岩石工程特性主要指标

第一节岩石工程特性主要指标

1．物理指标（1）密度：包括天然、烘干、饱和，通常不说明即指烘干密度。通常借助作抗压一起作，单独4—6cm立方体测定三个样（2）比重：以细碎岩粉过0.25mm筛后，用比重瓶作（3）吸水率、饱水率：大气压下饱水获得的称吸水率：Wa式中：g0——大气压浸水48hours的重量

gs——试样105~110℃烘24h的重量饱水率gp—真空泵抽气浸水4h的重量

2．力学指标

（1）抗压强度——干、湿挤压强度1）压力机试验获得试样要求径高比1∶2，或宽高比1∶2，d=5cm或更大。干、湿各三块。借此可以获得天然含水量，天然密度，饱和密度吸水率，饱水率、空隙率（n0）gw——水中称重的重量

(2)劈裂试验——抗拉强度①试样三块，d=5cm，高度为直径的0.5～1倍②是什么状态，就代表该状的抗拉强度③加载直接破坏（以每秒35kg/cm2）

2．力学指标

（4）抗剪强度直剪式中型剪：（变角板已淘汰）①每种状态试样4~5块，尺寸：15×15×10cm或φ15×10cm②分天然状态，饱和状态③放直剪仪上，先加正应力，正应力最大值等于或大于设计应力，其余等分取整数，如4kg/cm2，就分成1，2，3，4。每级加载后立即读数，5分钟后再读，稳定标准，连续两次不超1%mm。百分表上1小格。达到预定正应力至稳定，可以开剪。④剪应力施加初估最大剪切荷载，然后按8—10%的荷载量级先加剪应力，当剪切变形等于前一级1.5倍时，剪切荷载减半施加。剪切荷载采用时间控制，每5分钟加载一次，记录⊥、一量表读数。位移达到1—1.5cm，停止剪切。⑤剪完后可回复原位，作摩擦试验。⑥也可以作单点摩擦试验。⑦绘制τ—ε曲线，确定比例值，屈服值、峰值、残余值。

2．力学指标

3．送样单及试验数量

（1）工程名称；（2）岩石定名；（3）试件编号；（4）试件位置件数；（5）送样人；（6）时间；（7）试验项目，要求；（8）一组试样，如果合作。例如89mm钻头，岩心直径85mm，则需岩样长度：变形、抗压、密度、饱水密度、吸水率、饱水率，天然含水量，天然密度：102cm，加上锯、切、磨，如果每节25cm，需1.5m，抗拉30cm。抗剪50cm，共需2.3m或更多的岩样。因此，要注意试样的不均匀性。如果试样不够平行两块，1.7m样也可以.

第二节岩石工程特性指标的用途1．划分岩石强度类型岩质类型坚硬岩中硬岩较软岩软岩RS(MPa)>6060—3030—1515—5水电站岩质类型坚硬岩中等坚硬不坚硬岩软岩RS>9060—9030—60<30俄国岩石强度类型点荷载强度指数极坚硬很坚硬坚硬中硬软的很软极IS（50）MPa>1010—33—11—0.30.1~0.10.1~0.03<0.03英Franklin建设部2．围岩或岩体质量分类指标二、岩石工程特性指标的用途1）水电围岩或岩体质量分类

2)建设部岩体质量分类3）Z、T、BieniawskiRMR分类3．选择岩体强度二、岩石工程特性指标的用途岩块强度考虑连通率后，连通率在野外获得。岩体强度tg=tgr(1－k)+(tg0)K如果连通率K=60%，岩块tgr=1.7，摩擦tg0=0.8，tgm=1.164．可以间接选取岩体变形参数。后面讲。第一节岩体变形试验二岩体工程测试及参数评价一、刚性承压板试验

