《水利水電工程巖石試驗規(guī)程條文說明》

1總則

1.0.l巖石力學試驗及及其測試技術是巖石力學理論及其工程應用研究的基礎。我國水利水電工程

中的巖石力學試驗研究工作最早起步于1958年三峽工程的巖石力學試驗研究工作。近半個世紀以來，

巖石力學試驗及其測試技術的研究為解決我國水利、能源、交通、礦山、人防和鐵道等領域工程中

的巖石力學問題作出了重大貢獻。1981年電力工業(yè)部和水利部頒發(fā)的DLJ204—81、SLJ—81《水利

水電工程巖石試驗規(guī)程》及1992年頒布的DL5006—92《水利水電工程巖石試驗規(guī)程（補充部分〉》

首次對水利水電工程巖石試驗方法進行了統(tǒng)一和規(guī)范。2001年，以長江科學院作為主編單位編制的

SL264-2001《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》按現(xiàn)代《水利水電技術標準編寫規(guī)定》（SL01-97）對當

時水利水電工程涉及的巖石力學試驗新經(jīng)驗、新方法、新技術等進行了系統(tǒng)總結和歸納。該規(guī)程的

制定與頒布，對以三峽工程為代表的中國水利水電工程建設進入世界領先水平起到重要技術支撐作

用，同時對交通、鐵路、礦山及核電等領域的巖石力學試驗技術的發(fā)展，也起到了重要示范作用。

當前，水利水電工程開發(fā)向西部等復雜地質條件發(fā)展，以深埋長隧洞工程建設為代表的水資源

配置工程建設正處于高峰建設期，高地震烈度地區(qū)建設引起的巖石力學動力問題、高地應力、復雜

應力路徑條件下的巖石試驗及復雜工程巖體觀測技術等為復雜條件水利水電工程建設提出了新挑戰(zhàn)。

另一方面，巖石力學試驗儀器及原位觀測設備發(fā)展迅速，高圍壓、電液伺服、計算機自動采集、滾

軸絲杠加載等先進原理及技術的發(fā)展，為進一步推動巖石力學試驗技術的發(fā)展奠定了基礎。

SL264-2001《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》已頒布15年，總結該規(guī)程實施以來的應用實踐，通過對

原規(guī)程進行修訂，適當調整并納入一些有針對性的新的試驗技術，對推動巖石力學理論及試驗技術

在工程中的應用，解決水利水電工程建設面臨的新的技術挑戰(zhàn)以及提高試驗成果質量等具有重要意

義。

1.0.2本條進一步明確了水利水電工程巖石試驗規(guī)程的適用范圍。

1

3基本規(guī)定

3.0.2水利水電工程勘察設計分為規(guī)劃、可行性研究、初步設計、招標設計和施工詳圖設計共五個階

段，是根據(jù)GB50487水利水電工程地質勘察規(guī)范》中的階段劃分而定的。在GB50287《水電發(fā)

電工程地質勘察規(guī)范》中，將水電工程的勘察設計分為規(guī)劃、預可行性研究、可行性研究、招標設

計及施工詳圖設計共五個階段，在執(zhí)行本規(guī)程時，可參考使用。

3.0.5巖石試驗大綱是試驗工作的實施計劃。在編制試驗大綱前宜進行現(xiàn)場踏勘，以便制定符合實

際的試驗實施計劃。

巖石試驗工作是與地質勘察和設計方案緊密相聯(lián)的，隨著地質問題的不斷揭露和設計方案的不

斷完善，調整試驗布置和工作量更加有利于結合實際，并深入解決工程問題，困此，本條作了允許

調整試驗大綱內(nèi)容的規(guī)定。

3.0.13進行巖體抗剪強度試驗時，其試點的環(huán)境條件和巖性應與實際工程建筑物區(qū)的環(huán)撞條件和巖

性相似，即受力狀態(tài)與受力方向應一致，飽水或浸水狀態(tài)應相似，巖體性狀應相似。

3.0.19試驗報告應包括下列內(nèi)容:

1.報告正文包括試驗目的、試驗內(nèi)容、工程概況、工程地質條件、主要巖石力學問題、試驗布

置、試驗方法、試驗數(shù)量、試驗成果整理與分析、試驗最佳值及主要結論等。

2.報告附圖包括地質圖、試驗洞（坑、槽〉或露頭的展示圖、鉆孔柱狀圖、試件或試點（體〉

地質素描圖、試驗布置圖、試驗安裝圖、試驗成果曲線等。

3.報告編寫、校核及逐級審核人員簽名。

2

4巖塊物理性質試驗

4.1含水率試驗

4.1.1巖石含水率是試件在105℃~110℃溫度下烘至恒量時所失去水的質量與試件干質量的比值，

以百分數(shù)表示。對于不易成型的較松散或松散巖石可采用帶有密封蓋的試樣盒進行測定。

4.1.2為與國家標準GB/T50266保持一致，本條3款試件質量修訂為40g~200g。

4.1.4根據(jù)目前試驗天平感量普遍所能達到的水平，本條將試驗天平的感量由0.01g修訂為0.001g。

4.1.5本條規(guī)定巖石含水率試驗采用稱量控制，規(guī)定具體操作應將試件反復烘干至稱量達到恒量。

4.2吸水性試驗

4.2.1自由吸水法是指試件在大氣壓力和室溫條件下吸水的方法。巖石自然吸水率是采用自由吸水法

吸入的最大吸水量與試件固體質量的比值，以百分數(shù)表示。巖石飽和吸水率是試件在強制飽和狀態(tài)

下的最大吸水量與試件固體質量的比值，以百分數(shù)表示。

4.2.2試件形態(tài)對巖石吸水率的試驗成果有影響，這和試件與水的接觸面積的大小有很大關系。本條

規(guī)定吸水性試驗試件宜采用規(guī)則形狀，只有當試件制備有困難時，才允許采用不規(guī)則試件。對不規(guī)

