室內(nèi)巖石物理力學性能試驗(密度試驗、比重試驗、含水率試驗、吸水性試驗等)

巖石試驗概述、室內(nèi)巖石物理力學性能試驗〔包括密度試驗、比重試驗、含水率試驗、吸水性試驗、耐崩解試驗、膨脹試驗、抗壓強度試驗、抗拉強度試驗、壓縮變形試驗、直剪試驗、點荷載強度試驗、凍融試驗。1、定義〔代表性、件〕加工的質(zhì)量、儀器設備安裝以及試驗操作過程的質(zhì)量把握等。因此，質(zhì)量監(jiān)視的重點也應在這幾個環(huán)節(jié)上。DLJ2O4、SLJ2。DL5OO6。GB/T5O266。DL/T5148二、室內(nèi)巖石物理力學性質(zhì)試驗〔一〕密度試驗烘干密度。巖石密度可承受量積法、水中稱量法或承受蠟封法進展測定。量積法試件可用圓柱體、方柱體或立方體；蠟封法試件宜為4O-6Omm圓狀巖塊。其他要求應符合有關規(guī)定。測干密度時，每組試件不得少于3測濕密度時，試件不宜少于5個。物性質(zhì)、節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及分布等。1、試驗要點量積法：截面積。量測端面周邊對稱四點和中心點的五個高度，計算高度平均值。將試件置于烘箱中，在1O5-11O24h，然后放入枯燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱試件質(zhì)量。蠟封法：24h，然后放入枯燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱干試件質(zhì)量。6O℃1-2s，使試件外表均勻涂上一層蠟膜，其厚度約1mm左右。當試件上蠟膜有氣泡時，應用熱針刺穿并用蠟液涂平，待冷卻后稱蠟封試件質(zhì)量。將蠟封試件置于水中稱量。重做試驗。2、試驗成果整理量積法按下式計算巖石密度：ρ=m/AHd s式中ρg/cm3；dm———干試件質(zhì)量，g；sA———試件截面積，cm2；H———試件高度，cm。蠟封法按以下公式計算巖石的干、濕密度：smsρ =m ?m m ?mρρd 1 2? 1 sw pρρmρm ?m m ?mρρ1 2? 1 sρρw p????

??=1+0.01??ρ———巖石濕密度，g/cm3；m———濕試件質(zhì)量，g；m———蠟封試件質(zhì)量，g；1m———蠟封試件在水中的稱量，g；2ρwg/cm3；ρpg/cm3；ω———巖石含水率，%?！捕潮戎卦囼炦m用于各類巖石。1、試件制備質(zhì)量點O.25mm對含有磁性礦物的巖石，應承受瓷研缽或瑪瑙研缽粉碎巖石，使全部通過0.25mm2、主要試驗步驟及要求將制備好的巖粉，置于1O5~11O℃的恒溫下烘干12h后，放入枯燥器內(nèi)冷卻至室溫。用四分法取兩份巖粉，每份巖粉質(zhì)量為15g。〔純水或煤油積的一半處。對含水溶性礦物的巖石，應使用煤油作試液。度保持穩(wěn)定并使上部懸液澄清。粉的總質(zhì)量，并測定瓶內(nèi)試液的溫度?！?、3、試驗成果整理按下式計算巖石比重：????

= ??????1+???????2

??0Gs———巖石比重；ms———干巖粉質(zhì)量，g；m1 ———瓶、試液總質(zhì)量，g；m2———瓶、試液、巖粉總質(zhì)量，g；ρO———與試驗溫度同溫的試液比重。O.O2，取兩次測值的平均值?！踩澈试囼?1O℃下烘至恒量時失去的水分質(zhì)量與到達恒于不含結(jié)晶水礦物的巖石。含水率試驗質(zhì)量把握重點在試樣實行、運輸、儲存、試驗操作等過程中。1%試驗前應對試件進展地質(zhì)描述，描述要求參照有關規(guī)定。1、試驗要點稱制備好的試件質(zhì)量。將試件置于烘箱內(nèi)，在1O5-11O℃的恒溫下烘干試件。將試件從烘箱中取出，放入枯燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱試件質(zhì)量。重復本條2〔3〕24h稱量之差不超過前一次稱量的O.1%。2、計算公式按下式計算巖石含水率：ω=〔m0-ms〕/msωmOg；ms——試件烘干后的質(zhì)量，g?！菜摹澄栽囼炗山y定；巖石飽和吸水率承受煮沸法或真空抽氣法測定。該試驗不適用遇水崩解的巖石。40-60mm的渾圓狀巖塊。每組試驗試件數(shù)量不得少于3個。1、試驗步驟105~110℃溫度下24h，取出放入枯燥器內(nèi)冷卻至室溫后稱量。1/4處，以后每隔2h分別注水至試件高度的1/2和3/4處，6h后全部浸沒試件。試件在水中自由吸水48h后，取出試件并沾去外表水分后稱量。間不得少于6h。經(jīng)煮沸的試件，應放置在原容器中冷卻至室溫，取出并沾去外表水分后稱量。的試件，應放置在原容器中，在大氣壓力下靜置4h，取出并沾去外表水分后稱量。量。2、試驗成果整理按以下公式計算巖石吸水率、飽和吸水率、干密度：ωa=〔m0-ms〕/ms*100%ωsa=〔mp-ms〕/ms*100%ρd=ms/(mp-mw)*ρw式中ωa———巖石吸水率，%；ωsa ρdm0—48h后的質(zhì)量，g；ms———干試件質(zhì)量，g；mp———試件經(jīng)煮沸或真空抽氣飽和后的質(zhì)量，g；mw———飽和試件在水中的稱量，g；ρw———水的密度，g/cm3。〔五〕耐崩解試驗作用所表現(xiàn)出的抵抗力氣。1、試樣制備在現(xiàn)場實行保持自然含水量的試樣并密封。10供資料分析使用3、試驗步驟105~110℃的溫度下烘干至恒量后，在枯燥器內(nèi)冷卻至室溫稱量。20mm，圓柱形篩筒以20r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動10min后，將圓柱形篩筒和105~110℃的溫度下烘干至恒量后，在枯燥器內(nèi)冷卻至恒量稱量。5個循環(huán)。試驗過程中，水溫應保持在20±2℃范圍內(nèi)。對水中沉積物進展顆粒分析、界限含水量測定和黏土礦物分析。4、試驗成果整理按下式計算巖石耐崩解性指數(shù)：I=m/m*100%d2 r s式中 Id2

