室内岩石物理力学性能试验(密度试验、比重试验、含水率试验、吸水性试验等)

岩石试验概述、室内岩石物理力学性能试验〔包括密度试验、比重试验、含水率试验、吸水性试验、耐崩解试验、膨胀试验、抗压强度试验、抗拉强度试验、压缩变形试验、直剪试验、点荷载强度试验、冻融试验。1、定义〔代表性、件〕加工的质量、仪器设备安装以及试验操作过程的质量把握等。因此，质量监视的重点也应在这几个环节上。DLJ2O4、SLJ2。DL5OO6。GB/T5O266。DL/T5148二、室内岩石物理力学性质试验〔一〕密度试验烘干密度。岩石密度可承受量积法、水中称量法或承受蜡封法进展测定。量积法试件可用圆柱体、方柱体或立方体；蜡封法试件宜为4O-6Omm圆状岩块。其他要求应符合有关规定。测干密度时，每组试件不得少于3测湿密度时，试件不宜少于5个。物性质、节理裂隙的发育程度及分布等。1、试验要点量积法：截面积。量测端面周边对称四点和中心点的五个高度，计算高度平均值。将试件置于烘箱中，在1O5-11O24h，然后放入枯燥器内冷却至室温，称试件质量。蜡封法：24h，然后放入枯燥器内冷却至室温，称干试件质量。6O℃1-2s，使试件外表均匀涂上一层蜡膜，其厚度约1mm左右。当试件上蜡膜有气泡时，应用热针刺穿并用蜡液涂平，待冷却后称蜡封试件质量。将蜡封试件置于水中称量。重做试验。2、试验成果整理量积法按下式计算岩石密度：ρ=m/AHd s式中ρg/cm3；dm———干试件质量，g；sA———试件截面积，cm2；H———试件高度，cm。蜡封法按以下公式计算岩石的干、湿密度：smsρ =m −m m −mρρd 1 2− 1 sw pρρmρm −m m −mρρ1 2− 1 sρρw p𝜌𝑑

𝜌=1+0.01𝜔ρ———岩石湿密度，g/cm3；m———湿试件质量，g；m———蜡封试件质量，g；1m———蜡封试件在水中的称量，g；2ρwg/cm3；ρpg/cm3；ω———岩石含水率，%。〔二〕比重试验适用于各类岩石。1、试件制备质量点O.25mm对含有磁性矿物的岩石，应承受瓷研钵或玛瑙研钵粉碎岩石，使全部通过0.25mm2、主要试验步骤及要求将制备好的岩粉，置于1O5~11O℃的恒温下烘干12h后，放入枯燥器内冷却至室温。用四分法取两份岩粉，每份岩粉质量为15g。〔纯水或煤油积的一半处。对含水溶性矿物的岩石，应使用煤油作试液。度保持稳定并使上部悬液澄清。粉的总质量，并测定瓶内试液的温度。〔4、3、试验成果整理按下式计算岩石比重：𝐺𝑆