則試件除了要求采用渾圓形試件外，還有一定的質量要求，以保證試驗成果的精度。參照國內(nèi)試驗

單位普遍采用的試件尺寸及要求，本條將規(guī)則試件高徑比宜為2.0~2.5修訂為高度為20mm~30mm。

4.2.5考慮到國內(nèi)西藏、青海等地區(qū)大氣壓力明顯偏低，參照國標GB/T50266的要求，本條4款將

真空抽氣法的壓力表讀數(shù)由100kPa修訂為當?shù)卮髿鈮褐怠?/p>

4.2.6巖石飽水系數(shù)是水利水電工程較常用的水理性指標，本條增加了飽水系數(shù)的計算公式。

4.3顆粒密度試驗

4.3.1巖石顆粒密度是巖石固相物質的質量與體積的比值。本規(guī)程仍推薦比重瓶法和水中稱量法。

比重瓶法為基本方法，但比重瓶法操作較煩瑣，不宜作大量的試驗。水中稱量法具有可用不規(guī)則試

件、操作簡便、可同時測定巖石的顆粒密度、塊體密度、吸水率、飽和吸水率等物理指標的優(yōu)點。

由于水不可能完全充滿巖石中的閉合裂隙，致使水中稱量法測定的顆粒密度略偏小，但對于中小型

水利工程以及大型工程的可行性階段甚至初設階段都是可以滿足精度要求的。

4.3.2試件可采用塊體密度試驗后的試件巖粉，旨在減少巖石不均勻性的影響。實測資料表明，采

用粉碎后最大粒徑1mm的巖粉，對試驗成果影響甚微。本條規(guī)定巖粉必須全部通過0.25mm篩孔，是

參照了國內(nèi)外的現(xiàn)行規(guī)定。

4.3.3本條說明參見本規(guī)程4.2.2條文說明。

4.3.6采用比重瓶法測定顆粒密度時，巖粉的烘干時間可根據(jù)不同巖石而定。根據(jù)經(jīng)驗，堅硬巖類一

般6h~8h，粘土巖類8h~10h，本條規(guī)定，烘干時間不少于6h。

考慮到各地的大氣壓不一致，與國標gbt5GB/T50266一致，真空抽氣法的壓力表讀數(shù)修改為當?shù)卮?/p>

氣壓值。

3

4.4塊體密度試驗

4.4.1巖石塊體密度是巖石試件質量與試件體積的比值。根據(jù)巖石含水狀態(tài)，巖石塊體密度可分為

天然密度、干密度和飽和密度。選擇試驗方法時應主要考慮試件制備的難度和水對巖石的影響。密

封法試驗當以石蠟為密封材料時，由于石蠟的融點較高，在蠟封過程中會引起試件含水率的變化，

同時試件也會產(chǎn)生干縮，這將影響巖石天然含水率和塊體密度計算的準確性。而高分子樹脂膠是在

常溫下的涂料，密封過程中不會引起試件含水率和試件體積的變化。因此，對于干縮濕脹的巖石宜

采用高分子樹脂膠密封試件來測定巖石的塊體密度。

4.4.2采用量積法測定巖石塊體密度時，可與巖石單軸抗壓強度試驗共用一個試件，同時這還有利于

建立巖石物理指標與力學指標之間的關系。

4.4.11高分子樹脂膠可按質量比配制，聚氯乙烯樹脂和環(huán)己酮之比為1:4先將粉末狀的樹脂倒入

磨口玻璃瓶內(nèi)，然后再將環(huán)己酮加入，用玻璃棒攪拌均勻，蓋好瓶口，待粉末完全溶解呈透明狀膠

液后即可使用。

4.4.12巖石孔隙率是水利水電工程較常用的巖石物理性指標，本條增加了巖石孔隙率的計算公式。

石蠟的密度采用水中稱量法測定。高分子樹脂涂料的密度，可按涂料的配合比確定，聚氯乙

烯樹脂密度為1.35~1.46g/cm3，環(huán)己酮密度為0.95g/cm3。

4.5膨脹性試驗

4.5.1巖石膨脹性試驗是測定巖石吸水后的膨脹特性。巖石自由膨脹率是巖石試件吸水后產(chǎn)生的徑向

變形、軸向變形分別與試件吸水前的直徑、高度之比，以百分數(shù)表示。巖石側向約束膨脹率是巖石

試件在有側向約束條件下，軸向受有限載荷（5kPa）時吸水后產(chǎn)生的軸向變形與吸水前試件高度之

比，以百分數(shù)表示。體積不變條件下巖石膨脹壓力是巖石試件在有側向約束條件下，測定試件吸水

后保持軸向尺寸不變所需施加的軸向壓力。

4.5.2側向約束膨脹率和體積不變條件下巖石膨脹壓力試驗，規(guī)定試件直徑偏差為0~-0.1mm，是指

為保證試件吸水后不產(chǎn)生徑向變形又便于安裝，試件直徑應略小于試驗儀器金屬套環(huán)直徑，單其差

值不得大于0.1mm。

4.5.6側向約束膨脹率試驗儀器的金屬套環(huán)高度不應小于試件高度和兩塊透水板厚度之和，以保證試

件吸水后不產(chǎn)生側向變形。

4.5.7體積不變條件下巖石膨脹壓力試驗，為使試件體積保持不變，應隨時調節(jié)所施加載荷，在觀測

變形時扣除儀器的系統(tǒng)變形。

4.6耐崩解性試驗

4.6.1巖石耐崩解性試驗是測定巖石試件在經(jīng)過干燥和浸水2個標準循環(huán)后，試件殘留的質量與其

原質量之比，以百分數(shù)表示。

4.6.5參照國標GB/T50266的要求，本條試件稱量由精確至0.1g修訂為精確至0.01g。

4

4.7凍融試驗

4.7.1巖石凍融破壞是由于裂隙中的水結冰，體積膨脹導致巖石破裂。巖石凍融試驗是測定巖石經(jīng)過

多次反復凍融后的質量損失和飽和單軸抗壓強度，并以凍融系數(shù)表示巖石的抗凍性能。

4.7.5參照國標GB/T50266的要求，凍融循環(huán)次數(shù)由20次修訂為25次。

4.8硬度試驗

4.8.1巖石的可鉆性是指在TBM破巖過程中巖石的綜合表現(xiàn)的評價指標，包括巖石抵抗刀具破巖的

能力和巖石對刀具的磨損能力。巖石硬度是巖石的可鉆性評價的重要指標，本次規(guī)程修訂中新增巖

石硬度。

巖石的硬度測試方法有施密特回彈硬度法、肖氏硬度法、摩氏硬度法等。由于施密特回彈硬度

方法所需儀器設備簡單、輕便及經(jīng)濟適用等優(yōu)點廣泛應用于巖石硬度、強度及彈模等參數(shù)的估測。

施密特回彈硬度測試原理是應用一彈簧驅動彈擊錘并通過彈擊桿彈擊試樣（試點）表面所產(chǎn)生的瞬

時彈性變形的恢復力，使彈擊錘帶動指針回彈并指示出回彈的距離。以回彈的距離與沖擊前彈擊錘

至彈擊桿的距離之比，按照百分比計算。施密特回彈儀可分為L型和N型。L型回彈儀最大釋放沖

擊能0.735Nm，適用于室內(nèi)巖石試件；N型回彈儀最大釋放沖擊能2.207Nm，適用于現(xiàn)場巖體試件。

4.9磨耗性試驗

4.9.1巖石的耐磨性是巖石的可鉆性評價的重要指標，本次規(guī)程修訂中新增巖石磨耗性試驗。巖石磨

耗性試驗原理是采用具有一定鋼度和硬度的鋼針，對其施加一定載荷刻劃巖石表面，然后在顯微鏡

