1 内；2. 1组试件剪切角均为70,2组试件剪切角均为60，3 组试件剪切角均为50，在试 件上画出剪切线；3. 检查试件加工精度，测量试件尺寸，并填入表1 内；4. 选择压力机度盘值时，一般满足下式：0.2P0Pmax0。8P05. 调整材料试验机度盘指针为零，使材料试验机处于工作状态。将已调好角度的变角剪切 夹具下座放在材料实验机上，使中心线与承压板中心线重合，装上试件并安好夹具上座， 调整承压板球形座，使变角剪切夹具受力均匀。按操作规程开动材料试验机，施加数百 牛载荷，检查试件及变角夹具放置是否良好，若产生偏载
5、需卸载重调.6. 夹具与试件调整好后，以0.51.0MPa/s的速度加载直至试件破坏。加载时，人员应离 开工作台，并采取适当的保护措施.7. 对试件破坏情况进行描述或者拍摄.七、实验数据处理表1岩石分 组编号第一组第二组第三组123456789剪切面 积F/（cm2）49剪切角 度a/（）706050破坏载 荷 P/KN8。76145.81018.49517.62416.14626.11131。09826.12849。854平均破 坏载荷P/KN13.62819.95935。 693（注：为方便剪切面积取其截面积）（一） 剪切破坏面上正应力和剪应力1= cosa x 10 =0.625MPax
6、10=1.29MPa同理 04=1。798MPa。7=3。173MPa0 5=1。 648MPa0 6=2。 664MPa560 8=2.666MPa0 9=5.087MPa89t 1=X-sina x10=1。68MPaT 3=p2sina x 10 =3.547 MPa3F同理 t4=3o 115MPat5=2o 854MPat 6=4.615MPaT 7=5.496MPaT 8=4。 617MPa T 9=8.811MPa7891平均正应力：o产怎x (j+o3)=0.958MPap1 2 1 31o 2=三x (o”+o5+o6)= 2o 036 MPap2 3 4 5 61o p3=
7、 3 x (o 7+ o g+ o J=3 o 642MPa1平均剪切力：t p 1=2x ( t 1+ t 3)= 2.614MPa1Tp 2=3 x(T4+T5+T6)= 3.528MPa1Tp 3=3x(T 7+ T 8+ T 9)= 6.308MPa（二） 偏离度的计算艺Q G )2.i pM 产耳=0.47MPao1n 一 1M 2=0.548MPao2M 3=1o 267MPao32 (T T )2,i pM 严耳=1o 302MPat1n 1M 2=0o 950MPaT2M 3=2o 212MPaT3x 100%=49.1%GpV 2=26。9%o2V 3=34.8%o3Tx 1
8、00%=50o 5%TpV 2 =26。9%T2V 2 =35.15%T2（三） 绘制岩石强度曲线 分析：由于此次实验数据不符合要求,其主要原因是试件不标准，故不处理实现数据，仅 将方法罗列如下1.将各测定角度下的平均正应力和平均剪应力画在o T直角坐标系中，用曲线板连成曲 线。2. 为便于工程上的应用，可将岩石强度曲线简化为直线，简化后可以用下列方程表示t =C+ o tan 申式中C-岩石强度曲线在T轴上的截距，即岩石的黏聚力；-岩石强度的倾角，即岩石的内摩擦角岩石强度曲线的简化方法：在曲线上各点间做直线,是该直线通过的点最多，并使不在 直线上的点均匀分布在直线的两侧，各点据直线距离最小，该直线即为反应实验结果的最佳 直线。（四）C和的计算在简化后的直线上任意取点1和2,求出剪应力T 1和T 2、正应力o 1和0 2,代入下面 公式，即可求出。C= t 2 o 2tan 申Q=tan-1 T2- T1o2- o1八、误差分析1. 试件加工过程中存在误差、不能完全接近标准试件；2. 实验设备本身的系统误差