= 𝑚𝑠𝑚1+𝑚𝑠−𝑚2

𝜌0Gs———岩石比重；ms———干岩粉质量，g；m1 ———瓶、试液总质量，g；m2———瓶、试液、岩粉总质量，g；ρO———与试验温度同温的试液比重。O.O2，取两次测值的平均值。〔三〕含水率试验11O℃下烘至恒量时失去的水分质量与到达恒于不含结晶水矿物的岩石。含水率试验质量把握重点在试样实行、运输、储存、试验操作等过程中。1%试验前应对试件进展地质描述，描述要求参照有关规定。1、试验要点称制备好的试件质量。将试件置于烘箱内，在1O5-11O℃的恒温下烘干试件。将试件从烘箱中取出，放入枯燥器内冷却至室温，称试件质量。重复本条2〔3〕24h称量之差不超过前一次称量的O.1%。2、计算公式按下式计算岩石含水率：ω=〔m0-ms〕/msωmOg；ms——试件烘干后的质量，g。〔四〕吸水性试验由浸水法测定；岩石饱和吸水率承受煮沸法或真空抽气法测定。该试验不适用遇水崩解的岩石。40-60mm的浑圆状岩块。每组试验试件数量不得少于3个。1、试验步骤105~110℃温度下24h，取出放入枯燥器内冷却至室温后称量。1/4处，以后每隔2h分别注水至试件高度的1/2和3/4处，6h后全部浸没试件。试件在水中自由吸水48h后，取出试件并沾去外表水分后称量。间不得少于6h。经煮沸的试件，应放置在原容器中冷却至室温，取出并沾去外表水分后称量。的试件，应放置在原容器中，在大气压力下静置4h，取出并沾去外表水分后称量。量。2、试验成果整理按以下公式计算岩石吸水率、饱和吸水率、干密度：ωa=〔m0-ms〕/ms*100%ωsa=〔mp-ms〕/ms*100%ρd=ms/(mp-mw)*ρw式中ωa———岩石吸水率，%；ωsa ρdm0—48h后的质量，g；ms———干试件质量，g；mp———试件经煮沸或真空抽气饱和后的质量，g；mw———饱和试件在水中的称量，g；ρw———水的密度，g/cm3。〔五〕耐崩解试验作用所表现出的抵抗力气。1、试样制备在现场实行保持自然含水量的试样并密封。10供资料分析使用3、试验步骤105~110℃的温度下烘干至恒量后，在枯燥器内冷却至室温称量。20mm，圆柱形筛筒以20r/min的转速转动10min后，将圆柱形筛筒和105~110℃的温度下烘干至恒量后，在枯燥器内冷却至恒量称量。5个循环。试验过程中，水温应保持在20±2℃范围内。对水中沉积物进展颗粒分析、界限含水量测定和黏土矿物分析。4、试验成果整理按下式计算岩石耐崩解性指数：I=m/m*100%d2 r s式中 Id2

