工程巖塊試驗(yàn).doc

工程巖塊（巖體、巖石）試驗(yàn)巖石試件應(yīng)符合下列要求：1、試樣應(yīng)在現(xiàn)場采取，不得使用爆破法；2、試樣在采取、運(yùn)輸、儲存和制備試件過程中，應(yīng)保持天然狀態(tài)，避免產(chǎn)生裂縫。3、試件最小尺寸應(yīng)大于組成巖石最大礦物顆粒直徑的10倍。（在物理和力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)中對巖石的尺寸和精度還另有要求）第一部分 巖石物理性質(zhì)試驗(yàn)一、巖石的含水率試驗(yàn)巖石的含水率是巖石在105-110溫度下烘至恒量時(shí)失去的水的質(zhì)量與巖石固體顆粒質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。巖石的含水率可間接地反映巖石中空隙的多少、巖石的致密程度等特性。實(shí)驗(yàn)時(shí)每個(gè)試件的質(zhì)量為40-200g，每組試驗(yàn)試件的數(shù)量為5個(gè)。1、試驗(yàn)步驟：、稱量試件烘干前的質(zhì)量；、將試件置于烘箱內(nèi)，在105-110下烘24h(對含結(jié)晶水易逸出礦物的巖石，一般采用烘干溫度為55-65【605】，或在常溫下采用真空抽氣干燥方法)；、將試件從烘箱中取出，放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱量烘干后的質(zhì)量。、稱量應(yīng)準(zhǔn)確至0.01g。2、計(jì)算:（應(yīng)精確至0.01。）巖石的含水率W=(M1-M2)100/msM1烘干前試件的質(zhì)量g;M2烘干后試件的質(zhì)量g;二、巖石的密度（顆粒密度）試驗(yàn)巖石顆粒密度是巖石在105-110溫度下烘至恒量時(shí)巖石固相顆粒質(zhì)量與其體積的比值。巖石的顆粒密度是選擇建筑材料、研究巖石風(fēng)化、評價(jià)地基基礎(chǔ)工程巖體穩(wěn)定性及確定圍巖壓力等必須的計(jì)算指標(biāo)。試驗(yàn)一般采用容積為100ml的短頸密度瓶進(jìn)行。顆粒密度試驗(yàn)的試件往往采用塊體密度試驗(yàn)后的試件粉粹成巖粉來完成。1、試驗(yàn)步驟：、制樣。將巖石用粉粹機(jī)粉粹成巖粉，使之全部通過0.25mm的篩孔，并用磁鐵吸去鐵屑；、將巖粉放在瓷皿內(nèi)，放入烘箱用105-110烘至恒重，烘干時(shí)間一般為6h-12h;、用四分法稱取烘干的巖粉兩份，每份15g（m1）,用漏斗灌入洗凈烘干的密度瓶中，注入試液（蒸餾水、對含水溶性礦物的巖石用煤油）至比重瓶容積的1/2處；、用蒸餾水為試液時(shí)，可用煮沸法或真空抽氣法排除氣體。當(dāng)使用煤油作試液時(shí)，應(yīng)采取真空抽氣法排除氣體；、將經(jīng)過排除氣體的密度瓶取出擦干，冷至室溫，再向密度瓶中注入排除氣體且同溫條件的試液至近滿，然后置于恒溫水槽（202）內(nèi)，待瓶內(nèi)溫度穩(wěn)定和上部懸液澄清后，塞好瓶塞，使多余試液溢出，從恒溫水槽內(nèi)取出比重瓶，擦干瓶外水分，立即稱量其質(zhì)量（m3）;、傾出懸液洗凈密度瓶，注入經(jīng)排除氣體并于試驗(yàn)同溫度的試液至比重瓶，再置于恒溫水槽（202）內(nèi)，待瓶內(nèi)溫度穩(wěn)定后，塞好瓶塞，使多余試液溢出，從恒溫水槽內(nèi)取出密度瓶，擦干瓶外水分，立即稱量其質(zhì)量（m2）。2、計(jì)算及結(jié)果整理（精確至0.01g/cm3）巖石的顆粒密度s(或t)=m1wt/(m1+m2-m3)t巖石的顆粒密度(g/cm3)m1烘干巖粉的質(zhì)量gm2密度瓶和試液的總質(zhì)量gm3密度瓶、試液和巖粉的總質(zhì)量gwt與試驗(yàn)同溫度試液的密度（g/cm3）。