1、巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 修訂版修訂版 前前 言言 試驗(yàn)是巖石力學(xué)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，目的在于輔助課堂教學(xué)， 直觀培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和動(dòng)手能力。本指導(dǎo)書是根據(jù)我?！?005 年教學(xué)大綱” ，并結(jié)合我校的實(shí)驗(yàn)條件而編寫，主要內(nèi)容有：1、巖 石天然含水率、吸水率及飽和吸水率試驗(yàn)；2、巖石比重試驗(yàn)；3、 巖石密度試驗(yàn)；4、巖石耐崩解試驗(yàn) 5、巖石膨脹試驗(yàn)；6、巖石凍 融試驗(yàn)；7、巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，8、巖石壓縮變形試驗(yàn)，9、 巖石抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)(巴西法)，10、巖石抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)(變角剪法)， 11、巖石三軸壓縮及變形試驗(yàn)，12、巖石弱面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，13、 巖石點(diǎn)載荷指數(shù)測(cè)定試驗(yàn)，14、

2、巖石縱波速度測(cè)定試驗(yàn)，15、巖石 力學(xué)伺服控制剛性試驗(yàn)；16、巖石聲發(fā)射試驗(yàn)。 本指導(dǎo)書的內(nèi)容主要參照水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程 （SL264-2001） ；水利電力工程巖石試驗(yàn)規(guī)程DLJ204-81，SLJ2- 81；同時(shí)參考了國(guó)際巖石力學(xué)會(huì)巖石力學(xué)試驗(yàn)建議方法 ，中華 人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)巖石試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)以及露天采礦手冊(cè) 等，由于我們水平有限，文中如有不當(dāng)之處，歡迎讀者批評(píng)指正。 編者：王寶學(xué)、楊同、張磊 2007 年 12 月 目目 錄錄 巖石物理性質(zhì)試驗(yàn) .1 一、巖石天然含水率、吸水率及飽和吸水率試驗(yàn).1 二、巖石比重(顆粒密度)試驗(yàn).3 三、巖石密度試驗(yàn) .6 四、巖石耐崩解試驗(yàn) .1

3、0 五、巖石膨脹試驗(yàn) .12 六、巖石凍融試驗(yàn) .15 巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn) .18 七、巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn) .18 八、巖石壓縮變形試驗(yàn) .20 九、巖石抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)（巴西法）.24 十、巖石抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)(變角剪切).27 十一、巖石三軸壓縮及變形試驗(yàn).29 十二、巖石弱面剪切強(qiáng)度試驗(yàn).37 十三、點(diǎn)載荷指數(shù)的測(cè)定 .40 十四、巖石縱波速度測(cè)定 .42 十五、巖石力學(xué)伺服控制剛性試驗(yàn).43 十六、巖石聲發(fā)射試驗(yàn) .46 巖石物理性巖石物理性質(zhì)試驗(yàn)質(zhì)試驗(yàn) 一、巖石天然含水率、吸水率及一、巖石天然含水率、吸水率及飽飽和吸水率和吸水率試驗(yàn)試驗(yàn) 1.1 概述概述 巖石的天然含水率是指試樣在大氣壓力和

4、室溫條件下，天然條件下巖石自身所含有的 水的質(zhì)量與試樣固體質(zhì)量比的百分率。 巖石吸水率是試樣在大氣壓力和室溫條件下，巖石吸入水的質(zhì)量與試樣固體質(zhì)量比的 百分率。本規(guī)程采用自由浸水方式求巖石吸水率。 巖石飽和吸水率，是試樣在強(qiáng)制狀態(tài)下，巖石的最大吸水質(zhì)量與試樣固體質(zhì)量比的百 分率。本規(guī)程采用煮沸法或真空抽氣法求巖石飽和吸水率。 1.2 試樣試樣制制備備 （1）規(guī)則試樣的形態(tài)，可以用圓柱體、立方體或方柱體，根據(jù)密度試驗(yàn)后的其他實(shí) 驗(yàn)要求選擇。 （2）不規(guī)則試樣采用邊長(zhǎng) 46cm 近似立方體的塊體，凸出的邊棱部分必須進(jìn)行處 理；試樣數(shù)量，每組取 3 個(gè)。 1.3 試樣試樣描述描述 （1）巖石名稱、顏

5、色、結(jié)構(gòu)、礦物成分、顆粒大小、膠結(jié)物質(zhì)等特征。 （2）節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其分布。 （3）試樣形態(tài)及缺角，掉棱角等現(xiàn)象。 1.4 主要主要儀儀器器設(shè)備設(shè)備 （1）鉆石機(jī)、切石機(jī)、磨石機(jī)或其他制樣設(shè)備。 （2）烘箱和干燥器。 （3）稱量大于 500g，感量為 0.01g 的天平。 （4）真空抽氣機(jī)和煮沸設(shè)備。 1.5 試驗(yàn)試驗(yàn)程序程序 1.5.1 巖石天然含水率試驗(yàn)巖石天然含水率試驗(yàn) （1）在天然狀態(tài)下制備試件，清除試樣上的塵土和松動(dòng)顆粒，稱其質(zhì)量。 （2）將試樣置于烘箱中，在 105110C 的溫度下烘 24h，取出后，即放入干燥器內(nèi)， 冷卻至室溫后稱重。 1.5.2 巖石的吸水率及飽和吸水率

6、巖石的吸水率及飽和吸水率 （1）清除試樣上的塵土和松動(dòng)顆粒。 （2）將試樣置于烘箱中，在 105110C 的溫度下烘 24h，取出后，即放入干燥器內(nèi)， 冷卻至室溫后稱重。 （3）使試樣逐步浸水，首先淹沒(méi)試樣高度的 1/4，然后每隔 2h 分別升高水面至試樣 的 1/2 和 3/4 處，6h 后全部浸沒(méi)試樣。 （4）試樣在水下自由吸水 48h，取出后擦去表面水分，稱重。 （5）用煮沸法或真空抽氣法對(duì)試樣進(jìn)行強(qiáng)制飽和。 （6）采用煮沸法飽和試樣時(shí)，煮沸箱內(nèi)水面應(yīng)經(jīng)常保持高于試樣面，煮沸時(shí)間不應(yīng) 少于 6h。 （7）采用真空抽氣法飽和試樣時(shí)，抽氣的真空度須達(dá)到 740mm 以上的水銀柱負(fù)壓力， 抽氣

7、時(shí)間不得少于 4h，或者抽至不再發(fā)生氣泡為止。 （8）經(jīng)過(guò)煮沸法或真空抽氣的試樣，應(yīng)放置在原容器中冷卻至室溫或在正常壓力下 靜置 4h，然后擦去表面水分，稱重。 1.6 成果整理和成果整理和計(jì)計(jì)算算 （1）按以下諸式計(jì)算巖石天然含水率、吸水率、飽和吸水率和開型空隙率 100 d do o m mm 100 d da a m mm 100 d ds s m mm 式中： 、巖石天然含水率、吸水率、飽和吸水率， （） ；、 、 o a s 、巖石天然質(zhì)量、烘干質(zhì)量、浸水 48h 質(zhì)量和強(qiáng)制飽和質(zhì)量， o m d m a m s m （g） ； （2）計(jì)算值取小數(shù)點(diǎn)以后兩位。 表表 1-1 巖石天然