———岩石〔二次循环〕耐崩解性指数，%；ms———原试件烘干质量，g；ms———残留试件烘干质量，g。〔六〕膨胀试验直加载方向的面积之比。胀压力试验。试样应在现场实行，并保持自然含水状态。不得承受爆破或湿钻法取样。数量不得1%。具体制备要求参照有关规定。的关系，以及试件加工方法等。1、自由膨胀率试验主要试验步骤块金属板。在试件上部和四侧对称的中心部位分别安装千分表。10min13缓慢向盛水容器内注入纯水，直至漂移上部透水板。110min11h13次读数差不大于0.001mm为止。浸水后试验时间不得小于48h。试验过程中，应保持水位不变。水温变化不得大于2℃。2、侧向约束膨胀率试验主要试验步骤透水板。产生5kPa的持续压力。试验及稳定标准同自由膨胀率试验的〔3〕~〔6〕项。3、膨胀压力试验主要试验步骤水板。001MPa的载荷，测读量测试件变形测表读数，每隔10min1次，3次读数不变。变形量大于0.001mm时，调整所施加的载荷，应保持试件厚度始终不变。30001min时，改为3次读数差小于0001mm时，可认为稳定并记录试验载荷。浸水总时间不得少于48h。2℃。试验完毕后，应描述试件外表的泥化和软化等现象。4、试验成果整理VH=ΔH/H*100%VD=ΔD/D*100%VHP=ΔH1/H*100%PS=F/A式中VH———VD———试件轴向变形值，mm；H———试件高度，mm；试件径向平均变形值，mm；D———试件直径或边长，mm；ΔH1———有侧向约束试件的轴向变形值，mm；F———轴向载荷，N；A———试件截面积，mm2〔七〕抗压强度试验之比。选择自然含水状态、烘干状态、饱和状态或其他含水状态。1、质量重点把握备试件过程中应避开产生裂缝。圆柱体试件直径宜为50mm，高径比应保持2:1。0.8MPa记录破坏载荷。2、岩石单轴抗压强度计算公式R=P/AR———岩石单轴抗压强度，MPa；P———试件破坏载荷，N；A———试件截面积，mm2。依据国家标准GB/T50218—1994依据单轴饱和抗压强度〔Rc〕进展定性划分，见表4–1–3。表4–1–3 Rc与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系R〔cMPa〕R〔cMPa〕度>60坚硬岩60~30较坚硬岩30~15较软岩15~5软岩!5极软岩〔八〕抗拉强度试验依据需要可测试件烘干、饱和状态及其他不同含水状态的抗拉强度。1、把握试验质量的重要环节备试件过程中应避开产生裂缝。对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石，应承受干法制样。O.5MPa记录破坏载荷。2、抗拉强度的计算σt=2P/πDh式中σt———岩石抗拉强度，MPa；P———试件破坏载荷，N；D———试件直径，mm；P———试件厚度，mm。〔九〕压缩变形试验泊松比是横向应变与纵向应变之比。状态。1、重点试验步骤或横向电阻片的数量不得少于2片。受力均匀。1O组。2、试验成果整理4127按下式计算各级应力：σ=P/A式中e———各级应力，MPa；P———与各所测应变值相应的载荷，N；A———试件截面积，mm2绘制应力与纵、横向应变关系曲线。EAV=〔σb-σa〕/〔ε1b-ε1a〕μav= 〔εdb-εda〕/〔ε1b-ε1a〕式中Eav———岩石平均弹性模量，MPa；ßav ———岩石平均泊松比；MPa；³1a———应力为ea³daea时的横向应³dbeb时的横向应变值。〔十〕直剪试验石构造面及混凝土与岩石胶结面的抗剪强度。试验。质、厚度、构造。1、试件尺寸重要要求1%~2%。52、试验要点法向荷载的施加：〔设计〕应力。对于岩石构造面中具有充填物的试件，最大法向应力以不挤出充填物为宜。施加完毕固结稳定后，再施加剪切荷载。剪切荷载的施加：和法向位移，5min后再测读一次即施加下一级剪切荷载，逐级施加直至剪切破坏。当剪切位移增量较大时，可适当加密剪切荷载分级。进展摩擦试验。3、试验成果整理计算各法向荷载下的法向应力和剪应力：σ=P/A τ=Q/A式中 σ———作用于剪切面上的法向应力，MPa；载，N；Q———作用于剪切面上的剪切荷载，N；A———剪切面面积，mm2。各剪切阶段特征点剪应力。定相应的岩石抗剪强度参数。〔十一〕点荷载强度试验〔或球端圆台集中载荷至试件破坏测定岩石的点荷载强度指数I 和强度各项异性指数Is〔50〕 a。该试验适用于各类岩石。〔50〕在自然含水状态、烘干状态、饱和状态或其他含水状态进展试验。程度，加荷方向与层理、节理、裂隙的关系等。1、试验要点距。接触点距试验自由端的最小距离不应小于加载两点间距的0.5倍。量测加载点间距及垂直于加载方向的试件宽度。最小截面的宽度〔或平均宽度。接触点距试件自由端的距离不应小于加载两点0.5倍。2、试验成果整理〔1〕按下式计算岩石点荷载强度：I=P/D2S e式中Is———未经修正的岩石点荷载强度，MPa；P———破坏荷载，N；De———等价岩心直径，mm。径向试验时，应按以下公式计算等价岩心直径De：D2=D2 e e式中D———加载点间距，mm；上下锥端发生贯入后，试件破坏瞬间的加载点间距，mm；De：D2=4WD/π 2=4WD”/πe e式中W———通过两加载点最小截面的宽度〔或平均宽度，mm。当加载两点间距不等于50mm较多，且同一组试件中的等价岩心直径具有多种尺寸，而加载两点间距不等于50mm时，应依据试验结果，绘制D2与破坏荷载P的关系曲线，并在曲线上查eD2=2500mm2对应的P值，按下式计算岩石点荷载强度：e 50I =P/2500S〔50〕 50式中I ———经尺寸修正后的岩石点荷载强度，MPa；s〔50〕P D2—PD2为2500mm2时的P值，MPa。50 e e修正时，应按以下公式计算岩石点荷载强度：I =FI F=〔D/50〕mS〔50〕 S e式中F———修正系数；按下式计算岩石点荷载强度各向异性指数：I =I” /I””a〔50〕 s〔50〕 s〔50〕式中I ———岩石点荷载强度各项异性指数；s〔50〕I” ———垂直于弱面的岩石点荷载强度，MPa；s〔50〕I” ———平行于弱面的岩石点荷载强度，MPa。s〔50〕〔十二〕冻融试验压强度的变化，据此评价岩石的抗冻性能。试件制备及精度应符合有关规定。抗冻、饱和单轴抗压试件各3前应对试件进展描述。1、试验要点将试件烘干至恒量并称量，然后将试件吸水饱和，再称量。-202℃温度下冷冻4h，然后取出铁皮盒放回常温室内，往盒内注入纯水浸没试件，使水温保持在20±2℃，融解4h，即为一个循环。如此反复，直至到达需要的冻融次数为止。录。2、试验成果整理按