工程岩块试验

工程岩块（岩体、岩石）试验

岩石试件应符合下列要求：1、试样应在现场采取，不得使用爆破法；2、试样在采取、运输、储存和制备试件过程中，应保持天然状态，避免产生裂缝。3、试件最小尺寸应大于组成岩石最大矿物颗粒直径的10倍。（在物理和力学性质试验中对岩石的尺寸和精度还另有要求）

第一部分 岩石物理性质试验

一、岩石的含水率试验

岩石的含水率是岩石在105-110℃温度下烘至恒量时失去的水的质量与岩石固体颗粒质量的比值，以百分数表示。

岩石的含水率可间接地反映岩石中空隙的多少、岩石的致密程度等特性。实验时每个试件的质量为40-200g，每组试验试件的数量为5个。

1、试验步骤：

⑴、称量试件烘干前的质量；

⑵、将试件置于烘箱内，在105-110℃下烘24h(对含结晶水易逸出矿物的岩石，一般采用烘干温度为55-65℃【60±5℃】，或在常温下采用真空抽气干燥方法)；

⑶、将试件从烘箱中取出，放入干燥器内冷却至室温，称量烘干后的质量。

⑷、称量应准确至0.01g。

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2、计算:（应精确至0.01。） 岩石的含水率W=(M1-M2)100/ms M1—烘干前试件的质量g; M2—烘干后试件的质量g;

二、岩石的密度（颗粒密度）试验

岩石颗粒密度是岩石在105-110℃温度下烘至恒量时岩石固相颗粒质量与其体积的比值。

岩石的颗粒密度是选择建筑材料、研究岩石风化、评价地基基础工程岩体稳定性及确定围岩压力等必须的计算指标。

试验一般采用容积为100ml的短颈密度瓶进行。颗粒密度试验的试件往往采用块体密度试验后的试件粉粹成岩粉来完成。

1、试验步骤：

⑴、制样。将岩石用粉粹机粉粹成岩粉，使之全部通过0.25mm的筛孔，并用磁铁吸去铁屑；

⑵、将岩粉放在瓷皿内，放入烘箱用105-110℃烘至恒重，烘干时间一般为6h-12h;

⑶、用四分法称取烘干的岩粉两份，每份15g（m1）,用漏斗灌入洗净烘干的密度瓶中，注入试液（蒸馏水、对含水溶性矿物的岩石用煤油）至比重瓶容积的1/2处；

⑷、用蒸馏水为试液时，可用煮沸法或真空抽气法排除气体。当使用煤油作试液时，应采取真空抽气法排除气体；

⑸、将经过排除气体的密度瓶取出擦干，冷至室温，再向密度瓶

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中注入排除气体且同温条件的试液至近满，然后置于恒温水槽（20±2℃）内，待瓶内温度稳定和上部悬液澄清后，塞好瓶塞，使多余试液溢出，从恒温水槽内取出比重瓶，擦干瓶外水分，立即称量其质量（m3）;

⑹、倾出悬液洗净密度瓶，注入经排除气体并于试验同温度的试液至比重瓶，再置于恒温水槽（20±2℃）内，待瓶内温度稳定后，塞好瓶塞，使多余试液溢出，从恒温水槽内取出密度瓶，擦干瓶外水分，立即称量其质量（m2）。

2、计算及结果整理（精确至0.01g/cm3） 岩石的颗粒密度ρs(或ρt)=m1×ρwt/(m1+m2-m3) ρt—岩石的颗粒密度(g/cm3) m1—烘干岩粉的质量g m2—密度瓶和试液的总质量g m3—密度瓶、试液和岩粉的总质量g

ρwt—与试验同温度试液的密度（g/cm3）。蒸馏水的密度由洁净水与温度的附表查的，煤油的密度按其它公式推算。

本试验应进行两次平行测定，测量差值不应大于0.02，并取两次测量的平均值。

三、岩石的块体密度（毛体积密度）试验

岩石的块体密度时岩石的质量与岩石的体积之比。根据岩石的含水状态，岩石的块体密度分为天然密度、烘干密度和饱和密度。

岩石的块体密度（毛体积密度）是一个间接反映岩石致密程度、

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空隙发育程度的参数，也是评价工程岩体稳定性及确定围压等必须计算的指标。

（一）、凡能制备成规则试件的各类岩石，宜采用量积法测定岩石的块体密度。岩石试件应符合下列要求：

A、试件可采用圆柱体、方柱体或立方体；

B、沿试件高度、直径、或边长的误差不应大于0.3mm； C、试件两端面不平行误差不应大于0.05mm；

D、试件端面应垂直试件轴线，最大误差不得大于0.25°； E、方柱体或立方体试件相邻两面应互相垂直，最大偏差不得大于0.25°。

F、试件尺寸应大于岩石最大矿物颗粒直径的10倍，最小尺寸不得小于50mm。

（测湿密度每组试件应为5个，干密度每组试件数量应为3个） （二）、量积法测定岩石的块体密度的步骤： ⑴、测量试件的直径或边长，按平均值计算截面积； ⑵、测量试件的高度，计算高度的平均值；

⑶、测定天然密度。岩样开封后，保持天然湿度立即加工试件并称量其湿质量M0；（然后做单轴抗压强度）

⑷、测定饱和密度。将加工的试件饱水使试件饱和，称量其饱水后的质量Ms；

⑸、测定干密度。将试件放入烘箱内，控制在105-110℃温度下，烘24h,取出放入干燥器内冷却至室温，称量烘干试件的质量Md。

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⑹、长度量测应准确至0.02mm，称量应准确至0.01g。 （三）、计算整理：(密度应精确至0.01g/cm3) 岩石块体湿密度ρ=Mo/V （Mo试件烘干前的质量） 岩石块体饱和密度ρs=Ms/V （ms试件饱和后的质量） 岩石块体干密度ρd=Md/V （md试件烘干后的质量） 岩石块体湿密度与干密度之间的关系：ρd=ρ/(1+0.01W) W—岩石的天然含水率