蒸餾水的密度由潔凈水與溫度的附表查的，煤油的密度按其它公式推算。本試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行兩次平行測定，測量差值不應(yīng)大于0.02，并取兩次測量的平均值。三、巖石的塊體密度（毛體積密度）試驗(yàn)巖石的塊體密度時(shí)巖石的質(zhì)量與巖石的體積之比。根據(jù)巖石的含水狀態(tài)，巖石的塊體密度分為天然密度、烘干密度和飽和密度。巖石的塊體密度（毛體積密度）是一個(gè)間接反映巖石致密程度、空隙發(fā)育程度的參數(shù)，也是評價(jià)工程巖體穩(wěn)定性及確定圍壓等必須計(jì)算的指標(biāo)。（一）、凡能制備成規(guī)則試件的各類巖石，宜采用量積法測定巖石的塊體密度。巖石試件應(yīng)符合下列要求：A、試件可采用圓柱體、方柱體或立方體；B、沿試件高度、直徑、或邊長的誤差不應(yīng)大于0.3mm；C、試件兩端面不平行誤差不應(yīng)大于0.05mm；D、試件端面應(yīng)垂直試件軸線，最大誤差不得大于0.25；E、方柱體或立方體試件相鄰兩面應(yīng)互相垂直，最大偏差不得大于0.25。F、試件尺寸應(yīng)大于巖石最大礦物顆粒直徑的10倍，最小尺寸不得小于50mm。（測濕密度每組試件應(yīng)為5個(gè)，干密度每組試件數(shù)量應(yīng)為3個(gè)）（二）、量積法測定巖石的塊體密度的步驟：、測量試件的直徑或邊長，按平均值計(jì)算截面積；、測量試件的高度，計(jì)算高度的平均值；、測定天然密度。巖樣開封后，保持天然濕度立即加工試件并稱量其濕質(zhì)量M0；（然后做單軸抗壓強(qiáng)度）、測定飽和密度。將加工的試件飽水使試件飽和，稱量其飽水后的質(zhì)量Ms；、測定干密度。將試件放入烘箱內(nèi)，控制在105-110溫度下，烘24h,取出放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱量烘干試件的質(zhì)量Md。、長度量測應(yīng)準(zhǔn)確至0.02mm，稱量應(yīng)準(zhǔn)確至0.01g。（三）、計(jì)算整理：(密度應(yīng)精確至0.01g/cm3)巖石塊體濕密度=Mo/V （Mo試件烘干前的質(zhì)量）巖石塊體飽和密度s=Ms/V （ms試件飽和后的質(zhì)量）巖石塊體干密度d=Md/V （md試件烘干后的質(zhì)量）巖石塊體濕密度與干密度之間的關(guān)系：d=/(1+0.01W)W巖石的天然含水率V試件的體積=A試件的截面積cm2Hcm試件的高度（四）、巖石的孔隙率的計(jì)算方法：精確至0.1%孔隙率n=（1-d/t）100d巖石的塊體干密度t巖石的密度（顆粒密度）一般新鮮的結(jié)晶巖類n小于3%；沉積巖的n較大為1-10%；有些膠結(jié)不良的砂礫巖n可達(dá)10-20%，甚至更大。5、蠟封法測定塊體密度見工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50266-2013）四、巖石的吸水性試驗(yàn)巖石的吸水率是巖石在大氣壓力和室溫條件下吸入水的質(zhì)量與巖石固體顆粒質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。采用自然浸水法測定。巖石的飽和吸水率是巖石在強(qiáng)制條件下的最大吸水量與巖石固體顆粒質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。采用煮沸法或抽真空法強(qiáng)制飽和后測定。巖石的吸水率和飽和吸水率能有效地反映巖石微裂隙的發(fā)育程度，可用來判斷巖石的抗凍和抗風(fēng)化等性能。