原位測試：第六章 巖石點(diǎn)荷載實(shí)驗(yàn)

1、2022/7/191內(nèi)容安排第一章：載荷實(shí)驗(yàn)；第二章：動(dòng)力觸探；第三章：靜力觸探； 第四章：十字板剪切實(shí)驗(yàn)； 第五章：旁壓實(shí)驗(yàn)；第六章：巖石點(diǎn)荷載實(shí)驗(yàn) ；第七章：扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)；2022/7/192第六章 巖石點(diǎn)荷載實(shí)驗(yàn) 概述；基本原理和用途；儀器組成；試樣的準(zhǔn)備；實(shí)驗(yàn)步驟；資料的整理；思考題；2022/7/193第一節(jié) 概述測試方法的意義：發(fā)展歷程；優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)；2022/7/194測試方法的意義直接測定脆性巖石的抗拉強(qiáng)度很困難。脆性巖石在點(diǎn)荷載作用下發(fā)生的破壞具有明顯的拉斷特征。2022/7/195點(diǎn)荷載實(shí)驗(yàn)的發(fā)展歷程20世紀(jì)30年代已經(jīng)探索，但理論不完善；20世紀(jì)60年代，由于生產(chǎn)大規(guī)模需要

2、，點(diǎn)荷載的研究有很大進(jìn)展，解決了理論問題。使用范圍還推廣到混凝土的測定。1972年，國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)發(fā)表文件，推廣應(yīng)用點(diǎn)荷載實(shí)驗(yàn)，并1985年國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)測試方法委員會(huì)起草并發(fā)表了有關(guān)規(guī)程。2022/7/196優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)；優(yōu)點(diǎn)：（1）小型輕便，便于攜帶，能在現(xiàn)場進(jìn)行測試。因?yàn)橥ㄟ^平臺(tái)的球端部分對(duì)試樣加荷，接觸面積很小，使試樣破壞所需的總荷載比常規(guī)的抗壓實(shí)驗(yàn)所需的小得多。（2）試樣不需要機(jī)械加工，大大降低成本，縮短實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。（3）可測定強(qiáng)風(fēng)化巖石和低強(qiáng)度的巖石。（4）測試的數(shù)量大；缺點(diǎn)：測試數(shù)據(jù)之間相差大（分散）。2022/7/197基本原理和用途基本原理：將試樣放置在上下2個(gè)球端圓臺(tái)狀的

3、加荷錐之間，對(duì)試樣施加集中荷載，直至試樣破壞。通過計(jì)算求得試樣的點(diǎn)荷載強(qiáng)度。用途：（1）對(duì)巖石進(jìn)行分類；（2）對(duì)巖石的各向異性進(jìn)行測定；（3）測定巖石的單軸抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度2022/7/198點(diǎn)荷載儀器圖片2022/7/199大型抗壓強(qiáng)度儀器大型巖石塊抗壓強(qiáng)度儀器2022/7/1910強(qiáng)度測試巖芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試2022/7/1911加工好的巖芯樣2022/7/1912第3節(jié) 儀器組成加荷框架：由底座、2個(gè)立柱和一個(gè)橫梁組成；橫梁可沿立柱上下移動(dòng)。加荷錐（球端圓臺(tái)狀壓板）：錐頂角為600，半徑為5mm。錐頭由碳化鎢、硬化鋼等硬材料制造。油泵：一般采用手搖液壓式。千斤頂：測量工具：油壓表（也

4、可用傳感器數(shù)字顯示）、距離測量工具。2022/7/1913油壓表2022/7/1914第4節(jié) 試樣的準(zhǔn)備分組：同層位的為1組，每組15個(gè)樣以上；對(duì)于各向異性明顯的巖樣，還需要進(jìn)一步細(xì)分為2個(gè)亞組：平行結(jié)構(gòu)面的和垂直結(jié)構(gòu)面的；試樣尺寸要求：2L W D；形狀要求：加荷點(diǎn)的巖面不宜過分凹凸不平或傾斜。如是，可用地質(zhì)錘稍加修飾。含水量：根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)定；2022/7/1915第5節(jié) 實(shí)驗(yàn)步驟巖芯徑向試驗(yàn)（1）測量試樣的尺寸。要求巖芯試樣的長度/直徑比1.0；（2）將試樣放入實(shí)驗(yàn)機(jī)，并將巖芯緊密接觸加荷錐頭，且保證接觸點(diǎn)和靠近自由端的距離L至少為巖芯直徑的1/2；（3）記錄加荷錐頭與試樣接觸點(diǎn)之間的距離