8、含水率、吸水率和飽和吸水率記錄表巖石天然含水率、吸水率和飽和吸水率記錄表 工程名稱 _ _ 巖石 名稱 試樣 編號(hào) 烘干 質(zhì)量 （g d m ） 天然 質(zhì)量 （g） o m 試 樣全部 浸水 48 小 時(shí)后質(zhì)量 （g） a m 試樣煮沸或 真空抽氣后 質(zhì)量 （g） s m 天然 含水率 （% o ） 吸水率 （%） a 飽 和 吸 水 率 （% s ） 備注 班 級(jí) 組 別 日 期 試驗(yàn)者 計(jì)算者 二、巖石比重二、巖石比重( (顆顆粒密度粒密度) )試驗(yàn)試驗(yàn) 2.1 概述概述 巖石比重試驗(yàn)是試樣干重與同體積 4C 時(shí)的蒸餾水重量的比值（巖石顆粒密度是巖石 固相物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值，在數(shù)值上與

9、比重相同） 。本指導(dǎo)書主要介紹采用比重瓶法 測(cè)定巖石比重。除含有水溶性礦物的巖石用煤油測(cè)定外，其余巖石均采用蒸餾水測(cè)定，采 用煤油測(cè)定時(shí)的方法與采用蒸餾水測(cè)定的方法一致。 2.2 試樣試樣制制備備 （1）用于測(cè)定比重的試樣需破碎成巖粉，使之全部通過(guò) 0.25mm 篩孔。 （2）對(duì)于非磁性巖石，采用高強(qiáng)度耐磨的優(yōu)質(zhì)鋼磨盤粉碎，并用磁鐵塊吸去鐵屑。 （3）對(duì)于磁性巖石，根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度，分別采用磁研體或瑪瑙研體粉碎樣品。 2.3 試樣試樣描述描述 試樣粉碎前的描述，包括：巖石名稱、顏色、結(jié)構(gòu)、礦物成分、顆粒大小和膠結(jié)物性 質(zhì)。 2.4 主要主要儀儀器器設(shè)備設(shè)備 （1）粉碎機(jī)，研體，孔徑為 0.2

10、5mm 篩。 （2）稱重為 200g，感量 0.001g 的天平。 （3）烘箱和干燥器。 （4）真空抽氣機(jī)和煮沸設(shè)備。 （5）恒溫水槽和砂浴。 （6）容積 100ml 或 50ml 的比重瓶。 2.5 試驗(yàn)試驗(yàn)程序程序 （1）將制備好的試樣，置于 105110C 下烘 12h，然后放在干燥器內(nèi)冷卻至室溫。 （2）將比重瓶置于 105110C 下烘 12h，然后放在干燥器內(nèi)冷卻至室溫。 （3）將比重瓶編號(hào)，并稱其質(zhì)量。 （4）用四分法取兩個(gè)試樣，每個(gè)試樣 15g 左右（用 100ml 比重瓶）或 10g 左右（用 50ml 比重瓶） 。 （5）將取好的試樣通過(guò)漏斗倒入編好號(hào)碼的比重瓶?jī)?nèi)，然后稱比

11、重瓶和試樣的質(zhì)量。 （6）向比重瓶?jī)?nèi)注入蒸餾水至比重瓶容積的一半處。 （7）采用煮沸法或真空抽氣法排除氣體。 （8）采用煮沸法排除氣體時(shí)，煮沸時(shí)間在加熱沸騰以后，不得少于 1h。 （9）采用真空抽氣法排除氣體時(shí)，抽氣的真空度須達(dá)到 740mm 以上的水銀柱負(fù)壓力， 抽氣時(shí)間維持 12h，或抽至不再發(fā)生氣泡為止。 （10）不論采用煮沸法或真空抽氣法排除試樣氣體時(shí)，均按同樣的方法配制未放試樣 的蒸餾水。 （11）試樣排氣之后，把煮沸或經(jīng)真空抽氣的蒸餾水注入比重瓶至近滿，然后置于恒 溫水槽內(nèi)，使瓶?jī)?nèi)溫度保持穩(wěn)定并使上部懸液澄清。 （12）塞好瓶塞，使多余水分自瓶塞毛細(xì)孔中溢出，將瓶外擦干，稱瓶、水、

12、試樣合 重。 （13）倒掉試液，洗凈比重瓶。注入與（11）項(xiàng)中同溫度的蒸餾水至滿，按（11） 、 （12）兩款稱瓶、水合重。 （14）本試驗(yàn)稱重精度，要求準(zhǔn)確至 0.001g。 2.6 成果整理和成果整理和計(jì)計(jì)算算 2.6.1 按下式計(jì)算巖石比重按下式計(jì)算巖石比重 o s s s ggg g 21 式中： 巖石比重； s 試樣干重（g） ； s g 瓶、水合重（g）; 1 g 瓶、水、試樣合重（g） ； 2 g 與試驗(yàn)溫度同溫的蒸餾水的比重。 o 2.6.2 蒸餾水的比重，按下列方法求得：蒸餾水的比重，按下列方法求得： 表表 2-1 t C 下蒸餾水的比重下蒸餾水的比重 0值值 tC0tC0t

13、C0tC0tC0 41110180250320 50120190260330 60130200270340 70140210280350 80150220290 90160230300 100170240310 注 ： 一般試驗(yàn)計(jì)算時(shí)采用小數(shù)點(diǎn)以后三位數(shù)，第四位四舍五入。 表表 2-2 巖巖 石石 比比 重重 試試 驗(yàn)驗(yàn) 記記 錄錄 表表 試樣 編號(hào) 瓶號(hào)瓶質(zhì)量 瓶+試 樣質(zhì)量 試樣質(zhì)量 (g) s g 瓶+水+試樣質(zhì)量 (g) 2 g 瓶+水質(zhì)量 (g) 1 g 水溫 () 蒸餾水的比重 o 比重 s 班 級(jí) 組 別 日 期 試驗(yàn)者 計(jì)算者 三、巖石密度三、巖石密度試驗(yàn)試驗(yàn) 3.1 概述概述

14、 巖石密度，即單位體積的巖石質(zhì)量，是試樣質(zhì)量與試樣體積之比。 根據(jù)試樣的含水量情況，巖石密度可分為烘干密度、飽和密度和天然密度。一般未說(shuō) 明含水情況時(shí)，即指烘干密度。 根據(jù)巖石類型和試樣形態(tài)，分別采用下述方法測(cè)定其密度： （1）凡能制備成規(guī)則試樣的巖石，宜采用量積法。 （2）除遇水崩解、溶解和干縮濕脹性巖石外，可采用水中稱重法。 （3）不能用量積法或水中稱重法進(jìn)行測(cè)定的巖石，可采用臘封法。 用水中稱重法測(cè)定巖石密度時(shí)，一般用測(cè)定巖石吸水率和飽和吸水率的同一試樣同時(shí) 進(jìn)行測(cè)定。 3.2 試樣試樣制制備備 3.2.1 量積法量積法 （1）試樣的形態(tài)，可以用圓柱體、立方體或方柱體，根據(jù)密度試驗(yàn)后的其