———巖石〔二次循環(huán)〕耐崩解性指數(shù)，%；ms———原試件烘干質(zhì)量，g；ms———殘留試件烘干質(zhì)量，g?！擦撑蛎浽囼炛奔虞d方向的面積之比。脹壓力試驗。試樣應在現(xiàn)場實行，并保持自然含水狀態(tài)。不得承受爆破或濕鉆法取樣。數(shù)量不得1%。具體制備要求參照有關規(guī)定。的關系，以及試件加工方法等。1、自由膨脹率試驗主要試驗步驟塊金屬板。在試件上部和四側(cè)對稱的中心部位分別安裝千分表。10min13緩慢向盛水容器內(nèi)注入純水，直至漂移上部透水板。110min11h13次讀數(shù)差不大于0.001mm為止。浸水后試驗時間不得小于48h。試驗過程中，應保持水位不變。水溫變化不得大于2℃。2、側(cè)向約束膨脹率試驗主要試驗步驟透水板。產(chǎn)生5kPa的持續(xù)壓力。試驗及穩(wěn)定標準同自由膨脹率試驗的〔3〕~〔6〕項。3、膨脹壓力試驗主要試驗步驟水板。001MPa的載荷，測讀量測試件變形測表讀數(shù)，每隔10min1次，3次讀數(shù)不變。變形量大于0.001mm時，調(diào)整所施加的載荷，應保持試件厚度始終不變。30001min時，改為3次讀數(shù)差小于0001mm時，可認為穩(wěn)定并記錄試驗載荷。浸水總時間不得少于48h。2℃。試驗完畢后，應描述試件外表的泥化和軟化等現(xiàn)象。4、試驗成果整理VH=ΔH/H*100%VD=ΔD/D*100%VHP=ΔH1/H*100%PS=F/A式中VH———VD———試件軸向變形值，mm；H———試件高度，mm；試件徑向平均變形值，mm；D———試件直徑或邊長，mm；ΔH1———有側(cè)向約束試件的軸向變形值，mm；F———軸向載荷，N；A———試件截面積，mm2〔七〕抗壓強度試驗之比。選擇自然含水狀態(tài)、烘干狀態(tài)、飽和狀態(tài)或其他含水狀態(tài)。1、質(zhì)量重點把握備試件過程中應避開產(chǎn)生裂縫。圓柱體試件直徑宜為50mm，高徑比應保持2:1。0.8MPa記錄破壞載荷。2、巖石單軸抗壓強度計算公式R=P/AR———巖石單軸抗壓強度，MPa；P———試件破壞載荷，N；A———試件截面積，mm2。依據(jù)國家標準GB/T50218—1994依據(jù)單軸飽和抗壓強度〔Rc〕進展定性劃分，見表4–1–3。表4–1–3 Rc與定性劃分的巖石堅硬程度的對應關系R〔cMPa〕R〔cMPa〕度>60堅硬巖60~30較堅硬巖30~15較軟巖15~5軟巖!5極軟巖〔八〕抗拉強度試驗依據(jù)需要可測試件烘干、飽和狀態(tài)及其他不同含水狀態(tài)的抗拉強度。1、把握試驗質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)備試件過程中應避開產(chǎn)生裂縫。對于遇水崩解、溶解和干縮濕脹的巖石，應承受干法制樣。O.5MPa記錄破壞載荷。2、抗拉強度的計算σt=2P/πDh式中σt———巖石抗拉強度，MPa；P———試件破壞載荷，N；D———試件直徑，mm；P———試件厚度，mm。〔九〕壓縮變形試驗泊松比是橫向應變與縱向應變之比。狀態(tài)。1、重點試驗步驟或橫向電阻片的數(shù)量不得少于2片。受力均勻。1O組。2、試驗成果整理4127按下式計算各級應力：σ=P/A式中e———各級應力，MPa；P———與各所測應變值相應的載荷，N；A———試件截面積，mm2繪制應力與縱、橫向應變關系曲線。