工程巖塊試驗

1、工程巖塊（巖體、巖石）試驗巖石試件應符合下列要求：1、試樣應在現(xiàn)場采取，不得使用爆破法；2、試樣在采取、運輸、儲存和制備試件過程中，應保持天然狀態(tài)，避免產(chǎn)生裂縫。3、試件最小尺寸應大于組成巖石最大礦物顆粒直徑的10倍。（在物理和力學性質(zhì)試驗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)試驗一、巖石的含水率試驗巖石的含水率是巖石在105-110溫度下烘至恒量時失去的水的質(zhì)量與巖石固體顆粒質(zhì)量的比值，以百分數(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。實驗時每個試件的質(zhì)量為40-200g，每組試驗試件的數(shù)量為5個。1、試驗步驟：、稱量試件烘干前的質(zhì)量；、將試件置于

2、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【60±5】，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。、稱量應準確至0.01g。2、計算:（應精確至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）試驗巖石顆粒密度是巖石在105-110溫度下烘至恒量時巖石固相顆粒質(zhì)量與其體積的比值。巖石的顆粒密度是選擇建筑材料、研究巖石風化、評價地基基礎工程巖體穩(wěn)定性及確定圍巖壓力等必須的計算指標。試驗一般采用容積為100

3、ml的短頸密度瓶進行。顆粒密度試驗的試件往往采用塊體密度試驗后的試件粉粹成巖粉來完成。1、試驗步驟：、制樣。將巖石用粉粹機粉粹成巖粉，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，可用煮沸法或真空抽氣法排除氣體。當使用煤油作試液時，應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

4、近滿，然后置于恒溫水槽（20±2）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)排除氣體并于試驗同溫度的試液至比重瓶，再置于恒溫水槽（20±2）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、計算及結(jié)果整理（精確至0.01g/cm3）巖石的顆粒密度s(或t)=m1×wt/(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

5、gwt與試驗同溫度試液的密度（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。本試驗應進行兩次平行測定，測量差值不應大于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）試驗巖石的塊體密度時巖石的質(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)，也是評價工程巖體穩(wěn)定性及確定圍壓等必須計算的指標。（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

6、度、直徑、或邊長的誤差不應大于0.3mm；C、試件兩端面不平行誤差不應大于0.05mm；D、試件端面應垂直試件軸線，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互相垂直，最大偏差不得大于0.25°。F、試件尺寸應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為5個，干密度每組試件數(shù)量應為3個）（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，按平均值計算截面積；、測量試件的高度，計算高度的平均值；、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；（然后做單軸抗壓強度）、測定飽和密度。將加工

7、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。、長度量測應準確至0.02mm，稱量應準確至0.01g。（三）、計算整理：(密度應精確至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cm2×Hcm試件的高度（四）、巖石的孔隙率的計算方法

8、：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10-20%，甚至更大。5、蠟封法測定塊體密度見工程巖體試驗方法標準（GB/T50266-2013）四、巖石的吸水性試驗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，以百分數(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，以百分數(shù)表示。采用煮沸法或抽真空法強制飽和后測定。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

9、來判斷巖石的抗凍和抗風化等性能。（一）、試樣制備、規(guī)則試樣應符合巖石塊體密度試樣（A-F）的要求；、不規(guī)則試樣應采用40-60mm的渾圓狀巖塊；、每組試驗試樣的數(shù)量應為3個。（二）、試驗步驟：、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，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，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

10、。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=Md×w/(Mp-Mw)巖石的密度（顆粒密度）s=Md×w/(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)強制飽和后的質(zhì)量gMw強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

11、0.01。）巖石的飽水系數(shù)Kw=Wa/Wsa巖石的飽水系數(shù)是評價巖石抗凍性的一種指標，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 巖石力學性質(zhì)試驗一、單軸抗壓強度試驗巖石單軸抗壓強度試驗是測定巖石在無側(cè)限條件下，受軸向壓力作用破壞時，單位面積時所承受的荷載。巖石的單軸抗壓強度是反映巖石力學性質(zhì)的主要指標之一，它在巖體工程分類、建筑材料選擇及工程巖體穩(wěn)定性評價計算中時必不可少的指標。（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符合：、圓柱體試件的直徑宜為48-54mm;（5

12、0mm±2mm）、試件的直徑應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、或邊長的誤差不應大于0.3mm；、試件兩端面不平行誤差不應大于0.05mm；、試件端面應垂直試件軸線，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，每組試驗試件的數(shù)量為3個。試驗的含水狀態(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符合以上規(guī)定。沒有條件加工圓柱體時，允許采用方柱體試件，試件的高度與邊長之比為2.0-2.5，并在成果報告中說明。（二）、試驗步驟、將試件置于試驗機承壓板中心，調(diào)整球形座，