15、他實(shí)驗(yàn)要 求選擇。 （2）制備的試樣，應(yīng)具有一定的精度，其精度要求應(yīng)滿足其他試驗(yàn)項(xiàng)目的規(guī)定。 （3）每組試驗(yàn)須制備 3 個(gè)試樣，它們須具有充分的代表性。 3.2.2 臘封法臘封法 （1）試樣取邊長(zhǎng)為 46cm 的近似立方體的巖塊。 （2）如需測(cè)定天然密度時(shí)，拆除密封后立即稱試樣重。 （3）每組試驗(yàn)須制備 3 個(gè)試樣，它們須具有充分的代表性。 3.3 試樣試樣描述描述 （1）巖石名稱、顏色、結(jié)構(gòu)、礦物成分、顆粒大小、膠結(jié)物質(zhì)等特征。 （2）節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其分布。 （3）試樣形態(tài)及缺角，掉棱角等現(xiàn)象。 3.4 主要主要儀儀器器設(shè)備設(shè)備 3.4.1 量積法量積法 （1）鉆石機(jī)、切石機(jī)、磨石機(jī)或

16、其他制樣設(shè)備。 （2）烘箱和干燥器。 （3）稱量大于 500g，感量為 0.01g 的天平。 （4）精度為 0.01mm 的測(cè)量平臺(tái)或其他儀表。 3.4.2 臘封法臘封法 （1）烘箱和干燥器。 （2）石蠟和熔蠟用具。 （3）稱量大于 500g，感量為 0.01g 的天平。 （4）水中稱重裝置。 3.5 試驗(yàn)試驗(yàn)程序程序 3.5.1 量積法量積法 （1）試樣兩端和中間三個(gè)斷面，測(cè)量其互相垂直的兩個(gè)直徑或邊長(zhǎng)，計(jì)算平均值。 （2）測(cè)量均勻分布于周邊的四點(diǎn)和中間點(diǎn)的五個(gè)高度，計(jì)算平均值。 （3）將試樣置于烘箱中，在 105110C 的溫度下烘 24h，取出后，即放入干燥器內(nèi)， 冷卻至室溫后稱重。 （

17、4）本試驗(yàn)要求量測(cè)準(zhǔn)確至 0.01mm，稱重準(zhǔn)確至 0.01g。 3.5.2 臘封法臘封法 （1）將試樣置于烘箱中，在 105110C 的溫度下烘 24h，取出后，即放入干燥器內(nèi)， 冷卻至室溫后稱重。 （2）用絲線縛住試樣，置于溫度 60C 左右的熔化石蠟中 12s，使試樣表面均勻涂 上一層臘膜，其厚度約 1mm 左右。蠟封好后，發(fā)現(xiàn)有氣泡時(shí)，用熱針刺穿并用臘涂平孔 口，然后稱試樣重。 （3）將蠟封試樣置于水中稱重，然后取出擦干表面水分，在空氣中稱重。如蠟封試 樣浸水后的重量大于浸水前的重量，應(yīng)重做試驗(yàn)。 （4）本試驗(yàn)所有稱重均準(zhǔn)確至 0.01g。 3.6 成果整理和成果整理和計(jì)計(jì)算算 （1）

18、用量積法測(cè)定試樣密度，按下式計(jì)算 HA md d 式中： 巖石烘干密度（g/cm3） ； d 試樣烘干重量（g） ； d m 平均面積（cm2） ；A 平均高度（cm） 。H （2）用臘封法測(cè)定試樣容重，按下式計(jì)算： n d d d mm mm m )( )( 1 21 式中： 巖石烘干密度（g/cm3） ； d 試樣烘干重量（g） ； d m 蠟封試樣在空氣中重量（g） ； 1 m 蠟封試樣在水中重量（g） ； 2 m 石蠟密度（g/cm3） （石蠟容重可用水中稱重法測(cè)定，參見(jiàn) 11 節(jié)） 。 n （3）如需天然密度時(shí)，可按下式計(jì)算： )01 . 0 1 ( do 式中： 巖石天然密度（g/

19、cm3） o 巖石的天然含水量（） 。 （4）根據(jù)實(shí)測(cè)巖石比重和容重，按下式計(jì)算總孔隙率： 100)1 ( s d n 式中： 巖石總孔隙率（） ；n （5）計(jì)算值取小數(shù)點(diǎn)以后兩位。 表表 3-1 密度試驗(yàn)記錄表（量積法）密度試驗(yàn)記錄表（量積法） 工程名稱_ 試 樣 尺 寸 （cm） 直 徑 或 邊 長(zhǎng)高 度 巖石 名稱 試 樣 編 號(hào) 平均值平均值 試樣 體積 (cm3) 烘干試 樣重量 （g） 巖石 密度 (g/cm3) 備 注 班 級(jí) 組 別 日 期 試驗(yàn)者 計(jì)算者 表表 3-2 密度試驗(yàn)記錄表（臘封法）密度試驗(yàn)記錄表（臘封法） 工程名稱_ 試樣重量（g） 封蠟試樣重量 （g） 巖 石

20、名 稱 試 樣 編 號(hào) 天然含 水狀態(tài) 烘干 狀態(tài) 天然 含水量 (%)空氣中水中 蠟封試 樣體積 (cm3) 蠟體 積 (cm3) 試 樣 體 積 (cm3) 巖石 密度 (g/cm3) 巖石天然 密度 (g/cm3) 備注 班 級(jí) 組 別 日 期 試驗(yàn)者 計(jì)算者 四、巖石耐崩解四、巖石耐崩解試驗(yàn)試驗(yàn) 4.1 概述概述 巖石耐崩解試驗(yàn)是測(cè)定試樣在經(jīng)過(guò)干燥和浸水兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)后，試樣殘留的質(zhì)量與原 質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示。 4.2 試樣備試樣備制制 （1）在現(xiàn)場(chǎng)采取保持天然含水量的試樣并密封。 （2）試樣制成每塊質(zhì)量為 4060g 的渾圓形巖塊，每組試驗(yàn)試樣數(shù)量 10 個(gè)。 4.3 試樣試樣描述

21、描述 巖石名稱、顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、風(fēng)化程度、膠結(jié)物性質(zhì)等。 4.4 儀儀器器設(shè)備設(shè)備 （1）烘箱及干燥器。 （2）天平，稱量大于 1000g，感量 0.01g。 （3）耐崩解試驗(yàn)儀，見(jiàn)圖 1（儀器主要由篩筒、水槽、馬達(dá)三部分組成，篩筒是一 個(gè)凈長(zhǎng) 100mm，直徑 140mm，標(biāo)準(zhǔn)篩孔 2.0mm 的圓柱體，篩筒有足夠的強(qiáng)度且耐溫 105C；水槽裝有由水平軸支撐并能自由旋轉(zhuǎn)的試驗(yàn)圓筒；馬達(dá)傳動(dòng)能使圓筒按 20r/min 的速度旋轉(zhuǎn)） 。 圖圖 1 巖石耐崩解試驗(yàn)裝置示意圖巖石耐崩解試驗(yàn)裝置示意圖 4.5 試驗(yàn)試驗(yàn)程序程序 （1）將試樣裝入試驗(yàn)儀的圓柱狀篩筒內(nèi)，在 105110C 的溫