（一）、試樣制備、規(guī)則試樣應(yīng)符合巖石塊體密度試樣（A-F）的要求；、不規(guī)則試樣應(yīng)采用40-60mm的渾圓狀巖塊；、每組試驗(yàn)試樣的數(shù)量應(yīng)為3個(gè)。（二）、試驗(yàn)步驟：、將試件放在溫度為105-110的烘箱內(nèi)，12h-24h烘至恒量，取出置于干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱其質(zhì)量Md,精確至0.01g。、測定吸水率時(shí)，將稱量后的試件放入水槽，先注水至試件1/4處，以后每隔2h分別注水至試件高度1/2、3/4處，6h后全部浸沒試件后再吸水48h，取出沾去表面水分后稱量，其質(zhì)量為Mog;、測定飽和吸水率時(shí)，將稱量后的試件放入水槽，注水至試件高度的一半，2h后，再加水浸沒試件，煮沸6h。煮沸的試件在原水槽中冷卻至室溫，取出沾去試件表面的水分后稱量，其質(zhì)量為Mp。、經(jīng)煮沸（或抽真空飽和）的試件應(yīng)在水中稱量裝置上稱量試件的質(zhì)量Mw。（三）、結(jié)果整理：(結(jié)果應(yīng)精確至0.01%)巖石的吸水率Wa=(M1-Md)100/Md巖石的飽和吸水率Wsa=(Mp-Md)100/Md巖石的塊體干密度d=Mdw/(Mp-Mw)巖石的密度（顆粒密度）s=Mdw/(Md-Ww)M1試件浸水48h后的質(zhì)量gMd烘干試件的質(zhì)量gMp試件經(jīng)強(qiáng)制飽和后的質(zhì)量gMw強(qiáng)制飽和試件在水中稱量的質(zhì)量gw潔凈水的密度（1.00g/cm3）(四)、巖石的飽水系數(shù)。（精確至0.01。）巖石的飽水系數(shù)Kw=Wa/Wsa巖石的飽水系數(shù)是評價(jià)巖石抗凍性的一種指標(biāo)，一般在0.5-0.8之間。巖石的飽水系數(shù)愈大，說明常壓下吸水后留余的空間有限，巖石更容易被凍脹破壞，因而，巖石的抗凍性就差。第二部分 巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)一、單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是測定巖石在無側(cè)限條件下，受軸向壓力作用破壞時(shí)，單位面積時(shí)所承受的荷載。巖石的單軸抗壓強(qiáng)度是反映巖石力學(xué)性質(zhì)的主要指標(biāo)之一，它在巖體工程分類、建筑材料選擇及工程巖體穩(wěn)定性評價(jià)計(jì)算中時(shí)必不可少的指標(biāo)。（一）、試件的制備及尺寸用鉆孔巖芯或巖塊能制成圓柱體的巖石，試件的尺寸和精度應(yīng)符合：、圓柱體試件的直徑宜為48-54mm;（50mm2mm）、試件的直徑應(yīng)大于巖石中最大顆粒直徑的10倍；、試件的高度與直徑之比宜為2-2.5；(高徑比2:1)、沿試件高度、直徑、或邊長的誤差不應(yīng)大于0.3mm；、試件兩端面不平行誤差不應(yīng)大于0.05mm；、試件端面應(yīng)垂直試件軸線，最大誤差不得大于0.25；同一含水狀態(tài)和同一加載方向下，每組試驗(yàn)試件的數(shù)量為3個(gè)。試驗(yàn)的含水狀態(tài)，可根據(jù)需要選擇天然含水狀態(tài)、飽和狀態(tài)或其它含水狀態(tài)，試件的烘干和飽和應(yīng)符合以上規(guī)定。沒有條件加工圓柱體時(shí)，允許采用方柱體試件，試件的高度與邊長之比為2.0-2.5，并在成果報(bào)告中說明。（二）、試驗(yàn)步驟、將試件置于試驗(yàn)機(jī)承壓板中心，調(diào)整球形座，使試件兩端面與試驗(yàn)機(jī)上下壓板接觸均勻；、以每秒0.5-1.0MPa的速度加載直至試件破壞，記錄破壞荷載及加載過程中試件的破壞等現(xiàn)象。