13、使試件兩端面與試驗機上下壓板接觸均勻；、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）、試驗成果整理1、巖石單軸抗壓強度R=P÷AR巖石單軸抗壓強度（MPa應取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)=Rw÷Rd軟化系數(shù)(精確至0.01)Rw巖石飽和單軸抗壓強度平均值（MPa）Rd巖石烘干單軸抗壓強度平均值（MPa）含水狀態(tài)對巖石強度的影響稱軟化性，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

14、面是試驗條件，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、閃長巖等巖石強度較高（100-300MPa），頁巖、粘土巖、千枚巖等巖石強度較低(100MPa)；2、具有結(jié)晶連結(jié)的巖石比非結(jié)晶連結(jié)的巖石強度高，有細粒結(jié)構(gòu)的巖石比粗粒結(jié)構(gòu)的巖石強度高；孔隙度越大，巖石的密實度越低強度也越低。3、一般隨含水率增大巖石的強度降低。4、試驗條件、試件尺寸（應按工程不同確定試件尺寸）A、公路橋涵地基與基礎設計規(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，巖石單軸抗壓強度常采用天然濕度的巖石為含水狀態(tài)進行試驗

15、，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計規(guī)范（JTG C30-2002）中，巖石樣品的尺寸應根據(jù)試驗需要而定，一般最小直徑5CM,高徑比為13:1。C、橋梁工程中，所用石料的標號由原來（20CM×20CM×20VM）的立方體試件改為（7CM×7CM×7CM）,采用飽和極限抗壓強度。D、道路建筑材料中天然石料的等級，對應的尺寸是（5CM×5CM×5CM）立方體試件作飽和極限抗壓強度；而作為地基基礎的巖石試驗，一般采用圓柱體，其直徑為50CM±2CM, 高徑比為13:1。F、隧道圍巖分類中，飽和抗壓極

16、限強度的試件，直徑為50CM±2CM, 高徑比為2:1。G、作為砌體工程的石料試驗，橋梁工程的單軸抗壓強度推薦邊長為70CM 2CM的試件為標準試件。H、路面工程巖石的單軸抗壓強度推薦邊長50CM±2CM的立方體或直徑和高均為50CM±2CM的圓柱體作為標準試件。（五）、當試件無法制成標準要求的高徑比時，應按下式進行換算：（巖石的強度一般會隨著試件尺寸和高徑比的增大，強度降低。）R=8R/(7+2D/H)R標準高徑比試件的單軸抗壓強度（MPa）R任意高徑比試件的單軸抗壓強度（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

17、飽水時，巖石中親水性及可溶性礦物質(zhì)會使巖石的強度降低。一般巖石的飽和單軸抗壓強度是天然單軸抗壓強度的70%。二、巖石的直剪試驗巖石的直剪試驗時將同一類型的一組巖石試件，在不同法向荷載下進行剪切，根據(jù)庫倫-奈維表達式確定巖石的抗剪強度參數(shù)。本試驗適用于巖石結(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。目的是為了求出試件沿滑動面的正應力與剪切面的關系，提供巖石基礎計算之依據(jù)。（一）、試件制備（試件數(shù)量每組不得少于5個）1、巖石試件：、巖石直剪試件的直徑或邊長不得小于50mm,試件高度應與直徑或邊長相等。也可采用不規(guī)則試件。、試件須用高強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

18、密實，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位于試件中部。、擬澆注混凝土或砂漿的巖面起伏差，應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，須制備3-6塊混凝土或砂漿標號試件，用于檢查抗壓強度。、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置與養(yǎng)護室內(nèi)進行養(yǎng)護（溫度20±3，相對濕度90%左右的條件下養(yǎng)護28d），試件達到規(guī)定的齡期湖進行試驗，同組試驗應在同一齡期下進行。3、具有結(jié)構(gòu)面試件、試件應盡量保持原狀結(jié)構(gòu)，防止結(jié)構(gòu)面被擾動

19、。、巖石結(jié)構(gòu)面直剪試驗試件的直徑或邊長不小于150mm，試件高度應與直徑或邊長相等，結(jié)構(gòu)面應位于試件中部。、對于價加工困難的巖樣允許采用不規(guī)則試件，試件須用高強度的混凝土包裹。在試件與外框之間必須填充密實，剪切縫宜控制在10mm左右。（二）、試驗步驟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，使試件與剪切盒成為一個整體。2、法向荷載和剪切荷載的作用方向應通過預定剪切的幾何中心。法向位移量表和水平位移量表應對稱布置，各方向至少有一個量表。3、施加法向荷載。法向荷載最大值不宜小于預定的法向應力（工程設計應力或壓力），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P26頁）4、施加剪切荷載。、按預估最大剪切荷載分8-12級，每級荷載施加后，立即測讀剪切位移和