22、度下烘 24h 后，在干燥 器內(nèi)冷卻至室溫。 （2）將裝有試樣的圓柱狀篩筒放在水槽上，向水槽內(nèi)注入清水，使水位在轉(zhuǎn)動(dòng)軸下 約 20mm，在 10min 內(nèi)圓筒旋轉(zhuǎn) 200 次。而后將篩筒和殘留的試樣在 105110C 的溫度 下烘 24h,在干燥器內(nèi)冷卻至室溫稱量。 （3）重復(fù)第二款的程序，求得第二循環(huán)后的篩筒和殘留物的質(zhì)量。 （4）必要時(shí)按第二款的程序進(jìn)行五個(gè)循環(huán)。 （5）試驗(yàn)過(guò)程中，水溫應(yīng)保持在 202C 范圍內(nèi)。 （6）試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)對(duì)殘留試樣和水的顏色及水中沉積物進(jìn)行描述。 （7）本試驗(yàn)稱量精確至 0.01g。 4.6 試驗(yàn)試驗(yàn)成果整理成果整理 （1）按下式計(jì)算巖石耐崩解性指數(shù) 100

23、 2 d r d m m I 式中： 巖石（二次循環(huán)）耐崩解性指數(shù)（%） ； 2d I 原試樣烘干質(zhì)量（g） ； d m 殘留試樣烘干質(zhì)量（g） 。 r m （2）計(jì)算精確至 0.1%。 （3）耐崩解試驗(yàn)的記錄，應(yīng)包括巖石名稱、試樣編號(hào)、試樣描述、水的溫度、試樣 試驗(yàn)前后的烘干質(zhì)量。見(jiàn)表 4-1。 表表 4-1 巖石耐崩解試驗(yàn)記錄表巖石耐崩解試驗(yàn)記錄表 工程名稱_ 試樣描述烘干質(zhì)量（g） 巖石名稱試樣編號(hào)循環(huán)次數(shù) 試驗(yàn)前試驗(yàn)后試驗(yàn)前試驗(yàn)后 水溫 （C） 班 級(jí) 組 別 日期 試驗(yàn)者 計(jì)算者 五、巖石膨五、巖石膨脹試驗(yàn)脹試驗(yàn) 5.1 概述概述 （1）巖石膨脹試驗(yàn)包括巖石自由膨脹率試驗(yàn)、巖石膨脹率

24、試驗(yàn)和巖石膨脹壓力試驗(yàn)。 （2）巖石自由膨脹率是不易崩解的巖石試樣在浸水后產(chǎn)生的徑向和軸向變形與試樣 的原直徑和高度之比。以百分?jǐn)?shù)表示。 （3）巖石膨脹率是巖石試樣在有側(cè)限條件下，軸向受有限荷載時(shí)，浸水后產(chǎn)生的軸 向變形與試樣的原高度之比。以百分?jǐn)?shù)表示。 （4）巖石膨脹壓力是巖石試樣在浸水后保持原形體積不變所需要的壓力。 5.2 試樣備試樣備制制 5.2.1 取樣取樣 試樣應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)采取，并保持天然含水狀態(tài)。嚴(yán)禁用爆破或濕鉆法取樣。 5.2.2 試樣尺寸試樣尺寸 （1）自由膨脹率試驗(yàn)的試樣，圓柱形，直徑 50mm 或 61.8mm，高等于直徑；正方 形試樣的邊長(zhǎng) 5060mm，兩端面不平行度不大

25、于 0.05mm。 （2）膨脹率和膨脹壓力試驗(yàn)的試樣直徑 61.8mm，高度 200.2mm，兩端面不平行度 不大于 0.05mm。 5.2.3 其它要求其它要求 （1）干法制樣時(shí)，天然含水量的變化不得超過(guò) 1%。 （2）每組試樣的數(shù)量不得少于 3 件。 5.3 試樣試樣描述描述 （1）巖石名稱、顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、風(fēng)化程度、膠結(jié)物性質(zhì)等。 （2）膨脹變形和加載方向分別與層理、片理、節(jié)理裂隙之間的關(guān)系。 （3）試樣加工方法。 5.4 儀儀器和器和設(shè)備設(shè)備 （1）鉆石機(jī)、切石機(jī)、磨石機(jī)。 （2）測(cè)量平臺(tái)。 （3）膨脹試驗(yàn)儀（自由膨脹率儀如圖 2、膨脹率儀、膨脹壓力試驗(yàn)儀如圖 3） 。 圖

26、圖 2 自由膨脹試驗(yàn)裝置示意圖自由膨脹試驗(yàn)裝置示意圖 圖圖 3 膨脹壓力試驗(yàn)裝置示意圖膨脹壓力試驗(yàn)裝置示意圖 5.5 試驗(yàn)試驗(yàn)程序程序 5.5.1 自由膨脹率試驗(yàn)自由膨脹率試驗(yàn) 1、儀器安裝 （1）將試樣放入自由膨脹率儀內(nèi)，在試樣的上下分別放置透水板，頂部放置一塊金 屬板。 （2）在試樣的上部和四側(cè)對(duì)稱的中心部位分別安裝千分表，四側(cè)千分表與試樣接觸 處，宜放一塊薄銅片。 2、試驗(yàn)及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) （1）讀計(jì)千分表讀數(shù)，每 10min 讀計(jì)一次，直至三次讀數(shù)不變。 （2）緩慢的向盛水器內(nèi)注入純水，直至淹沒(méi)上部透水板。 （3）在第一小時(shí)內(nèi)每隔 10min 測(cè)讀變形一次，以后每隔 1h 測(cè)讀變形一次，直至

27、三次 讀數(shù)差不大于 0.001mm 為止。浸水后試驗(yàn)時(shí)間不得少于 48h。 （4）試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)保持水位不變。水溫變化不得大于 2C。 3、試驗(yàn)過(guò)程中及試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)詳細(xì)描述試樣的崩解、掉塊、表面泥化或軟化等現(xiàn) 象。 5.5.2 膨脹率試驗(yàn)膨脹率試驗(yàn) 1、儀器安裝 （1）將試樣放入涂有凡士林的金屬套環(huán)內(nèi)，在試樣的上下分別放置薄型濾紙和透水 板。 （2）頂部放置固定金屬荷載塊并安裝垂直千分表。 2、試驗(yàn)及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)同 5.5.1 中的第 2 條。 3、試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)詳細(xì)描述試樣的泥化或軟化等現(xiàn)象。 5.5.3 膨脹壓力試驗(yàn)膨脹壓力試驗(yàn) 1、儀器安裝 （1）將試樣放入涂有凡士林的金屬套環(huán)內(nèi)，在試樣的上