5、D，誤差不得超過 2%。（4）勻速加荷，使試樣在10-60s內(nèi)發(fā)生破壞，并記錄破壞荷載P。如果破壞面僅經(jīng)過一個(gè)荷載點(diǎn)，那么就認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)無效。（5）如果有效實(shí)驗(yàn)低于10個(gè)，應(yīng)取備用的試樣，按上述步驟再接著做。2022/7/1916實(shí)驗(yàn)步驟巖芯軸向試驗(yàn)（1）測量試樣的尺寸。要求巖芯樣的長度/直徑比=0.3-1.0；（2）將試樣放入實(shí)驗(yàn)機(jī)，并沿垂直巖芯端面緊密接觸加荷錐頭，使接觸點(diǎn)處在巖芯中間位置；（3）記錄加荷錐頭與試樣接觸點(diǎn)之間的距離D，誤差不得超過 2%。記錄垂直于荷載方向上試樣的寬度W，誤差不得超過 5%。（4）勻速加荷，使試樣在10-60s內(nèi)發(fā)生破壞，并記錄破壞何載P。如果破壞面僅經(jīng)過一

6、個(gè)荷載點(diǎn)，那么就認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)無效。（5）如果有效實(shí)驗(yàn)低于10個(gè)，應(yīng)取備用的試樣，按上述步驟再接著做。2022/7/1917無效試驗(yàn)斷面不同時(shí)經(jīng)過2個(gè)加荷點(diǎn)：2022/7/1918無效試驗(yàn)2022/7/1919有效實(shí)驗(yàn)雖斷為3塊，但都經(jīng)過2個(gè)加荷點(diǎn)：2022/7/1920有效實(shí)驗(yàn)2022/7/1921實(shí)驗(yàn)步驟塊體試驗(yàn)（1）測量試樣的尺寸。要求D/W=0.3-1.0，接近1.0更好；加荷點(diǎn)距塊體端部的距離L0.5W.（2）將試樣放入實(shí)驗(yàn)機(jī)，使加荷錐頭與塊體的最小尺寸處緊密接觸，且要遠(yuǎn)離邊角。（3）記錄加荷錐頭與試樣接觸點(diǎn)之間的距離D，誤差不得超過2%。記錄垂直于荷載方向上試樣的寬度W，誤差不得超過

7、 5%。如果塊體不平行，W按下式進(jìn)行計(jì)算：（W1+W2）/2計(jì)算。（4）勻速加荷，使試樣在10-60s內(nèi)發(fā)生破壞，并記錄破壞何載P。如果破壞面僅經(jīng)過一個(gè)荷載點(diǎn)，那么就認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)無效。（5）如果有效實(shí)驗(yàn)低于10個(gè)，應(yīng)取備用的試樣，按上述步驟再接著做。2022/7/1922實(shí)驗(yàn)步驟各向異性巖樣試驗(yàn)（1）測量試樣的尺寸。使之形狀和尺寸符合上面的條件。一般在平行和垂直各向異性平面方向測試。 （其它步驟略）2022/7/1923第5節(jié) 資料整理按JSRM進(jìn)行的（1）首先根據(jù)公式 計(jì)算出每個(gè)試樣的未修正前的點(diǎn)荷載強(qiáng)度Is。 式中： Is為未修正的點(diǎn)荷載強(qiáng)度； P為試樣在點(diǎn)荷載作用下破壞時(shí)的總荷載； De

8、為等效巖心直徑；對(duì)于不規(guī)則塊體， De2=4A/，破壞面的面積A=DW；2022/7/1924第5節(jié) 資料整理按JSRM進(jìn)行式A=DW中：D為作用在兩加荷錐頭之間的距離(m)；A為通過加荷點(diǎn)的最小斷面的面積。W為通過兩加荷點(diǎn)的試樣最小截面上垂直于加荷軸的平均寬度。（2）尺寸修正：因?yàn)镮s的大小與De有關(guān)。為了得到巖石樣統(tǒng)一的點(diǎn)荷載強(qiáng)度值，必須進(jìn)行修正為Is(50)。即D=50mm的徑向點(diǎn)荷載強(qiáng)度。2022/7/1925尺寸的修正方法（1）直接用D=50mm的試樣進(jìn)行徑向?qū)嶒?yàn)。（2）繪制PDe2的關(guān)系曲線，然后用內(nèi)插法或外推法得到De2 =2500mm2的P50。再按P50 /502計(jì)算出尺寸修

