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1、水利水电工程岩石试验规程（补充部分） DL 5006-92 说明书水利水电工程岩石试验规程（补充部分）DL 500692说明书第一章 岩块试验说明书第二章 岩体变形试验说明书第三章 岩体强度试验说明书第四章 岩体应力测试说明书第五章 岩体原位观测说明书主要参考文献第一章 岩块试验说明书第一节 含水量试验说明书 一、概述。本节含水量试验，是针对测定粘土质岩石在天然状态下的含水量而制订的。坚硬岩石一般测定天然含水量的意义不大，而且通常由于用水作冲洗液钻取岩心或爆破取样，也不可能测得天然状态下的真实含水量。至于测定坚硬岩石的干容重或要求获得烘干状态时的试样（如比重、吸水率、崩解、单轴和三轮压缩下的强
2、度与变形试验等），烘干标准在1981年规程和本规程的相应章节内分别作了规定，仍按原规定执行。 二、保存试样水分的方法。岩石含水量的测定，能否反映天然状态下的实际情况，取决于取样、运输、储存和试样制备过程中保存试样的方法。过去一般用蜡封法，但蜡必须在较高的温度（60左右）下才能熔化为液态，而且常常因封闭不严，引起岩石含水量的变化。随着高分子材料的发展，新的封闭材料已广泛用于岩上试验。 BStimpson等人提出保持岩石试样水分的方法，是将试样置于筒内，灌注英国生产的RM114和RM118，这是一种聚氨基甲酸酯（简称聚氨酯）的泡沫材料，可以在30min左右固化。 美国水土保持局封闭原状土的材料，采
3、用萨冉树脂（Mixingsaran），这是氯乙烯与偏二氯乙烯经共聚而成的高分子树脂材料，使之溶解于甲基乙基甲酮溶液中，将它涂在试样表面晾干后即可防止试样含水量的变化。 黄河水利委员会勘测规划设计院科学试验研究所（简称黄委设计院科研所，下同）也研究了两种高分子树脂材料，一种是聚氯乙烯树脂胶，另一种是氯乙烯一一丙烯酸羟丙酯共聚物树脂胶，将其涂在试样表面，一般涂两至三层即可保持试样水分不受到损失。这种涂料的配方和使用，在本规程第七节容重试验（高分子树脂涂料法）说明书内予以详细说明。 三、烘干标准。试样烘干的标准，目前国内外有关规程中有两种规定：一种用时间控制，规定在指定温度下烘若干小时；另一种用称重
4、控制，规定在指定温度下烘至恒重。 由于烘干时间受岩石类型、试样尺寸、试样原始含水量、烘箱的类型和容积：烘烤的温度及其它因素的影响，因此应根据试样和仪器的具体情况来判断。对于作比重试验的岩粉和坚硬岩石的标准试样，曾进行过大量比较试验。有条件规定烘干时间，而粘土质岩石试样尺寸不一，原始含水量差别较大，过去对这类岩石仅作了少量的研究，因此目前还只能采用称重控制。如果对这类岩石进行较多工作后，取得了标准烘干时间的论证，也可以用烘干时间控制。 用称重控制时，需要反复烘烤称重。每次烘烤的时间，国外有关规程也没有统一的规定。国际岩石力学学会建议方法没有规定时间；国际材料与结构试验研究协会规定供24 小时后称
5、重；美国试验与材料学会规定第一次烘16h，以后每隔0.5h称重；英国国家标准规定每次烘4h称重。基于这种情况，本规程只规定烘烤的温度，而不规定每次烘烤的具体时间技样有利干积累资料为今后改用时间控制创造条件。 （二）试验中应考虑仪器自身变形，仪器的系统刚度应在试验前进行率定，方法参见水利电力部土工试验规程SD128，水利电力出版社1987年第二版。 关于滤纸问题，由于普通滤纸的变形量大，影响成果精度，故建议用美浓纸（即打字蜡纸的中间垫层）。 （三）测定方法。目前国内常用的方法有以下几种： 1平衡一加压法。此法是先测膨胀压力，即通过加压装置，使试样体积始终保持不变。所测最大单位压力即为膨胀压力。然