28、下分別放置薄型濾紙和金屬 透水板，其上放置金屬壓板。 （2）安裝壓力傳感器，并裝上中心杠桿千分表。 （3）應(yīng)使儀器各部位和試樣在同一軸線上，不得出現(xiàn)偏心荷載。 2、試驗(yàn)及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) （1）對(duì)試樣施加 0.01MPa 的壓力，測(cè)千分表的讀數(shù)，每 10min 讀數(shù)一次，直至三次 讀數(shù)值不變，并記錄千分表讀數(shù)。 （2）緩慢的向盛水器內(nèi)注入純水，直至淹沒(méi)上部透水板。觀測(cè)中心杠桿千分表的變 化，當(dāng)變形量大于 0.001mm 時(shí)，調(diào)節(jié)所施加的壓力，保持中心杠桿千分表讀數(shù)值在整個(gè) 試驗(yàn)過(guò)程中始終不變。 （3）穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為：開始每隔 10min 讀數(shù)一次，連續(xù)三次讀數(shù)差小于 0.001mm 時(shí)，改 為每 1h 讀

29、數(shù)一次，當(dāng)每 1h 讀數(shù)連續(xù)三次讀數(shù)差小于 0.001mm 時(shí)，可改為每 2h 讀數(shù)一次， 當(dāng)連續(xù)三次讀數(shù)差小于 0.001mm 時(shí)，可認(rèn)為穩(wěn)定，浸水后總試驗(yàn)時(shí)間不得少于 48h。 （4）試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)保持水位不變。水溫變化不得大于 2C。 3、同 5.5.2 中的第 3 條。 5.6 試驗(yàn)試驗(yàn)成果整理成果整理 （1）按下式計(jì)算巖石自由膨脹率、膨脹率、膨脹壓力 100 h h Vh 100 d d Vd 100 h h V p hp A F Ps 式中： 巖石軸向自由膨脹率（%） ； h V 巖石徑向自由膨脹率（%） ； d V 巖石側(cè)向約束軸向膨脹率（%） ； hp V 巖石膨脹壓力（MPa

30、） ； s P 試樣軸向變形(mm)；h 試樣原高度(mm)；h 試樣徑向平均變形(mm)；d 試樣原平均直徑或邊長(zhǎng)(mm)；d 側(cè)向約束試樣軸向變形（mm） ； p h 軸向膨脹力（N） ；F 試樣截面積（mm2） 。A （2）計(jì)算值取三位有效數(shù)字。 （3）膨脹性試驗(yàn)的記錄應(yīng)包括：工程名稱、試樣編號(hào)、試樣描述、試樣尺寸、溫度。 （4）此外還應(yīng)包括： 自由膨脹率試驗(yàn)的記錄還應(yīng)包括試驗(yàn)的時(shí)間、軸向與徑向變形；膨脹率試驗(yàn)的記錄還 應(yīng)包括試驗(yàn)的時(shí)間、軸向變形；膨脹力試驗(yàn)的記錄還應(yīng)包括試驗(yàn)的時(shí)間、軸向變形，應(yīng)變 儀讀數(shù)及壓力傳感器率定系數(shù)。 六、巖石六、巖石凍凍融融試驗(yàn)試驗(yàn) 6.1 概述概述 巖石的凍

31、融試驗(yàn)是指巖石在25的溫度區(qū)間內(nèi)，反復(fù)降溫、凍結(jié)、升溫、融解，其 抗壓強(qiáng)度有所下降，巖石試件凍融前的抗壓強(qiáng)度與凍融后的抗壓強(qiáng)度的比值，即為抗凍系 數(shù)。 6.2 試樣試樣制制備備 （1）試樣可用鉆孔巖芯或坑、槽探中采取的巖塊，試件備制中不允許有人為裂隙出 現(xiàn)。按規(guī)程要求標(biāo)準(zhǔn)試件為圓柱體，直徑為 5cm，允許變化范圍為 4.85.2cm。高度為 10cm，允許變化范圍為 9.510.5cm。對(duì)于非均質(zhì)的粗粒結(jié)構(gòu)巖石，或取樣尺寸小于標(biāo)準(zhǔn) 尺寸者，允許采用非標(biāo)準(zhǔn)試樣，但高徑比必須保持=2:12.5:1。 （2）試樣數(shù)量，視所要求的受力方向或含水狀態(tài)而定，一般情況下必須制備 3 個(gè)。 （3）試樣制備的精

32、度，在試樣整個(gè)高度上，直徑誤差不得超過(guò) 0.3mm。兩端面的不 平行度最大不超過(guò) 0.05mm。端面應(yīng)垂直于試樣軸線，最大偏差不超過(guò) 0.25 度。 6.3 試樣試樣描述描述 試驗(yàn)前的描述，應(yīng)包括如下內(nèi)容： （1）巖石名稱、顏色、結(jié)構(gòu)、礦物成分、顆粒大小，膠結(jié)物性質(zhì)等特征。 （2）節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其分布，并記錄受載方向與層理、片理及節(jié)理裂隙之間 的關(guān)系。 （3）測(cè)量試樣尺寸，并記錄試樣加工過(guò)程中的缺陷。 6.4 主要主要儀儀器器設(shè)備設(shè)備 （1）鉆石機(jī)、鋸石機(jī)、磨石機(jī)或其他制樣設(shè)備。 （2）游標(biāo)卡尺、天平（稱量大于 500g，感量 0.01g） ，烘箱和干燥箱，水槽、煮沸設(shè) 備。 （3）低溫

33、試驗(yàn)箱。 6.5 試驗(yàn)試驗(yàn)程序程序 （1）巖石試件的干燥、吸水、飽和處理應(yīng)符合 1.5.2 條款規(guī)定。 （2）取三塊飽和試件進(jìn)行凍融前的單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。 （3）將另外三塊試件放入鐵皮盒內(nèi)，一起放入低溫試驗(yàn)箱中，在-202溫度下冷 凍 4h，然后取出鐵皮盒，望盒內(nèi)注入水浸沒(méi)試件，水溫應(yīng)保持在 202，融解 4h，即 為一個(gè)循環(huán)。 （4）根據(jù)工程需要確定凍融的次數(shù)，以 20 次為宜，嚴(yán)寒地區(qū)不少于 25 次。 （5）凍融結(jié)束后，從水中取出巖石試件，擦開表面水分并稱量，進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度 試驗(yàn)。 6.6 成果整理和成果整理和計(jì)計(jì)算算 （1）凍融質(zhì)量損失率、凍融系數(shù)計(jì)算公式： 100 s fs f m

34、 mm L A P R s s A P R f f s f f R R K 式中： 凍融質(zhì)量損失率， （%） ； f L 凍融前的飽和單軸抗壓強(qiáng)度， （MPa）; s R 凍融后的飽和單軸抗壓強(qiáng)度， （MPa）; f R 凍融系數(shù)； f K 凍融試驗(yàn)前試件的飽和質(zhì)量， （g） ； s m 凍融試驗(yàn)后試件的飽和質(zhì)量， （g） ； f m 凍融前飽和試件破壞載荷， （N） ； s P 凍融后飽和試件破壞載荷， （N） ； f P 凍融試驗(yàn)后飽和單軸抗壓強(qiáng)度， （MPa） ； f R 凍融試驗(yàn)前飽和單軸抗壓強(qiáng)度， （MPa） ； s R （2）計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字。 （3）試驗(yàn)記錄應(yīng)包括工程名稱

