10.9 现场直接剪切试验

10.9.1 《94规范》中本节包括现场直剪试验和现场三轴试验，本次修订时，考虑到现场三轴试验已非常规，属于专门性试验，故不列入本规范。国家标准《工程岩体试验方法标准》(GB/T 50266—99)也未包括现场三轴试验。现场直剪试验，应根据现场工程地质条件、工程荷载特点，可能发生的剪切破坏模式、剪切面的位置和方向、剪切面的应力等条件，确定试验对象，选择相应的试验方法。由于试验岩土体远比室内试样大，试验成果更符合实际。

10.9.2 本条所列的各种试验布置方案，各有适用条件。
    图10.2中(a)、(b)、(c)剪切荷载平行于剪切面，为平推法；(d)剪切荷载与剪切面成a角，为斜推法。 (a)施加的剪切荷载有一力臂e₁存在，使剪切面的剪应力和法向应力分布不均匀。(b)使施加的法向荷载产生的偏心力矩与剪切荷载产生的力矩平衡，改善剪切面上的应力分布，使趋于均匀分布，但法向荷载的偏心矩e₂较难控制，故应力分布仍可能不均匀。 (c)剪切面上的应力分布是均匀的，但试验施工存在一定困难。

图10.2 现场直剪方案布置

    图10.2中(d)法向荷载和斜向荷载均通过剪切面中心，a角一般为15°。在试验过程中，为保持剪切面上的正应力不变，随着a值的增加，P值需相应降低，操作比较麻烦。进行混凝土与岩体的抗剪试验，常采用斜推法，进行土体、软弱面(水平或近乎水平)的抗剪试验，常采用平推法。
    当软弱面倾角大于其内摩擦角时，常采用楔形体(e)、(f)方案，前者适用于剪切面上正应力较大的情况，后者则相反。
    图中符号P为竖向(法向)荷载；Q为剪切荷载；σ_x、σ_y为均布应力；г为剪应力；σ为法向应力；e₁、e₂为偏心距； (e)、(f)为沿倾向软弱面剪切的楔形试体。

10.9.3 岩体试样尺寸不小于50cm×50cm，一般采用70cm×70cm的方形体，与国际标准一致。土体试样可采用圆柱体或方柱体，使试样高度不小于最小边长的0.5倍；土体试样高度则与土中的最大粒径有关。

10.9.4 对现场直剪试验的主要技术要求作如下说明：
    1. 保持岩土样的原状结构不受扰动是非常重要的，故在爆破、开挖和切样过程中，均应避免岩土样或软弱结构面破坏和含水量的显著变化；对软弱岩土体，在顶面和周边加护层(钢或混凝土)，护套底边应在剪切面以上；
    2. 在地下水位以下试验时，应先降低水位，安装试验装置恢复水位后，再进行试验；
    3. 法向荷载和剪切荷载应尽可能通过剪切面中心；试验过程中注意保持法向荷载不变；对于高含水量的塑性软弱层，法向荷载应分级施加，以免软弱层挤出。

图 10.3 确定屈服强度的辅助方法

10.9.5 绘制剪应力与剪切位移关系曲线和剪应力与垂直位移曲线。
依据曲线特征，确定强度参数，见图10.3。
    1. 比例界限压力定义为剪应力与剪切位移曲线直线段的末端相应的剪应力，如直线段不明显，可采用一些辅助手段确定：
    1)用循环荷载方法 在比例强度前卸荷后的剪切位移基本恢复，过比例界限后则不然；
    2)利用试体以下基底岩土体的水平位移与试样的水平位移的关系判断 在比例界限之前，两者相近；过比例界限后，试样的水平位移大于基底岩土的水平位移；
    3)绘制τ—“u/г曲线(τ—剪应力，u—剪切位移) 在比例界限之前，u/τ变化极小；过比例界限后，u/τ值增大加快：
    2. 屈服强度可通过绘制试样的绝对剪切位移u_A与试样和基底间的相对位移u_R以及与剪应力τ的关系曲线来确定，在屈服强度之前，u_R的增率小于u_A，过屈服强度后，基底变形趋于零，则u_A与u_R的增率相等，其起始点为A，剪应力τ与u_A曲线上A点相应的剪应力即屈服强度；
    3. 峰值强度和残余强度是容易确定的；
    4. 剪胀强度相当于整个试样由于剪切带发生体积变大而发生相对的剪应力，可根据剪应力与垂直位移曲线判定；
    5. 岩体结构面的抗剪强度，与结构面的形状、闭合、充填情况和荷载大小及方向等有关。
    根据长江科学院的经验，对于脆性破坏岩体，可以采取比例强度确定抗剪强度参数；而对于塑性破坏岩体，可以利用屈服强度确定抗剪强度参数。
    验算岩土体滑动稳定性，可以采取残余强度确定的抗剪强度参数。因为在滑动面上破坏的发展是累进的，发生峰值强度破坏后，破坏部分的强度降为残余强度。