下觀測測量鋼針的磨損程度，并用鋼針的直徑磨損值作為巖石硬度耐磨性指標。

4.9.5圖1為按照側視或俯視方法進行磨耗后鋼針的測量方法。磨蝕后的鋼針針尖為不對稱狀、具有

小碎片或毛刺伸出形成的無規(guī)則狀時，采用俯視測量磨損針尖的直徑有困難時，測量的CAI值誤差

大，應按圖2、3所示進行合理取舍。

圖1光學顯微鏡下針頭直徑的測量方法（a、b方法為推薦方法）

（a）側視投影直徑測試值（b）俯視投影直徑測試值（c）數(shù)字測量等效值

5

圖2針尖磨耗側視圖

（a）針尖磨耗后出現(xiàn)毛邊時正確測試方法（b）針尖磨耗后出現(xiàn)毛邊時錯誤測試方法

圖3針尖磨耗后側視輪廓圖

（a）、（b）為標準磨耗側視圖；（c）為應舍棄的非標準輪廓圖

6

5巖塊力學性質試驗

5.1單軸壓縮變形試驗

5.1.1巖石單軸壓縮變形試驗是通過測定巖石試件在軸向壓力作用下的縱向和橫向應變值，據(jù)此計

算巖石彈性模量、變形模量和泊松比。本試驗采用電阻應變片法和位移計法。考慮到測試技術的進

步，本試驗將原規(guī)程推薦的千分表法修訂為位移計法。位移計可分為機械式（例如千分表、百分表）

和電測式（例如LVDT位移計、引伸計等）兩類。

5.1.5為了取得完整的應力應變關系曲線，循環(huán)加載至預定的最大循環(huán)荷級之后，仍應繼續(xù)逐級加載

并讀數(shù)，直至巖石破壞。

5.1.6電阻應變片宜采用半橋連接方式，以利于檢查試件受力的偏心程度，便于及時調平試件使之均

勻受力。試件上下各墊一塊與試件同直徑的墊塊，有利于減小試件的端部效應，使試件內(nèi)部應力分

布均勻。

5.1.7對于軟巖與極軟巖，因巖石試件變形相對較大，上下壓板與試件之間的縫隙變形對測試成果影

響較小，因此可將測量到的上下壓板之間的變形作為試件的縱向變形。對于較軟巖以及硬巖類巖石，

可通過專用夾具，測量試件縱向一定標距范圍內(nèi)的巖石變形。為便于操作，對于位移計數(shù)量要求，

本次修訂增加了測量縱橫向變形的位移計不應少于2支，且應對稱安裝的規(guī)定

5.1.8按本條規(guī)定計算得到的彈性模量是應力—應變關系曲線直線段的斜率，變形模量是應力—

應變曲線原點與50%抗壓強度點連線的斜率，也稱割線模量。位移計法測得的是巖石變形，計算變

形參數(shù)之前應先將變形值除以測量標距值，獲得應變值。

5.2單軸抗壓強度試驗

5.2.1巖石單軸抗壓強度是試件在無側限條件下受軸向力作用破壞時單位面積所承受的載荷。本試

驗采用直接壓壞試件的方法確定巖石單軸抗壓強度。也可以在一個試件上先進行巖石單軸壓縮變形

試驗后再將試件壓壞，測定巖石單軸抗壓強度。

5.2.2本規(guī)程推薦圓柱體試件作為標準試件，當沒有條件加工成圓柱體試件時，可采用方柱體試件。

5.2.5加載速率對巖石強度有一定影響，本規(guī)程規(guī)定每秒0.5MPa~1.0MPa的加載速率與目前國內(nèi)外

。常用的加載速率一致。實際操作時可根據(jù)巖石軟硬程度選用，對于軟巖類巖石加載速率宜適當降低。

5.3三軸壓縮強度試驗

5.3.1巖石三軸壓縮強度試驗采用等側壓（），是三向應力狀態(tài)下的一種特殊情況。

5.3.2西部水利水電工程建設面臨越來越多的高應力巖石力學問題，需要研究高應力狀態(tài)巖石強度非

σ2=σ3

線性特征。為此，本條增加了高地應力條件下每組試件的數(shù)量不應少于10個的規(guī)定。

5.3.6對試件采取防油措施，是避免油液滲入試件內(nèi)產(chǎn)生孔隙壓力，影響試驗成果。

5.3.7高應力條件下巖石強度曲線的非線性特征顯著，本條增加了采用莫爾-庫侖強度準則分段擬合

的規(guī)定。

7

5.4抗拉強度試驗

5.4.1劈裂法又稱巴西法，為間接拉伸法。其原理是沿試件直徑軸面方向施加一對線載荷，使試件沿

直徑軸面方向劈裂破壞，根據(jù)彈性力學理論計算巖石的抗拉強度。

5.4.2為便于成果分析，本條規(guī)定試件劈裂面的拉力方向應與單軸抗壓強度試件的受力方向一致。

5.4.5墊條應根據(jù)巖石軟硬程度選定，墊條的硬度應與試件硬度匹配。墊條硬度過大，易產(chǎn)生貫入；

墊條硬度過低，墊條本身易變形，對試驗成果會產(chǎn)生較大的影響。

5.5直剪強度試驗

5.5.1巖石直剪強度試驗是巖石試件在不同的法向載荷下進行直接剪切，根據(jù)庫侖強度準則確定巖

石抗剪強度參數(shù)。

5.5.2考慮到地質鉆孔巖心通用尺寸，參照國標GB/T50266規(guī)定的試件尺寸，對試件制備尺寸規(guī)定

進行了修訂。

5.6點荷載強度試驗

5.6.1巖石點荷載強度試驗是指將巖石試件置于點荷載試驗儀上下兩個球端圓錐之間，施加集中載

荷直至試件破壞，測定巖石點荷載強度指數(shù)和各向異性指數(shù)的一種試驗方法。該試驗方法成本低廉，

操作方便，實用性強，可為巖石分級及按經(jīng)驗公式計算巖石的抗壓強度參數(shù)提供依據(jù)。

5.6.2本條對試件的只寸和形狀進行了規(guī)定（圖4)。由于巖石含水狀態(tài)及各向異性特征對點荷載強度

試驗成果影響甚大，故對不同含水狀態(tài)以及平行、垂直層面加載的試驗必須分別進行。為保證試驗

成果精度，應有一定的試件數(shù)量。國內(nèi)外的資料表明，對巖心試件的點荷載強度試驗，當試件數(shù)量

大于10塊時，巖石點荷載強度指數(shù)Is趨于定值。本條規(guī)定了每組巖心試件數(shù)量不少于10塊。

5.6.6本條對試件的加載方式進行了規(guī)定（圖4和圖5）。當試件中存在層面時，加載方向應分別平

行層面和垂直層面，以獲取各向異性巖石的最小和最大點荷載強度指數(shù)。

(a)徑向試驗；(b)軸向試驗；(c)規(guī)則方塊試驗；d)小規(guī)則塊體試驗

圖4試樣尺寸、形狀和加載方向

8

圖5各向異性巖石試驗的加載方向

5.6.8本條規(guī)定了有效試驗的判定方法。當破壞面未通過兩加載點時，認為試驗是無

效的(圖6)。

圖6無效試驗破壞模式

5.6.9對非標準試件，在計算點荷載強度指數(shù)Is時，引入了等價巖心直徑De的概念，

并對徑向試驗、軸向試驗、方塊體和不規(guī)則塊體試件等價巖心直徑的計算作出了規(guī)定。對于徑向試

驗，計算Is時所取的等價巖心的直徑De，即為兩加載點間的距離D。對于軸向試驗、方塊體及不規(guī)