在基岩上修建各种大型建筑物，由于荷载量级很大（大的电站高坝可达50—70kg/cm2），在正向应力作用下将引起地基沉陷和沉陷差。为了预测建筑物的沉陷量及沉降差，必须获得各类岩体、厚大的弱面，各工程地质单元岩体的变形模量、弹性模量、泊松比。由于岩体的特殊性（具有一定的刚度、裂隙、试验需要较高的荷载及较大的面积），变形试验大多在现场、洞子中进行。一、刚性承压板试验二岩体工程测试及参数评价1．基本原理岩体变形试验仍然是以半无限空间弹性理论，用布民公式来获得变形参数（Boussniesq）。土力学中计算地基土的应力、变形已有应用了解。对于岩体，塑性变形此土要小一些，更接近实际。根据现场成果观测资料，在野外试面应满足基本的边界条件：即试点距洞底不小于2d，离两侧应为1.5d，d为承压板直径(一般50cm上下)。2．试验方法（1）设备①200~300T千斤顶一台②5cm厚，50cmd的承压板3—4块③加压油路、泵、系统④传力柱：=150mm或更大的厚壁管⑤工字钢或槽钢作表支架⑥千分、百分表6块

（2）安装如右图一、刚性承压板试验二岩体工程测试及参数评价（3）加压试验、观测记录①试验总压力为工程荷载的1.2倍；②将总荷载分5~10级。分级加载板面积×压力=总的压力÷千斤顶面积=千斤顶压力③加一级荷载前先将各表调零，然后加压至预定数，稳压。然后读数，分表读，一般6—8块表，然后每10分钟读一次，每两读数差比总位移小于0.05，可以认为稳定。如下图，一、刚性承压板试验二岩体工程测试及参数评价

稳定后如是求变模或载荷试验，可继续加压。如要获得弹模，则要求卸荷，用稳定的值获得弹性模量。如图，用We值获得表示弹性模量，不能恢复的为塑性变形-塑性模量。综合的为变形模量。试验可分为单循环和多级循环。单循环省时、较快，变形模量可靠。多级循环类似反复加载的情况。两者差值2—3%，最大不超过10%。3．成果整理按照试验获得曲线型来获取计算的资料（1）直线型坚硬均质岩体、碎裂岩体、变形、应力呈线性，可直接以每点的值来取。（2）上凹型、强化型、裂隙岩体，一般含裂隙的较好岩体均有此种情况。随应力增高，模量增高。要按应力取值，取全值也可以留有一定的安全系数。（3）下凹型破碎岩体、含软岩夹层的岩体、或性较软的岩体、屈服型、模量随应力减小，要根据荷载来取值。或取平均值。（4）长尾型上软、下硬的岩体、表部松弛的岩体，或洞子试件面清理松弛层不够，取值应去样前部位移量。（5）折尾型留有较好岩盖、或应力强化的表层，取值时延长，获得零点。此种是变模降低。一、刚性承压板试验二岩体工程测试及参数评价以上取值后，μ按经验值取：坚硬、完整0.22-0.24破碎岩体0.28-0.30裂隙岩体0.26-0.28软岩断层岩0.32~0.33二、动力法

二岩体工程测试及参数评价当弹性波在岩体中传播时，其动力参数:速度、振幅、频率很容易受到岩性、结构面、风化程度等地质因素的影响，反过来我们就可以借助弹性波波速的变化来了解岩体的一些特性，如弹性模量、单位弹性抗力系数，岩体的完整性、各种软弱层带在不同围压下的状态特征等。从击发装置和频率不一样，一般分地震波法及声波法，前者频率低。后者高，>20KHz，前者是通过换能器将电振荡能量转换为机械振动能量传给岩体，后者是通过爆破将能量传给岩体，但其基本理论是基于弹性体波动微分方程波速与弹性参数之间的关系，其：

（3） （2） （1）

将（1）代入（2）得（3）式，其中在野外横波是不易测的，此时可选用经验μ值，代替算出VS，再以VP来计算Ed。三、动静弹现场布点原则

二岩体工程测试及参数评价动模性模量是根据波速来决定的，由于岩体中存在较多的细微裂隙，不大影响弹性波传递，相反在静弹试验，加压时间长，细微裂隙反应明显，所以Ｅd>Es，其差别就要由岩体本身及岩石来决定，二者难以找到一个统一的关系。但动弹模测定快速范围大，经济。对于研究岩体的工程地质单元划分是非常有利的，所以不少单位常就一个工程区内，先在划分单元的基础上。分区作E0，然后测定波速，就能建立Vp－E0，Ed－E0，其Ed－ES的关系曲线，这对于评价各单元的参数是极为有利的。相反通过大致单元划分，在作Vp分区，再作E0，再划分，这样就能进行很好的工程地质分区。一般大型工程清基都控制在Vp4000-4500m/s，对于选择大的基础面是一种有效的方法。第二节岩体变形参数及取值方法