V—试件的体积=A试件的截面积cm2×Hcm试件的高度 （四）、岩石的孔隙率的计算方法：精确至0.1% 孔隙率n=（1-ρd/ρt）×100 ρd—岩石的块体干密度 ρt—岩石的密度（颗粒密度）

一般新鲜的结晶岩类n小于3%；沉积岩的n较大为1-10%；有些胶结不良的砂砾岩n可达10-20%，甚至更大。

5、蜡封法测定块体密度见《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-2013）

四、岩石的吸水性试验

岩石的吸水率是岩石在大气压力和室温条件下吸入水的质量与岩石固体颗粒质量的比值，以百分数表示。采用自然浸水法测定。

岩石的饱和吸水率是岩石在强制条件下的最大吸水量与岩石固体颗粒质量的比值，以百分数表示。采用煮沸法或抽真空法强制饱和后测定。

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本试验适用于岩石结构面、岩石本身及混凝土或砂浆与岩石胶结面的直剪试验。目的是为了求出试件沿滑动面的正应力与剪切面的关系，提供岩石基础计算之依据。

（一）、试件制备（试件数量每组不得少于5个）

1、岩石试件：

⑴、岩石直剪试件的直径或边长不得小于50mm,试件高度应与直径或边长相等。也可采用不规则试件。

⑵、试件须用高强度的钢筋混凝土或钢制外框包裹。在试件与外框之间必须填充密实，剪切缝宜控制在10mm左右。

2、混凝土或砂浆与岩石胶结面试件

⑴、混凝土或砂浆与岩石胶结面试件规格应为正方体，其边长不小于150mm，混凝土或砂浆与岩石的接触面应位于试件中部。

⑵、拟浇注混凝土或砂浆的岩面起伏差，应控制在边长或直径的1%-2%以内。

⑶、在浇注混凝土或砂浆的同时，须制备3-6块混凝土或砂浆标号试件，用于检查抗压强度。

⑷、制备好的混凝土或砂浆与岩石胶结面直剪试件和混凝土或砂浆抗压试件应置与养护室内进行养护（温度20±3℃，相对湿度90%左右的条件下养护28d），试件达到规定的龄期湖进行试验，同组试验应在同一龄期下进行。

3、具有结构面试件

⑴、试件应尽量保持原状结构，防止结构面被扰动。

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⑵、岩石结构面直剪试验试件的直径或边长不小于150mm，试件高度应与直径或边长相等，结构面应位于试件中部。

⑶、对于价加工困难的岩样允许采用不规则试件，试件须用高强度的混凝土包裹。在试件与外框之间必须填充密实，剪切缝宜控制在10mm左右。 （二）、试验步骤

1、试件安装。将试件置于直剪仪上，试件与剪切盒内壁之间的间隙以填料填实，使试件与剪切盒成为一个整体。

2、法向荷载和剪切荷载的作用方向应通过预定剪切的几何中心。法向位移量表和水平位移量表应对称布置，各方向至少有一个量表。

3、施加法向荷载。法向荷载最大值不宜小于预定的法向应力（工程设计应力或压力），各试件的法向荷载宜根据最大法向荷载等差级数等分确定，分级数不应少于5级。不需固结的试件法向荷载可一次施加完毕，立即测读法向位移，5min后，再测读一次，即可施加剪切荷载。（需固结的试件看国标P26页）

4、施加剪切荷载。

⑴、按预估最大剪切荷载分8-12级，每级荷载施加后，立即测读剪切位移和法向位移，5min后再测读一次，即可施加下一级剪切荷载，当剪切位移明显增大时，可适当减小级差。峰值前施加剪切荷载不宜少于10级。

⑵、试件破坏后，应继续施加剪切荷载，直至测出趋于稳定的剪切荷载值为止。

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⑶、将剪切荷载退至零。根据需要，待试件充分回弹后，调整量表，按⑴-⑵步骤进行摩擦试验。 （三）、试验成果整理

1、法向应力和剪应力按下式计算（结果精确至0.01MPa） 法向应力σ=P÷A 剪应力τ=Q÷A

σ—法向应力（MPa） τ—剪应力（MPa） P—法向荷载（N） Q—剪切荷载（N） A—有效剪切面积（mm2）

有效剪切面积可直接采用试件剪切面积。当剪断后位移量过大时，应采用剪断时试件上下相互重叠的面积作为有效剪切面积。

2、绘制各法向应力下的剪应力τ与剪切位移vs及法向位移vn（量测仪表的平均值）的关系曲线,由曲线确定各剪切阶段特征点的剪应力值。

3、根据各剪切阶段特征点的剪应力值与法向应力值，绘制剪应力与法向应力关系曲线，并确定抗剪强度参数（f，c）。

库伦—奈维表达式： ㏒φ=（τn-τ1）÷(σn-σ1) C=τn-σn㏒φ ㏒φ—摩擦系数 C—凝聚力（MPa）

τn—σn时的极限剪应力（MPa） τ1—σ1时的极限剪应力（MPa）

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σn—大于σ1时的法向应力（MPa） σ1—法向应力（MPa） σn㏒φ—内摩擦阻力（MPa）

4、室内剪切试验测定的通常是岩石的抗剪断强度，即在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。它反映了岩石的凝聚力和内摩擦阻力。各类岩石的内摩擦角多为30°-60°，凝聚力多变化在1MPa-50MPa。

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