則塊體試驗，Is的De則必須由計算確定。

5.6.10為了獲得標準的點荷載強度指數(shù)，必須進行尺寸修正。本條規(guī)定以加載點間距D=50mm的巖

心徑向試驗所測定的Is作為標準值，表征為巖石點荷載強度指數(shù)Is(50)。凡兩加載點間距離不等于

50mm時，均應予以修正。

關于修正指數(shù)m值的確定，國內(nèi)外對不同D或De值的試件所進行的試驗表明：m=2(1-n)，其

2

中n為logP-logDe關系曲線的斜率(圖7)。當數(shù)據(jù)較少，不能繪制該圖時，可取，n=0.77~0.80，因

而一般取m=0.40~0.45。

2

圖7P～De的對數(shù)關系曲線

5.7斷裂韌度試驗

5.7.1巖石的斷裂韌度表征了巖石阻止裂縫擴展的能力，是巖石抵抗斷裂的力學指標。

為了解巖石斷裂過程中裂縫的位移特征，加載過程中可同時進行位移測量。

5.7.2采取的巖樣應滿足試件數(shù)量和尺寸加工要求。為滿足V形切口頂角為90°士1°的要求，加

工V形切口時可采用V形切口切割的夾具(圖8)。用千分卡尺測量初始切口深度，作為計算采用的

切口深度a。對直切口試件，應在試件厚度方向的兩側及中部測量初始切口深度，取其平均值。

9

圖8V形切口切割夾具

1—金屬框架；2—緊固螺桿；3—水準儀；4—試件；5—切口

5.7.4根據(jù)試件的堅硬程度選用容量相適應的材料試驗機，以滿足試驗精度的要求。進行位移測量時，

宜采用剛性伺服試驗機。三點彎曲試驗夾具的滾軸直徑不應小于試件直徑的0.25倍。載荷傳感器、

位移傳感器、夾式引伸計和記錄系統(tǒng)為位移測量的必備儀器設備。載荷傳感器精度為滿量程的0.5%。

位移傳感器、夾式引伸計量程不宜大于1mm，精度為滿量程的0.1%。

5.7.6和Pe點的確定基于假設通過Pe的輔助線的橫坐標上的位移恢復量與輔助線P1或的位移

''

恢復量相等(均為lR)。

?2?2

5.8巖石動三軸試驗

5.8.1水利水電工程的巖石地基、地下洞室、邊坡，在地震或其他動荷載（頻率<10Hz）作用下的

動力反應分析和安全評價，需要進行巖石的動力參數(shù)測試。巖石動三軸試驗是在軸向與側向等壓或

不等壓條件下，通過施加軸向等幅周期循環(huán)荷載，測定應力、應變的變化，獲得巖石的動力參數(shù)。

5.8.4巖石動三軸試驗所采用的動三軸試驗儀應滿足有關儀器設備和基于測試目的所需激振能力的

基本要求。動三軸試驗儀的主機動力加載系統(tǒng)宜具有按設定任意數(shù)字信號波形進行激振的能力。

5.9巖石阻尼比試驗

5.9.1阻尼是指任何振動系統(tǒng)在振動中，由于外界作用和/或系統(tǒng)本身固有的原因，引起的振動幅度

逐漸下降的特征，是結構動力學中的一個重要概念。阻尼比是指阻尼系統(tǒng)與臨界阻尼系數(shù)至比，用

以表達結構體標準化后的阻尼大小。由于在巖體地震等動力問題研究中，阻尼比是一個重要的力學

參數(shù)。目前在進行巖體動力問題力學分析時，因無實測數(shù)據(jù)，更多的是依賴假定或經(jīng)驗。本規(guī)程推

薦采用巖石試驗動三軸應力-應變滯回圈法及巖樣柱體懸臂梁自由振動法，用以測試巖石阻尼比。當

動荷載作用下試件應力-應變滯回圈曲線規(guī)整、面積較大時，宜采用動三軸應力-應變滯回圈法；當無

側向壓力要求且試件堅硬的條件下，宜采用懸臂梁自由振動法測試巖石動力參數(shù)。

5.9.7自由振動法測定巖石阻尼比，即固定約束巖石試樣的一端，在試樣的另一端通過激振器施加

激振力，使得試樣自由振動。由于阻尼作用，振動的振幅越來越小，最后停止振動，試驗應記錄振

幅隨時間的衰減全過程曲線。

5.9.9采用自由振動法時，同時測試巖樣的應變與加速度幅值衰減過程，選擇其中規(guī)律性較好的全

過程曲線，按下列公式計算巖石阻尼比：

1d2

lni=d

nnd2

in1-d（1）

10

由于2數(shù)值較小，上式可以簡化為：

d

1d2

lni=d2

nnd2d

in1-d（2）

式中

n

d

2（3）

11

6巖體變形試驗

6.1承壓板法試驗

6.1.3承壓板法巖體變形試驗是通過剛性或柔性承壓板局部加載于半無限空間巖體表面，測量巖體變

形，按彈性理論公式計算巖體變形參數(shù)。本條規(guī)定試驗邊界條件近似滿足半無限體空間條件。

6.1.6為了縮短水泥漿養(yǎng)護時間，可在水泥漿中摻入適量的速凝劑，但水泥標號不宜低于425號。鋪

墊的水泥漿中應減少氣泡，養(yǎng)護時間不宜少于7d。

采用疊置鋼墊板增大承壓板厚度的方式提高承壓板的剛度時，疊置厚度按下式計算:

2

6E1uf

3（）

hr24

Ef1u

式中h—承壓板疊置厚度，cm;

r—承壓板半徑，cm;

E—巖體彈性模量，MPa;

Ef—承壓板彈性模量，MPa;

μf—承壓板泊松比;

μ—巖體泊松比。

6.1.7孔口設置的千分表測量巖體變形應與多點位移計測量值進行比較。

雙枕法試驗可采用兩個30cm×50cm矩形測力液壓枕。四枕法試驗可采用四個40cm×40cm矩形

測力液壓枕，應盡量減小液壓枕間縫隙寬度。

6.1.8為滿足測量系統(tǒng)剛度，可選用20號工字鋼作測量支架。測量表架的直徑不宜小于2cm，懸臂

長度不宜大于l0cm。

6.1.9本條規(guī)定控制環(huán)境溫度是避免溫度變化對變形測量成果精度產(chǎn)生影響。

6.1.10計算公式中巖體泊松比值為非實測值，應根據(jù)其他試驗成果或類比確定。柔性承壓板法變

形試驗，當測點位于液壓枕的角點時，巖體變形（彈性〉模量按式（5）計算。柔性承壓板中心孔法

變形試驗，當測孔位于液壓枕的角點時，巖體變形（彈性）模量按式（6）計算。

2

(1)pbb

E(ash1)bsh1（5）

Waa

(1)pab

E[(21)Ztg1

2WZa2b2Z2

（6）

bb

2(1)ash12(1)bsh1]

a2Z2b2Z2

12

式中：a、b—承壓面邊長，cm;