二岩体工程测试及参数评价一、变形参数取值二、岩体变形参数的用途三、岩体变形参数现场布点原则及取值单元划分四、岩体变形参数的选取一、变形参数取值1．变形模量1）利用现场变形试验成果取值，然后按各区的成果取值2）利用纵波速度（1）利用动、静模量关系式进行取值先建立：

E0=f(Vp)然后以各测点的波速代入取值。（2）直接以纵波速度代入经验公式获得E0Log(E0)=2.278log(Vp)-0.434

式中：E0——GPa=103MPa；Vp——km/s（3）在没有任何现场试验资料的情况下可以用岩石饱和挤压强度来选取变形参数。

E0=0.2453R0－3.13

2.泊松比

二岩体工程测试及参数评价泊松比在没有试验资料的情况下可以用变形模量值选择E0≥20GPa μ≤0.24E0=10―20GPa μ=0.24~0.26E0=5―10GPa μ=0.26~.28E0=2―5GPa μ=0.28~0.30E0=0.2~2GPa μ=0.30~0.333．弹性模量取值二岩体工程测试及参数评价1）根据现场试验选值2）利用Vp―E0关系式，E0~ES关系式取值3）实在没有，可按变模的2倍取值。二、趟岩体更变形锯参数迹的用床途二岩誓体工渠程测陵试及绞参数腰评价1．用宋于计筑算的券参数2．岩顶石风皆化程婆度的段划分用波耳速比风化谱程度即波速灿比新鲜1微风开化0.透8~菠1弱风志化（贝中风猾化）0.星6~仰0.闻8强风鞋化0.寒4~旦0.霞6全风膛化0.腿25见~0傻.41）用留变形膊模量专分类2）用辟纵波粒速度剩划分蜂岩体惨质量则类型约或围绪岩类妄型国内炕外用阅纵波旨速度馋对隧六道围错岩分觉类二、调岩体竭变形违参数刚的用报途二岩气体工毒程测按试及肆参数捆评价岩体质量类型质量变形模量(E0×104MPa)GPaⅠ类优>220Ⅱ类良2—120—10Ⅲ类中1—0.510—5Ⅳ类差0.5~0.25—2Ⅴ类劣.2~0.022—0.2等级类型日本岩石力学委员会西南铁科所水电部王思敬水电部成勘院Ⅰ优>50004000~6000>5500>5500Ⅱ良5000~40004000~30004500~55004000~50004500~5500Ⅲ中4000~30003500~20003500~50003000~40003500~4500Ⅳ差3000~20002500~10002000~40002000~35002000~3500Ⅴ劣<2000<1500<2500~2000<2000<20004）岩除体完亿整性房诚划分用(V匆pm灭/V辣pr苦)2=K耽v5）岩挎体结蚁构划龙分二、曲岩体良变形充参数盼的用艇途二岩订体工双程测解试及丈参数城评价岩体完整程度完整较完整完整性差较破碎破碎Kv1~0.750.75~0.450.45~0.250.25~0.1<0.1岩体结构类型整体块状块状次块状碎裂散体Vp范围>5.04000~50003000~40002000~3500<2000采用值25504500350027501500最小值5.0350025001500500三、稻岩体获变形车参数味现场绑布点俊原则脑及取巡寿值单散元划制分（一葵）布葡点原慕则或酿考虑厌的因击素1．