（三）、試驗(yàn)成果整理1、巖石單軸抗壓強(qiáng)度R=PAR巖石單軸抗壓強(qiáng)度（MPa應(yīng)取3位有效數(shù)值；或精確至0.1）P破壞荷載(N)A試件截面積（精確至0.01mm2）2、巖石的軟化系數(shù)=RwRd軟化系數(shù)(精確至0.01)Rw巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值（MPa）Rd巖石烘干單軸抗壓強(qiáng)度平均值（MPa）含水狀態(tài)對巖石強(qiáng)度的影響稱軟化性，用軟化系數(shù)表示。（四）、影響巖石單軸抗壓強(qiáng)度大小的因素有兩方面：一方面是巖石的礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及含水狀態(tài)等；另一方面是試驗(yàn)條件，試樣形狀、大小、高徑比及加工精度、加荷速度等。1、石英巖、花崗巖、閃長巖等巖石強(qiáng)度較高（100-300MPa），頁巖、粘土巖、千枚巖等巖石強(qiáng)度較低(100MPa)；2、具有結(jié)晶連結(jié)的巖石比非結(jié)晶連結(jié)的巖石強(qiáng)度高，有細(xì)粒結(jié)構(gòu)的巖石比粗粒結(jié)構(gòu)的巖石強(qiáng)度高；孔隙度越大，巖石的密實(shí)度越低強(qiáng)度也越低。3、一般隨含水率增大巖石的強(qiáng)度降低。4、試驗(yàn)條件、試件尺寸（應(yīng)按工程不同確定試件尺寸）A、公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D63-2007）中，試件直徑為7CM-10CM,高度與直徑相同，在確定單樁軸向受壓容許承載力和樁嵌入基巖中的時(shí)，巖石單軸抗壓強(qiáng)度常采用天然濕度的巖石為含水狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)，主要原因在填入混凝土后，巖石不在與水接觸。B、公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG C30-2002）中，巖石樣品的尺寸應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)需要而定，一般最小直徑5CM,高徑比為13:1。C、橋梁工程中，所用石料的標(biāo)號由原來（20CM20CM20VM）的立方體試件改為（7CM7CM7CM）,采用飽和極限抗壓強(qiáng)度。D、道路建筑材料中天然石料的等級，對應(yīng)的尺寸是（5CM5CM5CM）立方體試件作飽和極限抗壓強(qiáng)度；而作為地基基礎(chǔ)的巖石試驗(yàn)，一般采用圓柱體，其直徑為50CM2CM, 高徑比為13:1。F、隧道圍巖分類中，飽和抗壓極限強(qiáng)度的試件，直徑為50CM2CM, 高徑比為2:1。G、作為砌體工程的石料試驗(yàn)，橋梁工程的單軸抗壓強(qiáng)度推薦邊長為70CM 2CM的試件為標(biāo)準(zhǔn)試件。H、路面工程巖石的單軸抗壓強(qiáng)度推薦邊長50CM2CM的立方體或直徑和高均為50CM2CM的圓柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件。（五）、當(dāng)試件無法制成標(biāo)準(zhǔn)要求的高徑比時(shí)，應(yīng)按下式進(jìn)行換算：（巖石的強(qiáng)度一般會隨著試件尺寸和高徑比的增大，強(qiáng)度降低。）