6、后逐渐减压，每减一次压力都让试样膨胀到稳定，以测定不同单位压力下的膨胀率。最后，让试样在无压时自由膨胀达到稳定后，测其膨胀量，膨胀量与试样厚度之比即为膨胀率。 2膨胀一加压恢复法。此法是先让试样浸水后在受压下膨胀，测定侧约束下的膨胀率。然后逐次增加压力，每增加一级压力，都让试样膨胀达到稳定，以测定不同压力的膨胀率、最后加压使试样恢复到浸水前的厚度，此时单位面积上的压力即为膨胀压力。 3加压一膨胀法。试样加水前预加较大的压力，受压稳定后浸水膨胀，待其变形稳定后，逐次减压，测定不同压力下的膨胀率。膨胀率为零时的压力即为膨胀压力。无压时的膨胀率，即为例约束的膨胀率。 试验表明，上述三种方法测试结果相
7、差较大，如膨胀一加压恢复法所测膨胀压力比平衡加压法大2040，有的大14倍。第一种方法由于是等容过程作功，即在体积不变条件下，容积和结构没有改变，因此所测膨胀力能比较真实反映岩石自然状态的膨胀势能；第二和第三种方法无论是先膨胀后加压或先加压后膨胀，都因改变了岩石的体积引起岩石容重和结构的变化。因此所测数据是反映岩石在特定情况下的膨胀特性。由于工程实际大致与第一种方法相符，故建议膨胀压力参考应用第一种方法，膨胀率用单独仪器进行试验。 三、试样规格。一般认为试样大小决定于试样颗粒的大小和精度，下面是国内外几种试样尺寸： （一）国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会岩石力学试验建议方法（简称国
8、际建议方法，下同）。 1对限制体积不变膨胀压力试验的试样直径应当不小于其厚度的25倍，厚度应当超过15mm或者是最大颗粒直径的10倍，要尽量选用较大的试样。 2侧向约束轴向加载膨胀率试样直径应大于或等于其厚度的4倍，厚度应超过15mm或是最大颗粒直径的10倍，要尽量选用较大的试样。 3自由膨胀率试验的试样可以采用正圆柱体或矩形棱柱形状，试样最小尺寸应当大于15mm或是最大颗粒直径的10倍。 由于此建议较灵活，故各国采用的尺寸很不一致，如日本采用厚15mm，直径50mm的试样，但也有厚20100mm，直径50mm的试样。以色列采用厚15mm，直径45mm的试样。 （二）国内采用试样尺寸。 1成都
9、科技大学在限制体积不变的膨胀压力及测向约束轴向加载膨胀率试验中，采用的试样直径为50mm，厚度为20mm。 2黄委会设计院科研所在限制体积不变的膨胀压力，及侧约束轴向加载膨胀率试验中，采用的试样直径为59.3m，厚度为20m。 快速冻融方法与慢冻方法相比较，具有试验周期短，劳动强度低等优点，但有一个最大缺点是需要有个比较大的冷库和相应的一套设备，为此不能普遍开展这项试验。而慢冻法只要有一个冰箱或较小的冷库就能做试验。由于以上原因，我们选择以慢冻为本规程中推荐的方法，如具备条件，也可用快速冻融方法。 二、冻融试验后的单轴抗压强度。1958年的规程（草案）规定冻融试验后测试样烘干状态的单轮抗压强度
10、，本规程中规定测定冻融后饱和状态下的单轴抗压强度。因为烘干状态抗压强度一般情况下大于饱和状态抗压强度，所以采用冻后饱和抗压强度比较合理。这样同组试样的三者单轴抗压强度就有如下规律：烘干抗压强度饱和抗压强度冻融抗压强度，更有利于正确地判断岩石的强度特性，因此冻融系数由原来的冻后和末冻的烘干抗压强度之比改为冻后和未冻的饱和状态的抗压强度之比，重量损失也由原来的烘干试样重量之差改为饱和试样重量之差，但必须注意，冻融试验时的试样必须充分饱和，即继续浸水到试样不再增加吸水量时，才可进行冻融试验，否则会出现冻融后试样重量大于冻融前试样重量的反常现象。有时虽注意冻融前试样已充分饱和，还是出现冻融后试样的重量