根狼据岩猜石，安河谷之斜坡龟岩石肥风化2．根摆据岩切性布灶点3．考家虑构株造，埋大断吐层要枕专门考布点4．考缘瑞虑应屑力状陆态、吊荷载（二怖）取娘值单层元划礼分按上岔面考熄虑的梅因素乞对研权究地身段划渡分单庸位，榨一般低工程接将其阻划分猾成块志体单铺元。昌有了衔单元尊后，欧按单聚元布愈点，眉最后仪获得傍各单水元的治变形凶参数厘。这些葛单元令的试惕验，雷一部湿分可允以采缺用静诵弹，敲一部荡分可疫以采企用地堤震波专测来克解决隆。二岩稻体工岛程测统试及疑参数既评价一、资强度皆试验二岩狼体工菜程测叹试及分参数班评价岩体辩的抗洲剪强防度对课于完歇整岩灵体来隙讲不芬仅较高梯，而击且C值普第遍较旨大，狭而对间于软羡岩、草软弱今夹层准则C、值不蓬仅较文低，暂而且锻由于另其本允身的搜物理传性质淹，赋棵存条抵件不宴同，钩变化龄很大勒。而搞抗剪凑强度殃是我吊们在豪斜坡烘稳定秒、坝拢基稳砌定、煮以及戴地下剧洞室济稳定铜分析舞中不织可少劲的计率算参火数。情由于回岩体棉特定钓的赋悦存条宫件（么水应刮力状卵态）闭，开今展现卫场大捐剪试乎验，功是获赞及e、值的蚁重要铁途径翁。（一角）强缺度试察验二岩除体工钟程测独试及芳参数育评价1．目狠前抗玩剪试去验有刺的种金类1）岩目石或巷岩体吓与砼闭土之欧间的吵抗剪析试验按，此基项试您验是笼为了生了解块砼与筝岩石水间的啊抗剪抗强度品在砼逃坝/岩石窝间的尺表层极抗滑渠稳定或分析市中要构用。2）较轧完整笑岩体朱的抗然剪试尸验。慈岩体彼是由服结构召面+岩石衫构成潮，而为裂隙牵岩体孝径：气其中挑的裂刘隙不名是全厉连通籍的，怎这些康裂隙称没有杜连通枝的岩假体，哭他们显具有稍抗剪颜断强工度，驰由于摔岩石胶的C值，芝多在狠数十某公斤准，这泪对于圾稳定嚷分析令是一部个极失重要盏的值墓。因过此需赌要取怨得。3）软擦面、日弱面细的抗蒸剪试号验C、值低圾，而亦且随亿环境收条件寻变化氧，获娘取这转些参傅数列讯重要预。（一企）强群度试闻验二岩姐体工针程测歇试及岸参数望评价2．岩涉体抗色剪试凭验的体方法1）有集两种御平推饭法，滨产生骡应力拒分布音不均绿匀斜推受法：不晚脖控制层，随Q增加质产生贸分量广，对瓶应的要减觉一个耗值不铅易操津作2）具洗体试什验是盗制样4-么5块，腹分别携以不役同正娃应力卖剪损卫，然辈后求C、。3）单羽点法①蔽比例闷极限晨，某忙一试猴点加雾到比阅例极叉限后耀，加割大，再没作，1，再途作最踩后一谨级剪浸至破迁坏。②废临近蛙破坏仗法，畜剪切忍试体贸显著羽变形鹅，停钞止加鞋大n，再丸剪，恒停止环，取眠后一虫级剪飘坏③法单点芬摩擦剪断路破坏乓的试彻件，位然后钟在不决同上录应力夸下再秒剪，信单点氧法包茧线常患在峰虫值和抓残值佳的包汽线间烟。对亡于软偶层单拳点摩钱擦和纹多点猎试验贿其抗鼠剪强西度大鞋致相祝等（一伐）强办度试搂验二岩填体工馅程测尝试及覆参数字评价3．资每料整虑理（1）计屈算、（2）绘怪制—曲线（3）根拐据曲茅线，船分别亚计算扬比例尊值,屈服脱值，毒峰值珍，残垃余强融度二、刷岩体举强度雾参数签取值二岩萌体工遗程测勤试及圈参数棒评价1．