Z—測點深度，cm。

采用柔性雙枕法及四枕法時，可根據(jù)疊加原理按上列公式計算巖體變形參數(shù)。

6.2狹縫法試驗

6.2.2狹縫法又稱刻槽法，是通過埋設在巖體狹縫中的液壓枕對狹縫兩側巖體施加壓力，測量巖體

表面變形，并近似地按無限彈性平板中有限長狹縫加壓的平面應力問題的解析解計算巖體變形參數(shù)。

本條規(guī)定狹縫法變形試驗邊界條件近似滿足這一條件。

6.2.8試驗過程中，當狹縫兩端出現(xiàn)拉裂縫時，不能采用本條公式計算巖體變形參數(shù)。

6.3單（雙）軸壓縮法試驗

6.3.1單〈雙）軸壓縮法試驗是通過在試點四周切開的狹槽內(nèi)埋入液壓枕對巖體施加壓力，測量試

體表面巖體變形，按彈性力學單向（或雙向）受壓公式計算巖體變形參數(shù)。當夾層、斷層帶和裂隙

密集帶能制備成試體且試體內(nèi)巖性勻一時，也可采用本試驗方法。

6.3.2本條1款中，將原規(guī)程中起伏差小于試點邊長2，提高至1，根據(jù)現(xiàn)場試驗技術可以實現(xiàn)。

6.4鉆孔徑向加壓法試驗

6.4.1鉆孔徑向加壓法試驗是通過放入鉆孔中的鉆孔膨脹計、鉆孔壓力計或鉆孔千斤頂，對鉆孔孔

壁施加徑向壓力，測量鉆孔巖體徑向變形，按彈性理論公式計算巖體變形參數(shù)。本試驗適用范圍取

決于儀器類型和測試精度，如儀器測試精度達到0.001mm，可適用于堅硬和較堅硬巖體。

通過柔性加壓間接測量巖體徑向變形（通過測體積變化換算孔壁徑向變形）的儀器稱為鉆孔膨

脹計。柔性加壓直接測量巖體徑向變形的儀器稱為鉆孔壓力計。剛性加壓直接測量巖體徑向變形的

儀器稱為鉆孔千斤頂。

6.4.7本試驗計算出的彈性模量是應力-變形關系曲線直線段的斜率。變形模量是應力-變形曲線預壓

點與工程應力點連線的斜率，也稱割線模量。

6.5隧洞液壓枕徑向加壓法試驗

6.5.1隧洞液壓枕徑向加壓法試驗原理是依據(jù)彈性理論中文克爾假定。在工程實際應用中，為方便

使用和利于比較，引入了單位抗力系數(shù)K0的概念。

6.5.2本條規(guī)定了試驗應滿足的邊界條件。

6.5.5在澆筑頂部混凝土時，要求與圍巖接觸密實。在有條件的情況下，可采用灌漿回填。

6.6隧洞水壓法試驗

6.6.1隧洞水壓法試驗與水工隧洞運行具有力學上的相似性，受力面積大，能較為真實地反映建筑物

工作特性并能測定出巖體抗力系數(shù)。

13

6.6.5試驗洞采用混凝土襯砌或涂抹柔性防滲層的方法是防止內(nèi)水外滲，避免內(nèi)水壓力向國巖內(nèi)傳

遞?？刂扑疁刈兓潜苊庥绊懺囼灣晒取Ｔ囼灦炊骂^可參考采用塞形堵頭、球面堵頭等（圖9）。

圖9隧洞水壓法試驗堵頭類型圖

(a)塞型堵頭；(b)球而堵頭；(c)凹而堵頭

14

7巖體強度試驗

7.1混凝土與巖體接觸面直剪試驗

7.1.1混凝土與巖體接觸面的抗剪強度，是指在外力作用下沿混凝土與巖體接觸面所具有的抵抗剪切

的能力。通過本試驗可以獲得混凝土與巖體接觸面剪應力與剪切位移關系特征和抗剪強度參數(shù)。

沿接觸面剪斷試驗稱為抗剪斷試驗，剪斷以后仍沿剪斷面進行直剪稱為抗剪試驗，對試體不施

加法向載荷的直剪稱為抗切試驗。

7.1.2巖體性質和存在條件是復雜的，要求同組試驗巖體的性狀完全相同難以做到，本條要求同組

試驗巖體性狀基本相同以避免試驗結果過于分散。試體基巖面下部若有較大裂隙通過，則抗剪強度

可能受該裂隙控制，試驗結果反映的是裂隙的強度，而不是本試驗要求的混凝士與巖體接觸面的強

度。

巖體是地質體，裂隙切割破壞了巖體的完整性，試驗結果應反映裂隙的存在，即剪切面應包含

一定數(shù)量的裂隙，故本條對剪切面規(guī)定了允許的最小尺寸。

試體間最小間距的規(guī)定是考慮到對一個試體進行直剪試驗時，若發(fā)生部分沿基巖的破壞而不會

影響相鄰試體，又能充分利用試驗洞段。若試驗場地允許或巖體裂隙發(fā)育，可適當增大試體間距，

這也有利于加載系統(tǒng)和位移測量系統(tǒng)的安裝，改善試驗條件。

7.1.5為便于工程設計采用試驗成果，本條規(guī)定制備試體的混凝士應采用工程設計所要求的混凝土配

合比和強度等級。從試驗角度而言，為盡量少受不可預見因素的對試驗成果的干擾，在處理混凝土

強度和養(yǎng)護時間關系方面，不應有各類添加劑等因素的影響。

在制備混凝土試體時，應注意振搗和養(yǎng)護。本條所說的砂漿，是指從澆筑試體的混凝土中剔除

大骨料后的拌合料，用這種拌合料預先在基巖面上鋪墊一層，有利于混凝土與基巖面處接觸（膠結）

緊密。

7.1.6安裝加載系統(tǒng)時，使法向荷載與剪切荷載的合力作用點位于剪切面中心，是確保試驗質量的

重要環(huán)節(jié)。法向荷載中心線垂直剪切面并通過其中心，剪切載荷中心線與法向載荷中心線在剪切面

中心相交，可最大限度地改善剪切面上的受力條件，避免產(chǎn)生彎矩，使剪切面上的應力分布比較均

勻。

7.1.7滾軸排安置在千斤頂?shù)撞?，便于法向加載系統(tǒng)安裝，有利于法向加載系統(tǒng)整體穩(wěn)定。安置在頂

部可使試驗過程法向載荷中心始終處于剪切面中心，試驗時可根據(jù)經(jīng)驗選用。

7.1.8從受力條件考慮，對直剪試驗應力要求滿足在剪切面上應力均勻分布。平推法試驗，最佳受

力條件是推力中心線通過剪切面，但這在制備試體和安裝時均較困難；推力中心線與剪切面的間距

過大，在施加推力時受力面上會產(chǎn)生過太的力矩。試驗實踐表明按本條規(guī)定對推力中心線與剪切面

的問距所作的限制，在安裝技術上是可行的，也能滿足試驗受力條件。

7.1.9直剪試驗過程中，需要測量試體絕對位移時，測量支架的支點應在試體受力的影響范圍以外，

宜放置在1.5倍試體邊長以外。

7.1.10混凝土強度是影響混凝土與巖體接觸面的抗剪強度試驗結果的重要因素。試驗前應對預先制

備的混凝土試件進行強度測定，以控制直剪試驗的混凝土強度達到設計強度等級。

7.1.11施加給每個試體的法向載荷宜為最大法向載荷的等分值，這有利于試驗成果的整理。最大法向

15

載荷建議定為工程應力的1.2倍。

試驗采用快剪方法，剪切載荷分級施加，以時間控制。一個試體的最大剪切載荷值，可根據(jù)經(jīng)

