目前，研究结构面强度及变形的剪切速率依存性特征及表面形态对其的影响，一般一组试验需要4～5个试样，但是由于试样之间的差异性，通常需要进行2～3个平行实验，如上述不同速率下的结构面剪切试验，该研究方法需要的试样较多，特别是天然结构面，其均一性更难保证，可重复性较差，规律性较差，难以得到能够较好反映剪切速率依存性变化规律的试验结果，因而限制了研究者对其变化规律的进一步研究。

为了简化试验，尽可能排除试样之间差异性对试验结果的干扰，以及更清晰地反映岩石速率依存性的规律，Okubo等（1990）［132］在即将接近强度点的时候将荷载速率增加到原来的10倍，根据应力的变化来研究强度点处的荷载速率依存性。但是，在试验中荷载速率变化的时机掌握很困难，对试验者的熟练程度以及试验机的要求较高。此外，该方法只能研究应力－应变曲线上某一点处（强度点）的荷载速率依存性。因此，Fukui（1993，2003）［133，134］等在Bieniawski（1970）［135］的试验方法的基础上，提出了交替变换加载速率的试验方法，并应用于完整岩石加载速率依存性的研究中，即从试验开始到结束的整个过程中，按一定应变间隔对一个试样交替施加两种荷载速率，从而得到对应于两种荷载速率的应力－应变曲线。该方法已经应用于完整试块的三轴和单轴试验的加载速率依存性研究中，该试验方法的可行性得到了验证，并且取得了丰富的研究成果［136，137］。本章将交替变换速率试验方法引入结构面加载速率依存性剪切试验的研究中，对结构面按照上述方法开展试验（简称变速率剪切试验），应用该试验结果评价结构面的剪切速率依存性。

如图3.3所示，在试验过程中，剪切速率每隔一定的剪切变形切换一次速度，实心点为低速C1结束到高速C2的切换点，低速切换到高速，会导致应力上升，应力－变形曲线出现上凸的形态，而空心点为高速C2结束到低速C1的切换点，由高速切换到低速，会导致应力下降，应力－变形曲线出现下凹的形态，如此切换下去，得到变速率条件下的应力－变形全过程曲线。将所有由低速到高速的切换点进行拟合可以得到低剪切速率下的应力－变形曲线，而将所有由高速到低速的切换点进行拟合可以得到高剪切速率下的应力－变形曲线，这两条曲线的峰值可作为低剪切速率和高剪切速率下的峰值强度，进而用于结构面强度的剪切速率依存性的研究中。该方法可避免试样差异性对试验结果造成的影响。

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图3.3　变速率剪切试验过程示意图［136，138］
（C1＝0.001mm／s，C2＝0.01mm／s）

该试验采用粗糙度为1，7，11，19（Barton 1号，4号，6号，10号标准剖面线）的结构面试块，完整水泥砂浆试块以及天然绿片岩试块进行试验。与不同加载速率条件下的结构面剪切试验选择法向应力的原则相同，变速率剪切试验法向应力分别采用单轴抗压强度的10%，20%，30%，分别为2.17MPa，4.35MPa和6.52MPa。含有结构面的绿片岩作为验证试验的试样，也开展了同样的试验，为了对比方便，试验法向应力为2.17MPa和6.52MPa。低剪切速率（C1）为0.001mm／s，高剪切速率（C2）为0.01mm／s。

所有试样在一次变速率剪切试验后，对其进行复位，重新施加法向应力，按照第一次变速率剪切试验的方法进行第二次变速率剪切试验。