R=8R/(7+2D/H)R標(biāo)準(zhǔn)高徑比試件的單軸抗壓強(qiáng)度（MPa）R任意高徑比試件的單軸抗壓強(qiáng)度（MPa）D試件直徑（精確至0.01mm）H試件高度（精確至0.01mm）（六）、巖石浸泡和飽水時(shí)，巖石中親水性及可溶性礦物質(zhì)會使巖石的強(qiáng)度降低。一般巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度是天然單軸抗壓強(qiáng)度的70%。二、巖石的直剪試驗(yàn)巖石的直剪試驗(yàn)時(shí)將同一類型的一組巖石試件，在不同法向荷載下進(jìn)行剪切，根據(jù)庫倫-奈維表達(dá)式確定巖石的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。本試驗(yàn)適用于巖石結(jié)構(gòu)面、巖石本身及混凝土或砂漿與巖石膠結(jié)面的直剪試驗(yàn)。目的是為了求出試件沿滑動面的正應(yīng)力與剪切面的關(guān)系，提供巖石基礎(chǔ)計(jì)算之依據(jù)。（一）、試件制備（試件數(shù)量每組不得少于5個(gè)）1、巖石試件：、巖石直剪試件的直徑或邊長不得小于50mm,試件高度應(yīng)與直徑或邊長相等。也可采用不規(guī)則試件。、試件須用高強(qiáng)度的鋼筋混凝土或鋼制外框包裹。在試件與外框之間必須填充密實(shí)，剪切縫宜控制在10mm左右。2、混凝土或砂漿與巖石膠結(jié)面試件、混凝土或砂漿與巖石膠結(jié)面試件規(guī)格應(yīng)為正方體，其邊長不小于150mm，混凝土或砂漿與巖石的接觸面應(yīng)位于試件中部。、擬澆注混凝土或砂漿的巖面起伏差，應(yīng)控制在邊長或直徑的1%-2%以內(nèi)。、在澆注混凝土或砂漿的同時(shí)，須制備3-6塊混凝土或砂漿標(biāo)號試件，用于檢查抗壓強(qiáng)度。、制備好的混凝土或砂漿與巖石膠結(jié)面直剪試件和混凝土或砂漿抗壓試件應(yīng)置與養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)（溫度203，相對濕度90%左右的條件下養(yǎng)護(hù)28d），試件達(dá)到規(guī)定的齡期湖進(jìn)行試驗(yàn)，同組試驗(yàn)應(yīng)在同一齡期下進(jìn)行。3、具有結(jié)構(gòu)面試件、試件應(yīng)盡量保持原狀結(jié)構(gòu)，防止結(jié)構(gòu)面被擾動。、巖石結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)試件的直徑或邊長不小于150mm，試件高度應(yīng)與直徑或邊長相等，結(jié)構(gòu)面應(yīng)位于試件中部。、對于價(jià)加工困難的巖樣允許采用不規(guī)則試件，試件須用高強(qiáng)度的混凝土包裹。在試件與外框之間必須填充密實(shí)，剪切縫宜控制在10mm左右。（二）、試驗(yàn)步驟1、試件安裝。將試件置于直剪儀上，試件與剪切盒內(nèi)壁之間的間隙以填料填實(shí)，使試件與剪切盒成為一個(gè)整體。2、法向荷載和剪切荷載的作用方向應(yīng)通過預(yù)定剪切的幾何中心。法向位移量表和水平位移量表應(yīng)對稱布置，各方向至少有一個(gè)量表。3、施加法向荷載。法向荷載最大值不宜小于預(yù)定的法向應(yīng)力（工程設(shè)計(jì)應(yīng)力或壓力），各試件的法向荷載宜根據(jù)最大法向荷載等差級數(shù)等分確定，分級數(shù)不應(yīng)少于5級。不需固結(jié)的試件法向荷載可一次施加完畢，立即測讀法向位移，5min后，再測讀一次，即可施加剪切荷載。（需固結(jié)的試件看國標(biāo)P26頁）4、施加剪切荷載。、按預(yù)估最大剪切荷載分8-12級，每級荷載施加后，