驗預估接觸面摩擦系數(shù)f、粘聚力C和施加于該試體上的最大法向載荷值來確定，也可按已有的試

驗結果來確定。在施加剪切載荷過程中，當剪切位移明顯增大時，宜適當減小剪切載荷級差，增加

分級數(shù)。

7.1.12試驗過程中所發(fā)生的各種現(xiàn)象應進行詳細描述。試驗結束后翻轉試體準確測量剪切面積，詳

細描述破壞情況，這些資料有助于對試驗結果和破壞機理進行分析。

7.1.13公式中的剪切面面積A，應采用試驗結束后翻轉試體測量的實際破壞面的面積。應根據(jù)不同

的載荷方向，在試體的法向和切向荷載上，增減設備和試件的重量。剪切荷載Q應計入滾軸排磨阻

力的影響。

在確定抗剪強度參數(shù)時，根據(jù)剪切應力τ與正應力σ關系曲線，按庫倫表達式用作圖法或最小二

乘法，確定抗剪強度參數(shù)的摩擦系數(shù)f和粘聚力C值。

7.2結構面直剪試驗

7.2.1結構面是指巖體內(nèi)已開裂的和易開裂的面，如層面、軟弱夾層、節(jié)理、裂隙、片理、斷層等。

按結構面膠結〈或充填〉物質的性質，通常又分為硬性結構面和軟弱結構面。硅質、鐵質、鈣質等

物質膠結的或無充填的硬質巖中的結構面稱為硬性結構面；泥質、巖屑等充填或結構面被軟化、泥

化的稱軟弱結構面。

結構面是巖體的弱面，常控制工程巖體的穩(wěn)定，在評價和核算工程巖體穩(wěn)定性時，結構面抗剪

強度參數(shù)是重耍的巖體力學參數(shù)。

7.2.2影響結構面抗剪強度的因素是多方面的，如結構面充填物的性質、厚度、含水狀態(tài)、兩側壁巖

石粗糙程度和堅硬程度等。它們的存在條件有一定的隨機性，要求同組試驗結構面性狀完全相同是

困難的，只能要求基本相同。

7.2.3當需要對試體澆筑鋼筋混凝土保護套時，保護套應與基巖完全脫離，立模時在模板下部沿試體

四周鋪設厚度與預定剪切縫寬度相同的木條，待混凝土初凝后再去掉。

結構面性狀差且傾角較大時，在制備試體時應防止試體滑移。

對于具有膨脹性軟弱結構面，在制備體時，應采取限制膨脹的措施。為避免試體浸水膨脹，應

先施加法向荷載，再向下切割制備試體。

7.2.10在確定最大法向載荷時，對軟弱結構面應以不破壞充填物結構（不被擠出）為限。若充填物

被擠出，就改變了軟弱結構面的性狀。

對硬性結構面和軟弱結構面，在施加方向荷載時的位移穩(wěn)定標準和剪切時間載荷的時間控制均應

區(qū)別對待。在快剪條件下，硬性結構面抗剪強度基本上不受穩(wěn)定時間長短的影響；軟弱結構面受力

后變形大，變形完成較慢，法向和剪切載荷均應緩慢施加。

7.3巖體直剪試驗

7.3.1巖體中的結構面是控制工程巖體穩(wěn)定的主要因素之一。在外力作用下，巖體中的實際破壞面

決定于應力分布狀態(tài)，破壞面可能在結構面上，也可能通過結構面之間的巖體本身發(fā)生，即“巖橋”

16

問題。在進行工程巖體穩(wěn)定性核算時，不僅需要結構面抗剪強度參數(shù)，也需要通過巖體直剪試驗獲

取巖體本身抗剪強度參數(shù)。

巖體直剪試驗方法和混凝土與巖體接觸面直剪試驗方法基本相同。條文說明同本規(guī)程7.1節(jié)。

7.4巖體三軸壓縮試驗

7.4.1建筑物地基和地下洞室圍巖一般處于三向應力狀態(tài)，三向應力狀態(tài)下的試驗成果更符合工程

巖體實際。現(xiàn)場巖體三軸強度試驗可采用在等側壓（σ2=σ3）或不等側壓(σ2≠σ3)應力狀態(tài)下測定巖體

強度。

7.4.2作為地質體的巖體，試驗結果應反映裂隙的存在，本條規(guī)定試體最小周邊尺寸，是為了使試體

包含一定數(shù)量的裂隙。若在原位進行試驗，制備試體可在開挖支洞時預留巖柱或采用抬高平洞底板，

在底板上鑿制試體。如加載設備容量足夠大，適當加大試體尺寸是合適的。若利用平洞內(nèi)專門澆筑

的試驗平臺進行試驗，則試體不宜過大，一般試體尺寸為30cm30cm～35cm35cm，以便于搬運和

安裝。

試體高寬比的要求，實質上是解決端部力學效應使試體應力分布均勻。本條要求試體高度不小

于2倍橫向邊長，可基本消除試體底部約束影響。

7.4.5先安裝側向加載設備并施加接觸壓力，隨后安裝軸向加載設備，可避免試體破損，這對裂隙

發(fā)育的試體尤其重要。

7.4.6傳力墊板與試體側面（和頂部〉之間存在的摩擦力，使得試體內(nèi)應力分布復雜，應采取措施盡

量減少這種摩擦力。本條推薦的方法在實踐中證明是有效的。

側向千斤頂安裝時應注意對稱布置，以保證試體受力均勻，不產(chǎn)生致使試體發(fā)生偏轉的力矩。

側向千斤頂安裝時，其活塞伸出量應不小于2cm，以保證試體受軸向載荷時便于橫向膨脹變形。

7.4.7在試驗過程中，試體軸向發(fā)生較大的壓縮變形，活塞千斤頂在工作時能很好地適應這種變形和

破壞。根據(jù)預計試驗破壞極限選用容量相適應的千斤頂，以滿足試驗精度。試體較大、強度較高時，

可采用多個容量相等的千斤頂并聯(lián)同步施加軸向載荷。多個千斤頂應對稱排列，合力通過試體中心，

不得產(chǎn)生偏心受壓。

7.4.9等側壓三軸試驗時，同一組中各個試件應采用不同的側向壓力。開始采用靜水壓力加載方法，

對側向和軸向載荷緩饅、同步地加至預定的側向載荷值（即σ1=σ2=σ3），然后保持側向壓力不變，繼

續(xù)施加軸向載荷，直至試體破壞。對某一個試體而言，試體破壞時的軸向載荷即為為該側向壓力下

的抗壓強度。

實際工程巖體多處于三向不等壓狀態(tài)。像邊坡和地下洞室開挖時，平行坡面走向或平行洞軸線

方向的應力往往變化不明顯，平行坡面傾向或沿洞室環(huán)向的應力往往明顯增加，垂直坡面方向或沿

洞徑向的應力往往明顯減小。不等側壓三軸試驗時，同一組中各個試件可采用同樣的中間主應力，

給定不同小主應力值，通過施加軸向應力獲得巖體三軸破壞時的大主應力。

7.4.11巖體三軸抗剪強度參數(shù)的確定，本條正文4、5款給出了兩種成果整理方法，便于比較分析，

一般情況下建議采用公式計算方法。

17

7.5巖體載荷試驗

7.5.1本試驗是在法向荷載作用下，測定巖體在半無限邊界條件下所能承受的極限載荷。很好、好

的巖體，強度及變形模量高，一般不存在由于承載能力不夠而引起工程巖體的穩(wěn)定問題，本規(guī)程規(guī)

定載荷試驗適用于Ⅲ級以下（含Ⅲ級）的巖體。

7.5.2本條規(guī)定試驗最小承壓面積，主要是考慮到加載設備容量不夠大的條件下，能保證巖體發(fā)生

破壞。若加載設備容量較大，巖體又較軟弱破碎，可適當增加承壓面積。

7.5.4、7.5.5承壓板和測量系統(tǒng)的剛度應予以足夠重視。承壓板的剛度與板的大小、厚度以及巖體

性質有關。承壓板應具有足夠的剛度，以避免在加載試驗過程中承壓板發(fā)生翹曲和變形。承壓板可

采用整體式、疊加式或加肋式。

7.5.7巖體載荷試驗應確定的各特征點分別是比例極限點、屈服極限點和極限載荷點。與極限載荷點

對應的壓力為極限承載力，是本試驗所要測定的最重要的巖體強度參數(shù)，表征被測巖體所能承受的

最大承載能力。屈服極限點在壓力與變形關系曲線上往往不易判斷，這時就需要借助其他試驗資料。

根據(jù)板外測表，加載開始板外巖面下沉，隨著載荷增加，板外巖面由下沉轉為上抬，此轉折點對應

于關系曲線上的屈服極限點。由于板外各測表所測變形的轉折點發(fā)生時間常不一致，此時通常根據(jù)

