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1、饱和方法对岩石单轴饱和抗压强度影响 的实验研究吕永高 , 曲淑英 , 崔淑梅 (烟台大学 土木系 ,山东 烟台 264005 )摘摘 要要 通过对不同饱和方法饱和的岩石 ,进行单轴抗压强度测试的比较 ,探索两种试验方法之间的相关关系 ,从而为类似试验提供参考数据 。关关键词键词 饱和方法 ;岩石 ;单轴抗压 ;强度 ;吸水率中中图图分分类类号号 TU458; TU458 + . 2文献文献标标识识码码 AA Te sting Study of the Influence of Sa tu ra ted M e thod s on Single - A xle Sa tu ra ted Rock
2、s Comp re ssion StrengthLV Yong - gao, QU Shu - ying, CU I Shu - me i(Dep a rtm en t of C ivil Enginee ring, YanTa i U n ive rsity, Shandong Yan ta i 264005 , Ch ina ) A b stra c t W ith the rock sa tu ra ted by d iffe ren t sa tu ra ted m e thod s, the comp a rison of the ir single - axia l comp re
3、 ssive strengthte sts wa s ca rried ou t, and the co rre la tion be tween two k ind s of te sting m e thod wa s exp lo red, thu s it can p rovide refe rence da ta fo r the si m ila r te sts . Keyword s sa tu ra ted m e thod; rock; single - axle comp re ssion; strength; wa te r ab so rp tion1 前前言言化程度
4、的岩石 ,试验结果会有一定的差异 ,但是 ,通 过试验比较 ,可为岩石饱和单轴抗压强度的研究积 累基础性的资料 。在岩石单轴饱和抗压强度试验中 ,岩石通常采 用如下两种方法进行饱和 ,一是抽真空饱和法 ;另一 种是自然浸水法 。两种方法饱和后所得含水量分别 称为岩石的吸水率和岩石的饱水率 ,不同的岩石的 吸水率不同 , 吸水率的大小与岩石的透水性 、 溶解 性 、 软化性 、 抗冻性 、 抗压强度密切相关 。 本文通过对微风化 、 弱风化片岩 ,按照试验要求 制备试样 ,用两种不同的饱和方法饱和后 ,测定其吸 水率 、 单轴抗压强度 ,从中找出两种试验方法之间存 在的规律 ,为同样情况下 ,其
5、它岩石的吸水率 、 单轴2 不不同同饱饱和和方方法法对对岩岩石石的的吸吸水水率率影影响响的的比比较较试验采用的岩样 ,是从国道 206线 、 烟台至蓬莱 长江路立交桥下钻取的 ,属弱风化 、 微风化片岩 ,取 样深度为 12 30. 4m 范围 。将相同深度范围和相 同风化程度的岩石 ,即弱风化片岩和微风化片岩 ,分 别采用真空饱和法和自然浸水法进行饱和 ,实验结 果如表 1。 由表 1 可以看出 ,真空饱和的岩石比自然浸水 饱和的岩石吸水率要高 ,这是由于真空饱和时 ,岩石 中的非封闭气体被抽出 ,水得以浸入岩石的孔隙中 ;抗压强度提供可靠的依据 。显然 ,不同地区 、 不同风收收稿稿日期日
6、期 2004 - 05 - 13 作作者者简简介介 吕永高 ( 1968 - ) ,男 ,讲师然占据在岩石的孔隙中 ,水不能浸入这部分孔隙中 。 同时 ,实验结果还显示 ,弱风化片岩的真空饱和 要比自然浸水饱和的吸水率高约 0. 2 % ; 微风化片岩的真 空 饱 和 要 比 自 然 浸 水 饱 和 的 吸 水 率 高 约 0. 08 % ,且风化程度越高 ,这种差异越显著 。表表 1 不同不同风风化化程度的程度的岩岩石石 、 、 不同不同饱饱和和方法的方法的吸吸水率水率试验试验结结果果统计统计表表抗压强度 ,要比真空饱和后的单轴抗压强度值平均 高约 3. 3M Pa;微风化片岩自然浸水饱和后
7、的单轴抗 压强度也是比真空饱和后的单轴抗压强度值平均高 约 3. 3M Pa。3 不不同同的的吸吸水水率率对对岩岩石石单单轴轴抗抗压压强强度度的的影影响响众所周知 ,岩石的强度是和岩石的吸水率密切 相关的 ,对于同一种风化程度相同的岩石 ,吸水率高 的岩石 ,强度偏低 ; 而吸水率低的岩石 , 强度偏高 。 表 2为试验统计数据 。4 不不同同风风化化程程度度岩岩石石吸吸水水率率与与强强度度变变化化规规律律分析分析表表 2弱弱风风化片岩化片岩及及微微风风化化片片岩吸水率岩吸水率 、 、 岩岩石石单轴单轴 ( 1 )弱风化岩石设岩石的自然吸水率为 X1 , 真空饱和吸水率为 X2 ,岩石在自然浸
8、水饱和后的单 轴抗压强度为 Y1 ,在真空饱和后的单轴抗压强度为 Y2 。那么 ,试验测出的结果显示 ,真空饱和后的岩石 强度与自然饱和后的岩石强度存在如下关系 :抗抗压强压强度度变变化化试验结试验结果果统计统计表表X2Y2 = Y1X( 1 )1其中 , 为自然浸水和真空饱和后 , 岩石单轴抗压 强度在考虑吸水率比值后二者间的关系 。 将表 2中弱风化片岩的试验数据代入式 ( 1 ) ,则 ,对 于 ZK18 - 1 与 ZK18 - 2 之 间 , = 0. 686;1H K0 - 1 与 H K0 - 2 之 间 ,2 = 0. 666; GK0 - 1 与GK0 - 2之间 ,3 =