EAV=〔σb-σa〕/〔ε1b-ε1a〕μav= 〔εdb-εda〕/〔ε1b-ε1a〕式中Eav———巖石平均彈性模量，MPa；?av ———巖石平均泊松比；MPa；31a———應力為ea3daea時的橫向應3dbeb時的橫向應變值?！彩持奔粼囼炇瘶?gòu)造面及混凝土與巖石膠結(jié)面的抗剪強度。試驗。質(zhì)、厚度、構(gòu)造。1、試件尺寸重要要求1%~2%。52、試驗要點法向荷載的施加：〔設計〕應力。對于巖石構(gòu)造面中具有充填物的試件，最大法向應力以不擠出充填物為宜。施加完畢固結(jié)穩(wěn)定后，再施加剪切荷載。剪切荷載的施加：和法向位移，5min后再測讀一次即施加下一級剪切荷載，逐級施加直至剪切破壞。當剪切位移增量較大時，可適當加密剪切荷載分級。進展摩擦試驗。3、試驗成果整理計算各法向荷載下的法向應力和剪應力：σ=P/A τ=Q/A式中 σ———作用于剪切面上的法向應力，MPa；載，N；Q———作用于剪切面上的剪切荷載，N；A———剪切面面積，mm2。各剪切階段特征點剪應力。定相應的巖石抗剪強度參數(shù)。〔十一〕點荷載強度試驗〔或球端圓臺集中載荷至試件破壞測定巖石的點荷載強度指數(shù)I 和強度各項異性指數(shù)Is〔50〕 a。該試驗適用于各類巖石。〔50〕在自然含水狀態(tài)、烘干狀態(tài)、飽和狀態(tài)或其他含水狀態(tài)進展試驗。程度，加荷方向與層理、節(jié)理、裂隙的關系等。1、試驗要點距。接觸點距試驗自由端的最小距離不應小于加載兩點間距的0.5倍。量測加載點間距及垂直于加載方向的試件寬度。最小截面的寬度〔或平均寬度。接觸點距試件自由端的距離不應小于加載兩點0.5倍。2、試驗成果整理〔1〕按下式計算巖石點荷載強度：I=P/D2S e式中Is———未經(jīng)修正的巖石點荷載強度，MPa；P———破壞荷載，N；De———等價巖心直徑，mm。徑向試驗時，應按以下公式計算等價巖心直徑De：D2=D2 e e式中D———加載點間距，mm；上下錐端發(fā)生貫入后，試件破壞瞬間的加載點間距，mm；De：D2=4WD/π 2=4WD”/πe e式中W———通過兩加載點最小截面的寬度〔或平均寬度，mm。當加載兩點間距不等于50mm較多，且同一組試件中的等價巖心直徑具有多種尺寸，而加載兩點間距不等于50mm時，應依據(jù)試驗結(jié)果，繪制D2與破壞荷載P的關系曲線，并在曲線上查eD2=2500mm2對應的P值，按下式計算巖石點荷載強度：e 50I =P/2500S〔50〕 50式中I ———經(jīng)尺寸修正后的巖石點荷載強度，MPa；s〔50〕P D2—PD2為2500mm2時的P值，MPa。50 e e修正時，應按以下公式計算巖石點荷載強度：I =FI F=〔D/50〕mS〔50〕 S e式中F———修正系數(shù)；按下式計算巖石點荷載強度各向異性指數(shù)：I =I” /I””a〔50〕 s〔50〕 s〔50〕式中I ———巖石點荷載強度各項異性指數(shù)；s〔50〕I” ———垂直于弱面的巖石點荷載強度，MPa；s〔50〕I” ———平行于弱面的巖石點荷載強度，MPa。s〔50〕〔十二〕凍融試驗壓強度的變化，據(jù)此評價巖石的抗凍性能。試件制備及精度應符合有關規(guī)定?？箖觥柡蛦屋S抗壓試件各3前應對試件進展描述。1、試驗要點將試件烘干至恒量并稱量，然后將試件吸水飽和，再稱量。-202℃溫度下冷凍4h，然后取出鐵皮盒放回常溫室內(nèi)，往盒內(nèi)注入純水浸沒試件，使水溫保持在20±2℃，融解4h，即為一個循環(huán)。如此反復，直至到達需要的凍融次數(shù)為止。錄。2、試驗成果整理按