技术改进-点荷载试验研究.ppt

特别是对软弱岩石，严重风化和节理发育的岩石，由于取不出完整岩芯或者岩石试件无法加工成标准试件，不能采用常规的岩石试验来测定其强度，成为岩石强度测试中的一个难题。点荷载试验，仪器小型轻便，并可用不规则岩块做试验，为在实地开展岩石力学试验开辟了道路，填补了软弱岩石强度鉴定的空白。国际岩石力学协会已经正式将点荷载试验作为测定岩石强度的推荐方法之一，并推广将点荷载试验的测试技术应用于生产实践。因此，对点荷载试验的研究具有深远的意义。 目前，国内对点荷载试验的研究仅限于应用层次[5-7]，仅有少数学者[8]使用数学方法在点荷载应力分布的解析解方面进行了较为深入的研究。对其原理的研究基本是空白，国内外在岩石点荷载试验理论上的研究水平差距甚大。 在点荷载试验与单轴压缩试验的比较方面，是我们较为关心的问题。BrochE.[9]试验结果表明其分散度较单轴试验结果分散度低，但 Bieniawskiz.T.[10]得出了不同的研究结果，尽管如此，对于实际工程目的(平均来说，大概有15%的标准差)，由点荷载得到的结果是可以接受的。尽管点荷载试验所得到的数值分散，一般高于常规方法，不过试验证明，这一方面可以用增加试件数量来取得数学统计值的方法提高精度;另一方面即使精度比常规方法要低，但从工程使用角度来看，还是能基本满足要求的。 2 试验仪器 本次研究性试验采用北京中科东晨科技有限公司生产的SD-1 型携带式数码点荷载仪，在试验过程中，上下压板保持在同一轴线上，偏差不超过±0.2mm，最大工作压力30MPa，精度0.3，整个荷载测量系统能抵抗液压冲击和振动，不受反复加载影响。能采集记录瞬间压力，数码显示岩石的瞬间点荷载，规避了在岩石点荷载试验中由机械压力表固有的线性误差及人眼视觉误差所造成的采样误差，特别是解决了瞬间破坏人眼反应节奏时差问题，实现了试验采样的实时性和准确性。仪器的主要参数如下： (1) 油缸最大工作压力：40MPa； (2) 活塞直径：￠45mm； (3) 活塞面积：15.9cm2； (4) 试验尺寸：最大为100mm。 3 试验操作规程 3.1 试件制备 将肉眼可辨的、风化程度相近的、工程地质特征大致相同的岩石试件分为一组，如果岩石是各向异性的(如层理、片理明显的沉积岩和变质岩)，还应再分为平行和垂直层理加荷的亚组，每组试件须15块。对于不同的试验要求，可对天然含水量试件、饱和试件、烘干试件分别进行试验。 3.2 试件尺寸要求及试验流程 点荷载试验通常分为径向试验、轴向试验以及方块体和不规则块体试验三类，具体要求如下： 3.2.1 径向试验 (1) 凡长度/直径比大于1.0的岩芯试件均适于作径向试验。 (2) 每类样品至少最好是进行10次试验，如果样品是非均质的或各向异性的，试件次数更应增多。 (3) 将试件放在试验机中，使压板沿着岩芯的直径两端紧密接触，保证接触点距试件最近的自由端的距离L至少是岩芯直径的0.5倍(图3a)。 (4) 记录距离D，误差不超过±0.2%。 (5) 稳定地增加荷载，使试件在10～60秒时间内发生破坏，并记录破坏荷载P。如果破裂面仅仅是通过一个加荷点(图4d)，试验是无效的，应予舍弃。 (6) 样品中的其余试件，重复上述步骤(3)～(5)。 3.2.2 轴向试验 (1) 长度/直径比为0.3～1.0的岩芯试件都适于轴向试验(图3b)。当岩芯很长时, 则可先作径向试验，再将剩余的取适当长度（只要这些样品未被初次试验所削弱）作轴向试验。或用锯子或凿刀加工成合格的试件进行轴向试验。 (2) 每类样品至少要进行10次试验，倘若样品是非均质的或各向异性的，试验次数还要增加。 (3) 试件放入试验机与压板之间，使其沿着一条垂直于岩芯两端面的线上紧密接触（假定岩石是各向同性的）。 (4) 记录压板接触点之间的距离，误差不超过±0.2%。记录垂直于加荷方向的试件宽度W，误差不超过±0.5%。 (5) 稳定地增加荷载，使试件在10～60秒时间内发生破坏，记录破坏荷载P。若仅通过加荷点产生局部的破裂面, 试验应视为无效面舍弃如(图4e)。 (6) 样品中的其余试件，重复本条(3)～(5)。 3.2.3 方块体和不规则块体试验 (1) 尺寸为50±35mm和形状如图3(c)、(d)的岩块或块团均适于方块体与不规则块体试验。D/W之比应在0.3和1.0之间，最好是接近1.0；距离L(图3c与3d)至少是0.5W。如有此尺寸和形状的或用锯子或凿刀从大块体中加工的，均可用作试件。 (2) 每组样品至少要作10次试验，如果岩石是非均质的或各向异性的，试验次数还要多些。 (3) 将试件放在试验机中，压板与方块体或不规则块体最小尺寸紧密接触，但不得