較晚發(fā)生的轉折點來判斷。破壞極限點可根據(jù)承壓板周圍巖面出現(xiàn)第一條徑向裂縫來判斷。

試驗加載過程中，當出現(xiàn)本條正文1～3款情況之一時，均表明巖體已破壞。此時，單位面積的

載荷值即為巖體極限承載力。

根據(jù)經(jīng)驗，巖體的極限承載力一般要比工程設計壓力要高出很多。從工程安全角度以及試驗技術

的發(fā)展，試驗過程中，因設備出力不夠，但巖體仍未能達到破壞，試驗載荷修訂為達到工程設計壓

力的3倍，這與一般巖體工程基礎承載安全系數(shù)取值相當。

18

8蠕變試驗

8.1巖石單軸壓縮蠕變試驗

8.1.1巖石單軸壓縮蠕變試驗測定巖石在恒定荷載作用下變形隨時間變化的規(guī)律。巖石蠕變一般包括

三個階段：衰減階段、穩(wěn)定蠕變階段以及加速蠕變階段。當巖石所受應力小于某一臨界應力值時，

蠕變趨于穩(wěn)定，巖石不會發(fā)生破壞。當巖石所受應力大于這一臨界應力值時，巖石經(jīng)歷蠕變最后發(fā)

展至蠕變破壞。這一臨界應力值稱為長期強度值（亦稱第三屈服值）。

8.1.6巖石蠕變試驗加載方式可分為單級加載和分級增量加載兩種。單級加載方式是指對同一組多個

巖樣分別施加不同的軸向應力，單個巖樣只施加單級應力。分級增量加載是指對同一組多個巖樣上

逐級施加相同的應力，單個巖樣逐級施加不同的應力（圖10）。

(a)單級加載蠕變試驗曲線（多個巖樣）(b)分級增量加載蠕變試驗曲線（單個巖樣）

圖10單軸壓縮蠕變試驗中的單級加載和分級加載方式

8.1.7軟巖的蠕變變形相對較大，考慮到變形引伸計零漂一般為10με，規(guī)定蠕變穩(wěn)定標準24h內(nèi)

應變變化不大于10με；較硬巖及堅硬巖蠕變變形相對較小，變形測量要求精度更高，規(guī)定24h內(nèi)