用着现场挑试验栋成果挂进行朴取值1）先县进行淘单元竟划分迁，分疑不含荐大的颠弱面丧的岩召体和争弱面性，弱秀面必免须单庸独取教值。2）根班据各召单元鬼的大炮剪资恼料取朝值：（1）点恢群中理心法掌：将蜡每一紧单元半的大即剪试滨验资止料的骆各荷耍载等湾级下傻的、值放纲入座抗标系雅中，里每一罗组有4—纲5个点庸，无衰论是弦否在象一直羞一上赛，均著纳入痰点群疤中，烦然后针和点瓣群中圆心线俱，中防心线运的作趁法可圆以相怪关，编可以醉穿越冬点群麦中心粘作直促线，妻得到C值和值。所其值役可以续作为举本单亿元岩撞体的玩强度驻，但含获得信的这爱种强侦度参例数必绒须以昌岩体忍中硬久性结强构面脖的连死通率炊进行稳强度些修正划，修灰正的北值才烤能作北为建馅议值乔。（2）给杠定斜贯率法虑或优叶定斜常率法吴：此抗种方谋法是晃从日含本引益进的垂，其额方法脱是根梢据各决单元百各组处大剪榜的各忍级正琴应力肺，对肝应的破剪应需务的表点群水，作可下限扔的包骨线，朴再作柔平行蓄的上锅包线多，以俗下限堂值的C、作为读建议射指标台，此赔时不躺计岩假体连买通率获。二岩疫体工勉程测狗试及沫参数劫评价用纵沸波速讽度评坝价岩烧体强滔度1）用既纵波张速度呆评价敏岩体景强度企的理腐论分禽析用纵逮波速裙度评妇价岩答体的颗强度谎，目鸭前国盆内外迟尚没主有先鸭例，降能否杏用来浑评价陈岩体考的强懂度必拣须作效理论年上的是分析至。国内役外利烤用纵借波速选度对路岩体佩结构就、完筋整性外进行粘分类兄已有索较多安的应晒用。皱由于重岩体辨结构肢实质稿上反批映了之岩体畏的完障整性夺，而烈岩体终的完西整性凤又反增映了俭岩体颜的强钢度，敞因而伤能够络表征蔬岩体陕结构焰类型塘的纵皱波速亩度，智能够莲表征番岩体愿的强旨度。聋另一崖方面泳，地便震波艺在岩怕体中越传播盆遇到辰结构雁面时盖，发哈生波塑幅衰拼减、旷波速联降低碍，而紧岩体裁的强柴度同敞样受匹结构手面切排割程节度所吃控制总。这抬两种辣变化约都是韵由于叼岩体走中结录构面凑的存询在造凉成的故，因星此岩姨体纵偿波速沟度的蜡高低揪是可技以表谱征岩辣体强泽度的周高低俘的。再从社岩体云弹性分波速炭中的当纵波劣和横苹波来序分析登，纵号波为虎压缩王波，构它能登够表摧征岩肯体的共变形打特性长，而弊作为话剪切精波的返横波乔，直兽接与络岩体宴的强致度有烟关。用纵屯波速雾度评体价岩洒体强虏度它们挨间的饥关系后式为（4-并6）马（4-乓7）（4-剪8）椅（4-维9）式中婶：Ed携——动弹串性模厨量；Vp冲——纵波吗速度桨；Vs婶——横波销速度庄；——泊松验比；——岩石明密度木；G—碌—剪切岛模量聋。由式坏（4-扑6）—（4-划9）可厘以看棉出，笔无论Vp雨―V淋s、Vp羽―V伪s―均有疗内在羽的联拉系，辜在横葵波速发度不特易获腾得的厦情况雪下可舒以用炒纵波被速度献及其载它指到标来申获得滨岩体外剪切钟模量塑或了前解岩葬体的袭强度傲特征哀，因记此岩郑体的组强度方与横陪波速载度或女纵波驱速度黑应存虏在较涌好的晃相关立性。2建立高关系渴式f=追0.巴26宿37吼(Vp)大-0忧.0悟93C=讽3.捕79祸1L和og好(V塞p)胡-1