9、正后的Is(50)。（3）當(dāng)試樣比較破碎，無法進(jìn)行D=50mm的試樣測試或繪制PDe2的關(guān)系曲線時(shí)，可用下式進(jìn)行修正：Is(50)=F IsF為“尺寸修正系數(shù)”。用公式F=（De/50）0.45計(jì)算出；也可用 計(jì)算得到。 2022/7/1926資料整理按國內(nèi)點(diǎn)荷載強(qiáng)度國內(nèi)點(diǎn)荷載強(qiáng)度公式：P為破壞荷載；PLS為點(diǎn)荷載強(qiáng)度，為試樣單位面積上所能承受的最大荷載；Af試樣的破壞面的面積（ Af =DLf）；D加荷點(diǎn)之間的距離；Lf 為破壞面上垂直于加荷軸的平均長度(m);2022/7/1927資料整理計(jì)算平均值選有效實(shí)驗(yàn)10個(gè)以上的試樣數(shù)據(jù)（Is(50)或PLS值）；去除2個(gè)最大值和2個(gè)最小值，然后求

10、剩下的算術(shù)平均值： Is(50)或PLS；2022/7/1928資料整理計(jì)算巖石的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度巖石的抗拉強(qiáng)度：或 巖石的單軸抗壓強(qiáng)度：或以上各式中的Is(50)或PLS均為每組樣的平均值。2022/7/1929巖石的分類轉(zhuǎn)換式按飽和單軸抗壓強(qiáng)度Rc分類：堅(jiān)硬巖：Rc60 較硬巖：60 Rc 30 較軟巖： 30 Rc 15軟巖： 15 Rc 5極軟巖： Rc 5 2022/7/1930資料整理計(jì)算巖石的各向異性指數(shù)如果是進(jìn)行各向異性試驗(yàn)。求巖石各向異性指數(shù)Ia(50)方法為：式中， 為垂直結(jié)構(gòu)面方向的點(diǎn)荷載強(qiáng)度平均值（每組）；式中， 為平行結(jié)構(gòu)面方向的點(diǎn)荷載強(qiáng)度平均值（每組）；2022/

11、7/1931第6節(jié) 實(shí)驗(yàn)前記錄內(nèi)容對(duì)每組試樣，應(yīng)記錄下列內(nèi)容：（1）巖石的類型、名稱，產(chǎn)地及試樣數(shù)量。（2）使試樣具有各向異性結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)和原地方位。（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)巖樣的含水率資料，或試樣的處理方式（天然的，風(fēng)干的或飽水的） （4）加荷方向：是垂直結(jié)構(gòu)面還是平行？斜交的還是未知的？對(duì)于巖心樣，是徑向的還是軸向的？2022/7/1932實(shí)驗(yàn)時(shí)記錄的內(nèi)容按記錄表格式。 每個(gè)試樣的記錄數(shù)據(jù)內(nèi)容有：（1）加荷點(diǎn)間距D；（2）壓力表讀數(shù)；（3）破壞面的寬度Lf ；（4）破壞面的面積：Af=DLf; （5）PLS=P/Af;（6）試樣的破壞特征；2022/7/1933計(jì)算題 直徑為50mm，長為70mm的標(biāo)準(zhǔn)巖石試件，進(jìn)行徑向點(diǎn)荷載試驗(yàn)強(qiáng)度，測得破壞時(shí)極限荷載為4000 N，破壞瞬間加荷點(diǎn)未發(fā)生貫入現(xiàn)象，試判斷該巖石的堅(jiān)硬程度。 2022/7/1934解答過程解：點(diǎn)荷載強(qiáng)度為： 查規(guī)范表得知，該巖石屬于較硬巖。 2022/7/1935思考題（1）點(diǎn)荷載的優(yōu)點(diǎn)？（2）每組試樣至少需要準(zhǔn)備 塊？準(zhǔn)備試樣時(shí)需要記錄什么內(nèi)容？（3