35、、巖石名稱、取樣地點(diǎn)、試驗(yàn)人員、試驗(yàn)日期等信息。 巖石力學(xué)性巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)質(zhì)試驗(yàn) 七、巖石七、巖石單軸單軸抗抗壓強(qiáng)壓強(qiáng)度度試驗(yàn)試驗(yàn) 7.1 概述概述 當(dāng)無(wú)側(cè)限巖石試樣在縱向壓力作用下出現(xiàn)壓縮破壞時(shí)，單位面積上所承受的載荷稱為 巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，即試樣破壞時(shí)的最大載荷與垂直于加載方向的截面積之比。 在測(cè)定單軸抗壓強(qiáng)度的同時(shí)，也可同時(shí)進(jìn)行變形試驗(yàn)。 不同含水狀態(tài)的試樣均可按本規(guī)定進(jìn)行測(cè)定，試樣的含水狀態(tài)用以下方法處理： （1）烘干狀態(tài)的試樣，在 1051100C 下烘 24h。 （2）飽和狀態(tài)的試樣，使試樣逐步浸水，首先淹沒(méi)試樣高度的 1/4，然后每隔 2h 分 別升高水面至試樣的 1/3 和

36、 1/2 處，6h 后全部浸沒(méi)試樣，試樣在水下自由吸水 48h；采用 煮沸法飽和試樣時(shí)，煮沸箱內(nèi)水面應(yīng)經(jīng)常保持高于試樣面，煮沸時(shí)間不少于 6h。 7.2 試樣備試樣備制制 （1）試樣可用鉆孔巖芯或坑、槽探中采取的巖塊，試件備制中不允許有人為裂隙出 現(xiàn)。按規(guī)程要求標(biāo)準(zhǔn)試件為圓柱體，直徑為 5cm，允許變化范圍為 4.85.2cm。高度為 10cm，允許變化范圍為 9.510.5cm。對(duì)于非均質(zhì)的粗粒結(jié)構(gòu)巖石，或取樣尺寸小于標(biāo)準(zhǔn) 尺寸者，允許采用非標(biāo)準(zhǔn)試樣，但高徑比必須保持=2:12.5:1。 （2）試樣數(shù)量，視所要求的受力方向或含水狀態(tài)而定，一般情況下必須制備 3 個(gè)。 （3）試樣制備的精度，在

37、試樣整個(gè)高度上，直徑誤差不得超過(guò) 0.3mm。兩端面的不 平行度最大不超過(guò) 0.05mm。端面應(yīng)垂直于試樣軸線，最大偏差不超過(guò) 0.25 度。 7.3 試樣試樣描述描述 試驗(yàn)前的描述，應(yīng)包括如下內(nèi)容： （1）巖石名稱、顏色、結(jié)構(gòu)、礦物成分、顆粒大小，膠結(jié)物性質(zhì)等特征。 （2）節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其分布，并記錄受載方向與層理、片理及節(jié)理裂隙之間 的關(guān)系。 （3）測(cè)量試樣尺寸，并記錄試樣加工過(guò)程中的缺陷。 7.4 主要主要儀儀器器設(shè)備設(shè)備 7.4.1 試樣加工設(shè)備試樣加工設(shè)備 鉆石機(jī)、鋸石機(jī)、磨石機(jī)或其他制樣設(shè)備。 7.4.2 量測(cè)工具與有關(guān)檢查儀器量測(cè)工具與有關(guān)檢查儀器 游標(biāo)卡尺、天平（稱量大于

38、 500g，感量 0.01g） ，烘箱和干燥箱，水槽、煮沸設(shè)備。 7.4.3 加載設(shè)備加載設(shè)備 壓力試驗(yàn)機(jī)。壓力機(jī)應(yīng)滿足下列要求： （1）有足夠的噸位，即能在總噸位的 10%90%之間進(jìn)行試驗(yàn)，并能連續(xù)加載且無(wú) 沖擊。 （2）承壓板面平整光滑且有足夠的剛度，其中之一須具有球形座。承壓板直徑不小 于試樣直徑，且也不宜大于試樣直徑的兩倍。如大于兩倍以上時(shí)需在試樣上下端加輔助承 壓板，輔助承壓板的剛度和平整光滑度應(yīng)滿足壓力機(jī)承壓板的要求。 （3）壓力機(jī)的校正與檢驗(yàn)應(yīng)符合國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 7.5 試驗(yàn)試驗(yàn)程序程序 （1）根據(jù)所要求的試樣狀態(tài)準(zhǔn)備試樣。 （2）將試樣置于壓力機(jī)承壓板中心，調(diào)整有球形座

39、的承壓板，使試樣均勻受力。 （3）依每秒 0.50.8MPa 的加載速度對(duì)試樣加荷，直到試樣破壞為止，記錄最大破 壞載荷。 （4）描述試樣破壞形態(tài)，并記下有關(guān)情況。 7.6 成果整理和成果整理和計(jì)計(jì)算算 按下式計(jì)算巖石單軸抗壓強(qiáng)度 A P c 式中： 巖石單軸抗壓強(qiáng)度（MPa） ； c 最大破壞載荷（N） ；P 垂直于加載方向的試樣橫截面積（mm2） 。A 試驗(yàn)結(jié)果按表 7-1 記錄。 表表 7-1 巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)記錄表巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)記錄表 工程名稱_ 試驗(yàn)時(shí)間_年_月_日 試 樣 尺 寸 巖石名稱試樣編號(hào)受力方向含水狀態(tài)直 徑 (mm) 高 度 (mm) 橫截面積 (mm2) 最

40、大破壞 載 荷 (N) 單軸抗壓 強(qiáng) 度 (MPa) 備 注 試 樣 描 述 班 級(jí) 組 別 試驗(yàn)者 計(jì)算者 八、巖石八、巖石壓縮變壓縮變形形試驗(yàn)試驗(yàn) 8.1 概述概述 巖石變形試驗(yàn)，是在縱向壓力作用下測(cè)定試樣的縱向（軸向）和橫向（徑向）變形， 據(jù)此計(jì)算巖石的彈性模量和泊松比。 彈性模量是縱向單軸應(yīng)力與縱向應(yīng)變之比，規(guī)程規(guī)定用單軸抗壓強(qiáng)度的 50%作為應(yīng)力 和該應(yīng)力下的縱向應(yīng)變值進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)需要也可以確定任何應(yīng)力下的彈性模量。 泊松比是橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比，規(guī)程規(guī)定用單軸抗壓強(qiáng)度 50%時(shí)的橫向應(yīng)變值和 縱向應(yīng)變值進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)需要也可以求任何應(yīng)力下的泊松比。 8.2 試樣備試樣備制制 試