11、大于冻融前，那是因为有些岩石经冻融后，它的微小裂隙增大，使吸水量增加，若试样没有发生掉块现象而重量增加，可以认为重量损失为零。 三、冻融次数。本规程中对冻融次数没有作明确的规定，应视工程需要，确定其具体冻融次数。以下规定可作参考： （一）一般情况下，以冻融25次为宜。 （二）严寒地区，可采用冻融50次。 （三）特殊情况下，冻融次数也可在50次以上。 岩石的冻融破坏是由于裂隙中的水结冻，体积膨胀，从而使岩石胀裂，因此当岩石的吸水率小于0.05时，不必做此项试验。 第五节 点荷载试验说明书 一、概述。将岩石试样置于上下两个球端圆锥之间，对试样施加集中荷载，直至试样破坏，并测定其点荷载强度指数的试验
12、，称为点荷载试验。 点荷载试验实质上是“间接拉伸”试验的一种形式。由于岩石的抗拉能力特别小，在集中荷载作用下，岩石试样内部产生的拉应力，导致了岩石发生拉断破坏，处于这种荷载状态下的岩石，大都具有脆性破坏的特征。50年代末和6O年代初，苏联的普罗托季雅柯诺夫（）和英国的霍布斯（Hobbs）公布了这项试验的最早成果，后经布劳奇（Broch）和富兰克林（Franklin）的研究和发展，现已作为岩石强度指标的一种表达形式。 点荷载试验是为岩石分类而建立的一种指标试验，同时还可用它预估与之相关的其它强度参数，例如单轴抗压和抗拉强度。成都地质学院的对比试验表明：岩石的单轴抗压强度约为标准点荷载强度指数I
13、s（50）的189倍：而入Is（50）约为单轴抗拉强度的0.86倍。布劳奇和富兰克林对15种岩石进行对比试验的结果是：单轴抗压强度为点荷载强度指数的237倍，对不同类型的岩石或各向异性岩石，此比值还可变化在1550之间。 占载试验的优点是：试验设备小型轻便，现场和试验室均可进行，可用岩心、方块体和不规则岩块进行试验，因而大大降低了试验成本，缩短了试验周期，而且还能对学常规试验无法进行的低强度和严重风化的岩石进行测定。 影响点荷载试验成果的因素有：试样的形状及尺寸、试样的含水状况、加荷速率等。其中试样形状及尺寸是最关键的因素，因而，必须进行尺寸修正。本规程规定尺寸修正的“参考性直径”为50mm，
14、并将岩心直径为50mm时所测得的点荷载强度指数称作标准点荷载强度指数人I s（50）对于任何直径岩心或若块所测得的点荷载强度指数Is均应修正为Is（50）。 二、试验机及测量精度。点荷载试验可在实验室的压力机上进行。为了现场试验携带方便，一般设计专门的点荷载试验机。目前，国内外所使用的点荷载试验机，其主要工作原理和结构基本相同，其中有些配有自动测记整理资料的装置（例如瑞典生产的轻便岩石多用仪）。 点荷载试验机的结构大致分三个部分： （一）加荷部分。主要包括承载框架、油压活塞和加荷器。 对承载框架的要求是：有足够的刚度（一般按压力试验机的刚度要求设计），不致在加行过程中发生过大变形，应能调节上、
15、下加荷点之间的距离，可以容纳不同尺寸的试样（一般这种调节范围为15 100mm）。 对于比较坚硬的岩石，要求试验机的荷载容量达到50kN。试样的最大尺寸由试验机的容量来定，而最小尺寸则取决于试验机的荷载和距离测量的灵敏度。对软弱岩石和小尺寸试样，必须提高荷载和距离测量的灵敏度。 各研究者所采用的加荷器的形状和尺寸是不一致的。赖克马特（Reichmuth）对平面试样采用了球端圆杆（直径为 38in），而对曲面试样则采用棍子（直径为 38in）；在平松和冈的试验中则采用曲率半径为7.5mm的球状凸起模板；布劳奇和富兰克林用球端圆锥状和楔状两种加荷器作了对比试验，认为前者具有较多的优点，并将其标准化：球端的曲率半径为5mm，圆锥体的顶均为60。选用这种顶角对试验软岩有特别重要的意义，因为软岩会发生贯入现象。球端部分应硬化，以保证经反复试验而不发生变形和不受损伤；上、下两个球端锥体应对准在同一轴线上，误差不应超过0.2mm；加荷系统中，不允许有球座或其他非刚性构件。 （二）荷载测量部分，一般采用压力表或与加荷器连接的传感器。布劳奇等人提出：压