9、0. 723。表 2 表明 ,弱风化片岩自然浸水饱和后的单轴风化程度编号吸水率 ( % )岩石单轴抗压强度(MPa)自然浸水真空饱和弱风化片岩ZK18 - 1ZK18 - 2H K0 - 1H K0 - 2GK0 - 2GK0 - 11. 0-0. 83-0. 96-1. 28-0. 98-1. 122. 219. 529. 923. 520. 517. 0微风化片岩ZK18 - 5ZK18 - 3H K0 - 3H K0 - 5H K0 - 4H K0 - 60. 19-0. 20-0. 22-0. 27-0. 28-0. 3166. 362. 087. 685. 295. 292. 1风化
10、程度编号深度 (m)直径 (mm)高度 (mm)干重 ( g)湿重 ( g)吸水率 ( % )自然浸水真空饱和弱风化片岩ZK18 - 1ZK18 - 2H K0 - 1H K0 - 2GK0 - 2GK0 - 118. 918. 720. 420. 619. 118. 947. 281. 867. 868. 247. 247. 251. 272. 071. 471. 151. 050. 7243. 891054. 99719. 58729. 35249. 62245. 53246. 351068. 49725. 57736. 56252. 02248. 351. 0-0. 83-0. 96-1
11、. 28-0. 98-1. 1微风化片岩ZK18 - 5ZK18 - 3H K0 - 3H K0 - 5H K0 - 4H K0 - 626. 827. 721. 522. 521. 622. 668. 247. 068. 368. 568. 568. 570. 950. 171. 071. 371. 071. 6723. 96252. 00747. 86753. 80751. 45751. 52725. 33252. 69749. 14755. 91753. 11753. 860. 19-0. 20-0. 22-0. 27-0. 28-0. 31采用数理统计的方法对试验所得数据 1 2 3
12、值进行换算 。 平均值则 ,对于微风化岩石 ,真空饱和后的岩石强度与自然 浸水饱和后的岩石强度关系 ,可用式 ( 3 )表示 。X2( 3 )Y2 = 0. 645Y1X1 = 0. 686 + 0. 666 + 0. 723= 0. 6923 5 不不同同饱饱和和方法方法对对岩石岩石吸吸水率影水率影响响的分析的分析均方差3( 1 )弱风化岩石假定真空饱和所得吸水率为 X2 ,自然浸水饱和所得吸水率为 X1 ,则根据以上试 验结果 ,对于ZK18 - 1 与 ZK18 - 2i22- n i = 1 r=n - 1( 0. 6862+ 0. 6662+ 0. 7232 )3 0. 6922-=
13、2X21. 28= 1. 280= 0. 012X11. 0 H K0 - 1与 H K0 - 2 = - 1. 645r = 0. 672 则 ,对于弱风化岩石 ,真空饱和后的岩石强度与自然 浸水饱和后的岩石强度关系 ,可用式 ( 2 )表示 :X20. 98= 1. 181X10. 83 GK0 - 1与 GK0 - 2X2Y2 = 0. 672Y1( 2 )X1 X21. 10= 1. 146X1 0. 96( 2 ) 微风化岩石同样 ,真空饱和后的岩石强 度与自然浸水饱和后的岩石强度 ,存在有如式 ( 1 ) 所示关系 。 将表 2 中微风化片岩的试验统计数据代入式( 1 ) , 则
14、, 对 于 ZK18 - 3 与 ZK18 - 5 之 间 , 1 =0. 658; H K0 - 3 与 H K0 - 5 之间 ,2 = 0. 695; GK0 -1与 GK0 - 2之间 ,3 = 0. 687采用数理 统 计 的 方 法 对 试 验 所 得 数 据 对 1 、2 3 值进行换算 。 平 均值采用数理统计方法对以上比值进行换算 。 平均值 = 1. 280 + 1. 181 + 1. 146= 1. 2023均方差( 1. 2802 + 1. 1812 + 1. 1462 ) - 3 1. 2022 r=2= 0. 077 = - 1. 645r = 1. 08 ( 2
15、)微风化岩石假定真空饱和所得吸水率为X2 ,自然浸水饱和所得吸水率为 X1 , 则 , 对于 ZK18 = 0. 658 + 0. 695 + 0. 687= 0. 6803- 5与ZK18 - 3 均方差3X20. 27= 0. 19 = 1. 421X1i22-n H K0 - 3与 H K0 - 5i = 1r=n - 1X20. 28= 0. 20 = 1. 400( 0. 6582+ 0. 6952+ 0. 6872 )3 0. 682X-1=2H K0 - 4与 H K0 - 6 = 0. 019X20. 31= 1. 409 = - 1. 645r = 0. 645X1 0. 2
16、2采用数理统计方法对此比值进行换算 。 平均值验所用试样在真空饱和与自然浸水饱和之间岩石单 轴抗压强度存在如下关系 : 弱风化岩石 : Y2 = 0. 762 Y1 = 1. 421 + 1. 4 + 1. 409= 1. 413微风化岩石 : Y = 0. 890 Y21 均方差其中 , Y 指岩石在真空饱和后的单轴抗压强度 ; Y21( 1. 4212+ 1. 42+ 1. 4092 )3 1. 412-指岩石在自然浸水饱和后的单轴抗压强度 。 微风化岩石要比弱风化岩石的单轴抗压强度受 饱和方法的影响相对较少 。在实际测试中 ,如果没有 真空饱和系统或由于工程原因不能全部采用真空饱 和的话 ,可
