（一）概述

大型直剪试验原理与室内直剪试验基本相同，但由于试件尺寸大且在现场进行，因此能把岩土体的非均质性及软弱面等对抗剪强度的影响更真实地反映出来。现场大型直剪试验分为土体现场大型直剪试验和岩体现场大型直剪试验。

岩体现场大型直剪试验可分为岩体本身、岩体沿软弱结构面和岩体与混凝土接触面的剪切试验3种类型，每一种类型进一步可以分成岩体试样在法向应力作用下沿剪切面破坏的抗剪断试验、岩体剪断后沿剪切面继续剪切的抗剪试验（摩擦试验）和法向应力为零时岩体剪切的抗切试验。

同一组试验应尽量可能在同一高程或层位上，其地质条件应基本相同，试验过程中的受力状态应与岩体在工程中的受力状态相近。

岩体现场直剪试验的目的是测定其抵抗剪切破坏的能力，为地（坝）基、地下建筑物和边坡的稳定计算分析提供抗剪强度参数。

（二）试体制备

1.一般规定

同一组试验的试体不少于5块。试体剪切面积一般为70 cm×70 cm，并不小于50 cm×50 cm。试体高度为其边长之半。

试体间距应便于试体制备和试验仪器设备安装，且不小于剪切面边长的1.5倍，以免试验过程中互相影响。

在岩洞内进行平行试验时，试验部位洞顶应先开挖成大致平整的岩面，以便浇筑混凝土垫层。在施加剪力的后座部位，应按液压千斤顶的形状和尺寸开挖。

2.混凝土与岩体胶结面直剪试验试体制备

在试验点部位用人工挖除（不能爆破）表面松动岩石，形成平整岩面。

在试点按剪切方向立模并浇筑混凝土试体。有时在浇筑混凝土试体之前，按设计要求，在岩面上先浇筑一层厚约5 cm的砂浆垫层。在浇筑砂浆垫层和混凝土试体的同时，浇制一定数量的砂浆试块（7 cm×7 cm×7 cm）和混凝土试块（15 cm×15 cm×15 cm）与试体在相同条件下养护，以测定其不同龄期的强度。

3.岩体弱面、软弱岩体直剪试验的试体制备

开挖至试点部位后，在岩面上按剪切方向定出剪切面积。将试体与周边岩体切开。对于岩体弱面的试体，应使弱面处于剪切部位。

为防止制备过程中，因吸（浸）水、应力松弛或扰动而导致试体膨胀，可采用以下方法：

（1）切断地下水来源；

（2）用水泥砂浆抹试体顶面，而后在其上施加一定的垂直荷载。

为避免在安装垂直、水平加载系统和试验过程中损坏试体，可在试体上浇筑钢筋混凝土保护罩，其底部应处于预定的剪切面上。

4.倾斜岩体弱面直剪试验的试体制备

在探明倾斜岩体弱面的部位和产状后，制备试体，采取措施，防止试体下滑。

（三）记录描述

1.试验前描述

（1）试验地段岩石名称、风化破碎程度。

（2）岩体弱面的成因、类型、产状、分布状况及其间充填物的性状（厚度、颗粒组成、泥化程度和含水状态等）。在岩洞内，记录岩洞编号、位置、洞线走向、洞底高程，试验地段的纵、横地质剖面。在露天或基坑内，记录试点位置、高程及其周围的地形、地质条件。

（3）试验地段开挖情况和试体制备方法。

（4）试体岩性、编号、位置、剪切方向和剪切面尺寸，试验地段地下水类型、化学成分、活动规律及流量等。

2.试验后描述

（1）测量剪切面尺寸；

（2）记录剪切破坏形式；

（3）剪切面起伏差；

（4）擦痕方向和长度；

（5）碎块分布状况。

同时，描述剪切面上充填物的性状，必要时取样测定其含水量、液塑限以及颗粒组成，并对剪切面进行照相。

（四）试验过程

1.仪器设备安装

岩体现场直剪试验设备通常由加荷、传力、测量三个系统组成（图5-41）。试验步骤主要包括现场制备试体、描述试体、仪器设备安装、施加垂直荷载并同时测读垂直位移量表，施加剪切荷载（分为平推法和斜推法两种方式）并同时测读水平位移量表。