41、樣備制方法和精度要求見(jiàn) 7.2。 8.3 試樣試樣描述描述 試樣描述見(jiàn) 7.3。 8.4 主要主要儀儀器器設(shè)備設(shè)備 （1）制樣設(shè)備、檢查儀器和壓力機(jī)要求見(jiàn) 7.4。 （2）電阻應(yīng)變片、粘結(jié)劑、萬(wàn)用表等。 （3）電阻應(yīng)變儀（或數(shù)據(jù)采集器） 、壓力傳感器、引伸儀等。 除用電阻應(yīng)變儀外，也可用精度能達(dá)到 0.1%和量程能滿足變形測(cè)定需要的其他儀表。 巖石試件 軸向應(yīng)變片 橫向應(yīng)變片 圖圖 4 巖石試件貼電阻應(yīng)變片示意圖巖石試件貼電阻應(yīng)變片示意圖 圖圖 5 試件連接靜態(tài)應(yīng)變儀示意圖試件連接靜態(tài)應(yīng)變儀示意圖 8.5 試驗(yàn)試驗(yàn)程序程序 （1）選擇電阻片，電阻片質(zhì)量應(yīng)符合產(chǎn)品要求，電阻絲的長(zhǎng)度應(yīng)大于組成試樣

42、的礦 物最大粒徑或斑晶的 10 倍以上。同一試樣用的工作片和補(bǔ)償片的電阻值應(yīng)不超過(guò)0.2 歐 姆。 （2）電阻片應(yīng)貼在試樣高度的中部，每個(gè)試樣貼縱向（軸向）和圓周向電阻片各 2 片，沿圓周向?qū)ΨQ布置，貼片處應(yīng)盡量避開顯著的裂隙、特大的礦物顆?；虬呔?。試樣貼 片前用零號(hào)砂紙打磨，用丙酮或酒精將貼片處擦洗干凈，防止污染（如圖 4 所示） 。 （3）貼片用的膠，一般情況下可用 502 快速粘結(jié)劑，914 粘結(jié)劑等脆性膠；飽和試 樣還需配置防潮膠液。 （4）將貼好片的試樣置于壓力機(jī)上，對(duì)準(zhǔn)中心，以全橋或半橋的方式聯(lián)入應(yīng)變儀 （或數(shù)據(jù)采集器，如圖 5 所示） ，接通電源。以每秒 0.50.8MPa 的加

43、載速度對(duì)試樣加載， 直至破壞。 （5）在施加載荷的過(guò)程中，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步記錄各級(jí)應(yīng)力及其相應(yīng)的縱向和橫 向應(yīng)變值。為了繪制應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)盡可能多一些，通常不少于 10 組 數(shù)據(jù)。 （6）描述試樣的破壞形式，并記下與試驗(yàn)有關(guān)的的情況。試驗(yàn)記錄格式見(jiàn)表 8-1。 8.6 試驗(yàn)試驗(yàn)成果整理和成果整理和計(jì)計(jì)算算 8.6.1 計(jì)算各級(jí)應(yīng)力下的應(yīng)變值計(jì)算各級(jí)應(yīng)力下的應(yīng)變值 （1）分別將縱向、橫向各二片的數(shù)值進(jìn)行平均，求得縱向、橫向應(yīng)變， （也可試驗(yàn)前 將二片串聯(lián)，直接測(cè)得縱向、橫向應(yīng)變值） 。 （2）用下式計(jì)算體積應(yīng)變值： dhv 2 式中： 某一應(yīng)力下的體積應(yīng)變值； v 某一應(yīng)力下的

44、縱向應(yīng)變值； h 某一應(yīng)力下的橫向應(yīng)變值。 d （3）繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線圖，如圖 6 所示。 圖圖 6 巖石壓縮應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線巖石壓縮應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線 8.6.2 計(jì)算彈性模量和泊松比計(jì)算彈性模量和泊松比 （1）在縱向應(yīng)變曲線上，做通過(guò)原點(diǎn)與應(yīng)力相當(dāng)于 50%抗壓強(qiáng)度處的應(yīng)變點(diǎn)的連線， 其斜率即為所求的彈性模量（或稱割線模量） 。 50 50 50 h E 式中： 彈性模量（MPa） ； 50 E 相當(dāng)于 50%抗壓強(qiáng)度的應(yīng)力值（MPa） ； 50 應(yīng)力為抗壓強(qiáng)度 50%時(shí)的縱向應(yīng)變值。 50h （2）取應(yīng)力為抗壓強(qiáng)度 50%時(shí)的橫向應(yīng)變值和縱向應(yīng)變值計(jì)算泊松比。 50 50 h d 式中：

45、泊松比； 應(yīng)力為抗壓強(qiáng)度 50%時(shí)的橫向應(yīng)變值； 50d 應(yīng)力為抗壓強(qiáng)度 50%時(shí)的縱向應(yīng)變值。 50h 8.6.3 計(jì)算巖石單軸抗壓強(qiáng)度計(jì)算巖石單軸抗壓強(qiáng)度 A P c 式中： 巖石單軸抗壓強(qiáng)度（MPa） ； c 最大破壞載荷（N） ；P 垂直于加載方向的試樣橫截面積（mm2） 。A 8.6.4 計(jì)算值取值計(jì)算值取值 彈性模量取至百位數(shù)；泊松比取至小數(shù)點(diǎn)以后兩位；單軸抗壓強(qiáng)度取至整數(shù)位。 表表 8-1 巖石變形試驗(yàn)記錄表巖石變形試驗(yàn)記錄表 工程名稱 試樣直徑（mm） = 50 E （MPa） 巖石名稱 試樣高度（mm） = 試樣編號(hào) 試樣面積（mm2） = （MPa） c 載荷（N）應(yīng)力（M

46、Pa）縱向應(yīng)變橫向應(yīng)變體積應(yīng)變備 注 班 級(jí) 組 別 日期 試驗(yàn)者 計(jì)算者 九、巖石抗拉九、巖石抗拉強(qiáng)強(qiáng)度度試驗(yàn)試驗(yàn)（巴西法）（巴西法） 9.1 概述概述 巴西法（劈裂法）是在圓柱體試樣的直徑方向上，施加相對(duì)的線性載荷，使之沿試樣 直徑方向破壞的試驗(yàn)（如圖 7） 。 本方法可用于測(cè)烘干、自然干燥、飽和的試樣。 本方法不適用于軟弱巖石。 9.2 試樣備試樣備制制 （1）試樣可用鉆孔巖芯或巖塊，在取樣和試樣制備過(guò)程中，不允許人為裂隙出現(xiàn)。 （2）采用圓柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試樣，直徑為 5cm，高度為直徑的 0.51.0 倍。試樣尺寸 的允許變化范圍不宜超過(guò) 5%。 （3）對(duì)于非均質(zhì)的粗粒結(jié)構(gòu)巖石，或取樣尺