應變變化不大于5με。

8.1.8對于分級增量加載方式的蠕變試驗，整理試驗成果時，某一級應力下的瞬時變形和蠕變變形

應考慮前一級應力的影響，可按線性疊加原理進行數(shù)據(jù)處理，即在過去某時刻t加上的荷載到任一

時刻t引起的變形等于每個互不相干的荷載到時刻t引起變形的總和。

8.2巖石三軸壓縮蠕變試驗

8.2.1巖石三軸壓縮蠕變試驗目的是測試巖石在等側向壓力(σ2＝σ3)狀態(tài)下巖石受軸向應力作用

時的蠕變力學行為。

8.2.4巖石蠕變試驗設備所施加載荷的長期穩(wěn)定性及試驗環(huán)境是巖石蠕變試驗的關鍵。室內(nèi)巖石蠕變

試驗的試件尺寸小，應變量值小，測試時間長，巖石蠕變試驗設備及試驗環(huán)境要求更高。長江科學

院與長春市朝陽試驗儀器有限公司研制的TLW-2000型巖石三軸蠕變試驗儀首次在巖石蠕變試驗中

采用電動滾軸絲杠技術應用于蠕變試驗穩(wěn)壓控制，相對傳統(tǒng)的氣-液穩(wěn)壓系統(tǒng)，蠕變試驗壓力可大幅

提高，并有停電保護功能。該三軸蠕變試驗系統(tǒng)，圍壓可達40MPa，軸壓2000kN。變形測量采用位

移引伸計，軸向位移量程0～8mm，徑向位移量程0～2mm，位移計相對誤差在0.5之間。

8.3承壓板法蠕變試驗

8.3.1在承壓板變形試驗方法基礎上增加穩(wěn)壓裝置后，常規(guī)承壓板變形試驗方法都可用于開展巖體

19

承壓板法蠕變試驗。與本規(guī)程6.1節(jié)承壓板法載荷實施方式相對應，分別有剛性承壓板法蠕變試驗

和柔性承壓板法蠕變試驗。承壓板法蠕變試驗的穩(wěn)壓裝置可根據(jù)承壓板法試驗壓力情況，選用合適

的穩(wěn)壓技術。一般情況，在數(shù)個兆帕壓力以內(nèi)，可采用氣-液穩(wěn)壓技術；對于10個兆帕壓力以上的

蠕變試驗問題，可選用電動滾軸絲杠穩(wěn)壓技術。

8.3.8蠕變試驗加載方式可分為單級加載試驗、分級增量加載試驗、分級循環(huán)加載試驗三種(圖11)。

單級加載試驗是對試點在級壓力P1下進行蠕變試驗，試驗完成后，直接卸載（圖11（a））。分級增

量加載試驗是將試點壓力分若干級，對每級荷載下進行蠕變試驗后，直接加下一級荷載進行蠕變試

驗（圖11（b））。分級循環(huán)加載試驗是將將試點壓力分成若干級分別施加，每級荷載蠕變試驗完成

后，卸載某級應力水平（如P=0）,然后在下一級載荷條件下進行蠕變試驗（圖11（c））。

wP1

P

=

0

ot

(a)單級加載蠕變試驗

wP3

P2

P1

P

=

0

ot

(a)分級增量加載蠕變試驗

wP3

P2

P1

P

=

0

P

=

0

P

=

0

ot

(b)分級循環(huán)加載蠕變試驗

圖11承壓板蠕變加載方式示意圖

8.3.10基于巖體典型的巖體流變本構模型，根據(jù)粘彈性與彈性相應性原理建立蠕變方程，以蠕變方

程擬合變形W與時間t關系曲線，優(yōu)化巖體蠕變本構模型以及模型參數(shù)。

20

8.4結構面直剪蠕變試驗

8.4.1結構面直剪蠕變試驗在恒定的法向載荷和剪切載荷長時間作用下測定結構面的長期抗剪強度

的一種結構面直剪試驗。

8.4.2試驗要求在恒定溫度、恒定濕度條件下進行。為滿足這一試驗條件，本規(guī)程要求開挖專門的試

驗支洞和設置隔溫裝置。

該實驗宜采用平推法，從而能在施加剪切和法向荷載時，相互不干擾，剪切面上受力簡單明確，

試驗過程中補壓時易操作。

8.4.8結構面在恒定剪切載荷作用下，剪切位移隨時間不斷增加，這一現(xiàn)象稱為剪切蠕變。剪切載

荷不大時，發(fā)生的蠕變位移在卸載后可全部或部分恢復；剪切載荷達到某一值時，剪切位移明顯增

加，由減速蠕變發(fā)展到等速蠕變和加速蠕變最終達到破壞。

結構面直剪蠕變試驗就是尋求在某一恒定法向載荷作用下，由衰減蠕變過渡到加速蠕變的臨界

剪切載荷。這就要求剪切載荷分級施加，荷載高時適當減小級差。當剪切位移明顯增大時，應減小

原來預計的級差，并加密測讀時間。變形測讀間隔宜根據(jù)加載完成后的蠕變變形速率確定，當蠕變

變形速率較快時，應減小讀數(shù)時間間隔加密讀數(shù)，當變形速率變緩時，可延長讀數(shù)時間間隔。

8.4.10本試驗成果整理需要確定結構面剪切長期強度τ∞。要準確確定結構面的長期強度往往是困

難的，根據(jù)多年的試驗實踐推薦采用等時簇曲線確定長期強度的方法。原規(guī)程中建議在某級剪切載

荷下，當剪切位移u與時間t關系曲線發(fā)生由等速蠕變轉變?yōu)榧铀偃渥?，出現(xiàn)轉折點(A)時，該級剪

切載荷對應的應力值即為τ∞。該方法物理意義不明確，本次修訂不再推薦此方法。

8.5巖體三軸壓縮蠕變試驗

8.5.1巖體三軸壓縮蠕變試驗是在現(xiàn)場巖體三軸壓縮試驗裝置條件下，通過增加側向和軸向壓力穩(wěn)壓

裝置，在現(xiàn)場實現(xiàn)圍壓和軸壓恒定條件下得巖體蠕變力學試驗。基于三軸條件下的巖體蠕變試驗，

可測得巖體三軸應力條件下的長期三軸壓縮蠕變強度和長期巖體抗剪強度參數(shù)。

8.5.5巖體三軸壓縮蠕變試驗的側向和軸向穩(wěn)壓裝置可分別對兩對側向壓力和軸向壓力分別穩(wěn)壓，通

常利用電動滾軸絲杠控制技術實現(xiàn)。

8.5.9本規(guī)程規(guī)定巖體三軸蠕變試驗是在等側向壓力條件下進行。實際上，巖體三軸試驗裝置的三

個方向壓力是獨立施加和控制的，可結合實際工程需要也可開展三向不等壓條件下的巖體三軸壓縮

蠕變試驗。

巖體三軸蠕變試驗系統(tǒng)中，壓力控制和變形測試通常采用自動控制和采集的方式。變形測讀可

自動連續(xù)進行，本條對變形測度時間間隔按24h內(nèi)和24h以后，分別按不同的測度頻次進行，也可

根據(jù)需要調整。

21

9巖體應力測試

9.1孔壁應變法測試

9.1.1孔壁應變法又稱鉆孔三向應變計法，是利用電阻應變片作為傳感元件，測量套鉆解除后鉆孔孔

壁應變，根據(jù)彈性理論求解巖體內(nèi)的三維應力狀態(tài)。該方法的主要優(yōu)點是在一個鉆孔內(nèi)一次成功的

測試，即可確定巖體的三維應力狀態(tài)。

孔壁應變法測試按其應變計結構和適用環(huán)境分為直粘式孔壁應變法和空心包體式孔壁應變法兩

類。直貼式孔壁應變片法即是在孔壁應變片測試過程中，因應變片直接與鉆孔孔壁接觸，包括淺孔

孔壁應變法及深孔水下孔壁應變法等測試方法；空心包體式孔壁應變法即是將應變元件按預定結構

先澆注在環(huán)氧樹脂類空心包體中，在通過環(huán)氧樹脂膠液將其與鉆孔孔壁膠結，最后解除，包括淺孔

空心包體孔壁應變法及深孔水下空心包體孔壁應變法。

9.1.2在地下洞室進行巖體初始應力狀態(tài)測試時，測點深度應超過應力擾動影響區(qū)，規(guī)定測點深度應

大于洞室斷面最大尺寸的2倍。

為保證測試成果的可靠性，需在同一鉆孔中同一測段附近連續(xù)進行數(shù)次測試，并保證至少兩個

有效測點。

9.1.3測點區(qū)高應力現(xiàn)象是指巖體中因地應力集中產(chǎn)生的鉆孔巖心餅化、巷道變形、剝落、巖爆及基

坑開挖產(chǎn)生的位錯等。

9.1.4孔壁應變計應根據(jù)工程要求、使用環(huán)境及測試方法選用。淺孔直粘式孔壁應變計中的淺孔孔

壁應變法測試可以進行應變解除全過程測試，要求孔壁干燥，故適用于地下水位以上完整、較完整

細粒結構的巖體。

對深孔直貼式孔壁應變計法，因該方法只需測度鉆孔應力解除前后的應變片讀數(shù)，通過采用特

殊的水下粘結劑及粘貼工藝，可在水下孔壁上粘貼電阻片，適用于有水的完整、較完整的巖體。目

前該法測試深度國內(nèi)也達到365m。

空心包體式孔壁應變計，是將應變計的應變片粘貼在一預制的薄環(huán)氧樹脂圓筒上，再包裹一層

環(huán)氧樹脂制成，適用于完整、較完整的巖體。

9.1.5對中心測試孔的要求，直粘式孔壁應變計及空心包體式孔壁應變計對中心測試孔徑要求為測試

元件標準外徑（孔壁應變計為φ36mm）加上0.2mm～0.7mm，過大和過小都將影響安裝。

9.2孔徑變形法測試

9.2.1孔徑變形法測試包括四分向鋼環(huán)式鉆孔變形計和壓磁應力計測試和測試兩種方法。它是在鉆

孔預定孔深處安放四分向鋼環(huán)式鉆孔變形計或壓磁應力計或，然后套鉆解除，測量解除前后的變形

或應變差值，按彈性理論建立的孔徑變化與應力之間的關系式，計算出巖體中鉆孔橫截面上的平面

應力狀態(tài)。

9.2.2當需要通過孔徑變形法測試獲得巖體的空間應力狀態(tài)時，可采用三孔交匯測試方法，采用兩兩

正交的三個鉆孔，其中一個鉆孔宜為鉛直鉆孔。

9.2.4本條列出了測試所需的主要儀器設備。

孔徑變形計。四分向鋼環(huán)式鉆孔變形計是孔徑變形測試的一種元件?？讖阶冃蔚臏y量元件，可

以歸納為電阻片、鋼弦、電感元件三類。目前，國內(nèi)以電阻片作為測量元件應用較為廣泛，它是在

元件內(nèi)部安裝四個預先粘貼好電阻片的彈性鋼環(huán)，當觸頭受力后鋼環(huán)變形，通過電阻應變儀測量鋼

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環(huán)的應變，根據(jù)率定曲線換算成鉆孔直徑的變化。這種元件具有防水性好、適應性強、操作簡便、

能測量解除應變的全過程、并能重復使用等優(yōu)點。缺點是在單孔內(nèi)只能測求平面應力，若需測量巖

體三向應力時，則必須布置交會于某點的三個鉆孔。

孔徑變形計靈敏度計算。用同樣的元件在不同的巖石和不同的應力狀態(tài)下測量巖體應力的靈敏

度是不一樣的。假定在E=50GPaMPa的巖石上，處于平面應力狀態(tài)下，σ1=σ2，以應力變化為0.1MPa、

鉆孔直徑為移φ36mm時其直徑變化作為靈敏度設計的根據(jù)。計算公式如下:

2D20.136

d=1.4410-（4mm)

E50103

如果巖體彈性模量低，在設計時可以適當降低靈敏度。

孔徑變形計的應變鋼環(huán)設計。用電阻片法測量鉆孔直徑變化，必須通過傳感器將位移量變化值

轉換為電量變化值。常用的應變鋼環(huán)有圓形環(huán)、C形環(huán)以及非環(huán)式的懸臂梁三種。

壓磁應力計。壓磁應力計由三個互成60°的元件組成。元件是根據(jù)壓磁原理設計的，其感應部位

是一個鐵鎳合金心軸的自感線圈。如果沿著