图5-41　现场直剪试验设备

2.施加垂直荷载

按设计要求，确定作用在剪切面上的最大垂直（法向）压应力。一般按等差（或等比）将最大垂直压应力分成4～5级。对岩体弱面、软弱岩体试体，施加其上的最大垂直压应力，以不挤出弱面上的充填物或破坏试体为限。(www.daowen.com)

作用在一个试体上的垂直荷载，一般分4～5级施加，每施加一级荷载，立即测读垂直位移测量表。此后，每隔5 min测读一次，待连续两次测读位移差不超过0.01 mm，当垂直位移稳定时，才施加下一级荷载。依次施加荷载至预定荷载（垂直压应力）为止。

3.施加剪切荷载

直剪试验是一组试体在不同垂直压应力作用下进行剪切的试验。试验前，应预估最大剪力作为试验的依据。剪切荷载位于剪切缝中心（平推法）或作用于剪切面中心（斜推法）。

式中：Qmax——预估最大剪力（MN）；

　　　σ——作用在剪切面上的垂直压应力（MPa）；

　　　f——预估摩擦系数；

　　　c——预估黏聚力（MPa）；

　　　F——剪切面积（m2）；

　　　α——剪力作用线倾角（°）。

试验时，按预估最大剪力的8%～10%，分级施加剪力。每5 min施加一级剪力（对于岩体弱面、软弱岩体，视其性状及充填情况，可每10～15 min施加一级剪力）。施加剪力前、后，应测读各位移测量表。

当施加剪力所引起的剪切位移为前一级的1.5倍以上时，下一级剪力则减半施加。当达到剪力峰值、发生不断剪切位移（即滑动破坏），或出现剪力残余值时，终止试验。

试验过程中，应保持剪切面上的垂直压应力为常量。为此，对于斜推法，应同步降低由于施加剪力在剪切面上增加的垂直压应力。试验过程中剪切面上的垂直压应力可按式（5-71）进行计算。

式中：p——试验过程中剪切面上的垂直压应力（MPa）；

　　　g——试验过程中作用在剪切面上的单位斜向剪力（MPa）。

4.试验结束

直剪试验结束后，依次将剪切和垂直荷载卸载归零。拆除测量仪表、支架及加载设备，并按相关要求进行试体和剪切面的描述。

（五）试验结果整理

1.剪切面应力计算

2.绘制剪应力与剪切位移关系曲线

根据同一组直剪试验结果，以剪应力为纵轴，剪切位移为横轴，绘制每一次试验的剪应力与剪切位移关系曲线，如图5-42所示。然后，从曲线上选取剪应力的峰值和残余值，也可以从曲线的线性比例极限点或屈服点选取剪应力值。

图5-42　剪应力与剪切位移关系曲线

3.绘制剪应力与垂直压应力关系曲线

根据剪应力峰值（或屈服值、残余值等）与相应的垂直压应力，以剪应力为纵轴，垂直压应力为横轴，绘制剪应力与垂直压应力关系曲线，如图5-43所示。

图5-43　剪应力与垂直压应力关系曲线

根据试验过程中的测读数据，可以绘制剪应力与剪切位移关系曲线、剪应力与垂直压应力关系曲线，根据曲线特征，可以确定岩体的c、φ值，确定岩体的比例强度、屈服强度、峰值强度、剪胀点和剪胀强度等。

4.确定抗剪强度参数

根据剪应力和垂直压应力关系，可按图解法或最小二乘法确定抗剪强度参数、摩擦系数和黏聚力。

（六）试验影响因素分析

（1）试体（剪切面）尺寸的大小。

（2）剪切面起伏；剪切面起伏差不宜大于剪切方向边长的1%～2%。

（3）对剪切面的扰动程度。

（4）剪切面上垂直压应力的分布。

（5）剪切力施加速率。直剪试验的剪力施加速率有快速、时间控制和剪切位移控制三种方式。为使试验结果能尽可能符合工程实际，以剪切位移控制法施加剪力最为理想。