47、寸小于標(biāo)準(zhǔn)尺寸者，允許使用非標(biāo)準(zhǔn)試 樣，但高徑比必需滿足標(biāo)準(zhǔn)試樣的要求。 （4）試樣個(gè)數(shù)視所要求的受力方向或含水狀態(tài)而定，一般情況下至少制備 3 個(gè)。 （5）試樣制備精度。整個(gè)厚度上，直徑最大誤差不應(yīng)超過(guò) 0.1mm。兩端不平行度不 宜超過(guò) 0.1mm。端面應(yīng)垂直于試樣軸線，最大偏差不應(yīng)超過(guò) 0.25 度。 9.3 試樣試樣描述描述 試樣描述同 7.3 9.4 主要主要儀儀器器設(shè)備設(shè)備 （1）試樣加工設(shè)備、量測(cè)工具與有關(guān)儀器詳見(jiàn) 7.4。 （2）加載設(shè)備：壓力試驗(yàn)機(jī)應(yīng)符合 7.4 的規(guī)定，因巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度， 為了提高試驗(yàn)精度，所以選擇壓力試驗(yàn)機(jī)的噸位不宜過(guò)大。 （3）墊條：在巖石

48、劈裂試驗(yàn)中，目前國(guó)內(nèi)外規(guī)程中，有加墊條、劈裂壓模、不加墊 條三種， 水利電力規(guī)程建議采用電工用的膠木板或硬紙板，其寬度與試樣直徑之比為 0.080.1；國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)建議采用壓模，壓模圓弧直徑為試樣直徑的 1.5 倍（如 圖 7） ；日本、美國(guó)等礦業(yè)規(guī)程建議采用不加墊條，使試樣與承壓板直接接觸。三種方法 相比，最后一種比較簡(jiǎn)單所以用的較廣泛。 圖圖 7 巖石抗拉強(qiáng)度測(cè)定示意圖巖石抗拉強(qiáng)度測(cè)定示意圖 9.5 試驗(yàn)試驗(yàn)程序程序 （1）根據(jù)所要求的試樣狀態(tài)準(zhǔn)備試樣。 （2）將試樣平置于壓力機(jī)承壓板中心，調(diào)整有球形座的承壓板使試樣均勻受載。 （3）以每秒 0.30.5MPa 的加載速度加荷，直到試樣

49、破壞為止，并記錄最大破壞載 荷。 （4）觀察試樣在受載過(guò)程中的破壞發(fā)展過(guò)程，并記錄試樣的破壞形態(tài)。 半球座 上加載鄂 試件 下加載鄂 表表 9-1 巖石劈裂法試驗(yàn)記錄表巖石劈裂法試驗(yàn)記錄表 工程名稱_ 試 樣 尺 寸 巖石名稱試樣編號(hào)受力方向含水狀態(tài)平均直徑 （mm） 平均厚度 (mm) 劈裂面積 （mm2） 破壞最大 載 荷 (N) 巖石抗拉 強(qiáng) 度 (MPa) 備 注 試 樣 描 述 班 級(jí) 組 別 日期 試驗(yàn)者 計(jì)算者 9.6 成果整理和成果整理和計(jì)計(jì)算算 （1）按下式計(jì)算巖石的抗拉強(qiáng)度 DH P t 2 式中： 巖石的抗拉強(qiáng)度（MPa） ； t 試樣破壞時(shí)的最大載荷（N） ；P 試樣直

50、徑(mm)；D 試樣厚度(mm)。H 計(jì)算值取至小數(shù)點(diǎn)以后一位。 十、巖石抗剪十、巖石抗剪強(qiáng)強(qiáng)度度試驗(yàn)試驗(yàn)( (變變角剪切角剪切) ) 10.1 概述概述 標(biāo)準(zhǔn)巖石試樣在有正應(yīng)力的條件下，剪切面受剪力作用而使試樣剪斷破壞時(shí)的剪力與 剪斷面積之比，稱為巖石試樣的抗剪強(qiáng)度。 利用幾個(gè)不同角度的抗剪夾具做試驗(yàn)，得出試樣沿剪斷面破壞的正應(yīng)力和剪應(yīng)力之間 的關(guān)系，以確定巖石抗剪強(qiáng)度曲線的一部分。 10.2 試樣備試樣備制制 試樣為 505050mm 或 707070mm 的立方體，誤差小于 0.20.3mm，試樣各端面 嚴(yán)格平行，不平行度小于 0.07mm，四面凸起小于 0.03mm。 每組試驗(yàn)至少 3

51、 個(gè)角度，每個(gè)剪切角度的試樣數(shù)目應(yīng)不少于 23 個(gè)，所以一組試驗(yàn) 的試樣數(shù)目至少應(yīng)有 69 個(gè)以上。 圖圖 8 巖石變角剪示意圖巖石變角剪示意圖 圖圖 9 巖石變角剪加載示意圖巖石變角剪加載示意圖 10.3 試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備、用具、用具 壓力試驗(yàn)機(jī)，抗剪夾具（20、30、40三個(gè)） ，卡尺及其它輔助設(shè)備。 10.4 試驗(yàn)試驗(yàn)程序程序 （1）描述試樣的顏色、顆粒、層理方向、加工精度等情況，在試樣上劃出剪切線。 （2）用游標(biāo)卡尺量測(cè)試樣的高、寬、長(zhǎng)的尺寸，精確到 0.05mm，并計(jì)算剪切面的面 積。 （3）把試樣和抗剪夾具一起放在壓力試驗(yàn)機(jī)的承壓板上，夾具與墊板之間放滾軸以 消除摩擦力，試樣和抗剪

52、夾具周圍放防護(hù)罩。 （4）以每秒 0.51.0MPa 的速度加載，直到試樣剪斷為止，記錄下破壞時(shí)的載荷， 格式見(jiàn)表 10-1。 （5）按 20、30、45 不同夾具，分別逐個(gè)進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)角度做 3 件。 10.5 試驗(yàn)試驗(yàn)成果整理和成果整理和計(jì)計(jì)算算 （1）試樣受力狀態(tài)如圖 8、9 所示，根據(jù)下式計(jì)算試樣所受的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。 sin A P cos A P 式中： 抗剪斷面上平均正應(yīng)力（Mpa） ； 抗剪斷面上平均剪應(yīng)力（MPa） ； 抗剪夾具的角度（剪力與豎直方向） （度） ； 試樣破壞時(shí)的載荷（N） ；P 剪斷面積（mm2） 。A （2）繪制巖石抗剪強(qiáng)度曲線圖。 通過(guò)改變夾具的剪切角剪切試樣，對(duì)于每一個(gè)角度可以確定試樣的一對(duì)剪應(yīng)力、正 應(yīng)力值，把這些值標(biāo)在坐標(biāo)圖中，連接求得的各點(diǎn)，即可得到如圖 10 所示的巖石 抗剪強(qiáng)度曲線。 圖圖 10 巖石抗剪強(qiáng)度部分曲線圖巖石抗剪強(qiáng)度部分曲線圖 表表 10-1 巖石抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)記錄表巖石抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)記錄表 試 樣 尺 寸 巖 石 名 稱 試 樣 編 號(hào) 巖 石 特 征 長(zhǎng) (mm) 寬 (mm) 高 (mm) 面積