【文章內(nèi)容簡介】 要求容器內(nèi)的水面始終高于試件，煮沸時間不得小于 6h；當(dāng)采用真空抽氣法時，同樣要求容器內(nèi)水面 始終高于試件，真空壓力表面讀數(shù)為 100kPa。直至無氣泡逸出為止，并要求真空抽氣時間不得小于 4h，最后擦干飽和試件表面水分稱量，其飽和吸水率可按下式計算： 3 巖石的膨脹性和崩解性 1)巖石的膨脹性 巖石的膨脹性是指在天然狀態(tài)下含易吸水膨脹礦物巖石的膨脹特性。這主要反映含有粘土礦物的巖石 的性質(zhì)。由于粘土礦物遇水后顆粒之間的水膜將增厚，最終導(dǎo)致其體積增大。這對于巖石的力學(xué)特性以及巖石工程的施工將造成較大的影響，有必要掌握這類巖石遇水時的膨脹性，以改進(jìn)施工與支護(hù)設(shè)計的參數(shù)。巖石的膨脹性通?？捎米杂膳蛎浡?、側(cè)向約束膨脹率和膨脹壓力來表示。 (1)自由膨脹率 自由膨脹率是表示易崩解的巖石在天然狀態(tài)下不受任何條件的約束，巖石浸水后自由膨脹 (徑向和軸向 )變形量與試件原尺寸之比。 自由膨脹率試驗一般是將采用干法加工成的試件放入自由膨脹率試驗儀器 (見圖1511)，按圖示的方法放置好試件及其量測儀表，最后緩慢地向盛水容器四周注入純水，直至淹浸上 部透水板。隨后測度千分表的變形讀數(shù)。最先的一小時內(nèi)，每隔 10min 測讀一次，以后每小時測讀一次，直至 3次讀數(shù)差不大于 。另外要求浸水后試驗時間不得小于 48h。巖石的自由膨脹率可按下式計算： 巖石側(cè)向約束膨脹率是巖石試件在有側(cè)限條件下，軸向受有限荷載時，浸水后產(chǎn)生的軸向變形與試件原高度之比值。 巖石側(cè)向約束膨脹試驗，一般將加工好的試件放入內(nèi)涂有凡士林的金屬套環(huán)內(nèi)，并在試件上下分別設(shè)置薄型濾紙和透水板，隨后在試件頂部放上能對試件持續(xù)施加 5kPa 壓力的金屬荷載塊，并在上面安裝垂直千分表，安裝完畢后可按上述自由膨脹率的 試驗方法及終止試驗條件進(jìn)行試驗。巖石側(cè)向約束膨脹率可按下式求得： (3)膨脹壓力 巖石的膨脹壓力是指巖石試件浸水后保持原表體積不變所需的壓力。 巖石的膨脹壓力通常是將按要求加工成的試件放入金屬套環(huán)內(nèi)，并在試件上下兩端放置薄型濾紙和金屬透水板，隨后安裝加壓系統(tǒng)及位移量測系統(tǒng)。可利用測得的荷載按 下式計算膨脹壓力。 2)巖石的耐崩解性 巖石的耐崩解性是表示粘土類巖石和風(fēng)化巖石抗風(fēng)化能力的一個指標(biāo)。是模擬日曬雨淋的過程，在特定的試驗設(shè)置中，經(jīng)過干燥和浸水兩個標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)后，試件殘留的質(zhì)量與原質(zhì)量之比值。 巖石的耐崩解性用巖石耐崩解性指數(shù) (Id2)來表示。巖石耐崩解性指數(shù)可按下式計算： 表 1511例示甘布爾指出的耐崩解性分級，可對巖石的抗風(fēng)化特性作定性的分析。 4 巖石的超聲波波速 巖石的超聲波波速是利用超聲波在巖石中的傳播過程中，由于其微裂隙和孔隙的存在影響其傳播的速度特性，進(jìn)而評價巖石致密程度的一個指標(biāo)。 巖石超聲波可根據(jù)質(zhì)點的振動方向與其傳播方向的異同分成二類波速，當(dāng)給予巖石一個脈沖后，質(zhì)點振動的方向與其傳播的方向垂直的波速稱為橫波或剪切波；巖質(zhì)點的振動方向與傳播的方向一致的波速稱為縱波或壓縮波。 巖石的超聲波波速一般都在規(guī)則試件上進(jìn)行的。根據(jù)換能器布置的方法，波速測試有直透法或平透法兩種。其中，直透法是最常用的方法。試驗時要求將試件放置于測試架中，并能對 換能器施加約 ，并測試縱波或橫波在試件中行走的時間，最后將發(fā)射、接收換能器對接，測讀零延時。超聲波波速按下式求得： 【例題 7】下列不屬于巖石的水理性質(zhì)的是 ( )。 A. 巖石的含水率 B. 巖石的吸水性 C. 巖石的膨脹性和崩解性 D. 巖石的濕密度 答案： D 【例題 8】巖石的超聲波波速可以作為評價巖石 ( )的一個指標(biāo)。 A. 堅硬程度 B. 致密程度 C. 膨脹性 D. 崩解性 答案： B 三、巖石的強(qiáng)度特性 巖石的強(qiáng)度分成單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度以及三向壓縮強(qiáng)度等。下面主要介紹巖石在這些不同荷載作用下的強(qiáng)度特性。 (一 )巖石單軸抗壓強(qiáng)度 巖石單軸抗壓強(qiáng)度是指巖石試件在無 側(cè)限條件下，受軸向力作用破壞時，單位面積上所施加的荷載。其值可按下式求得 1 巖石單軸抗壓強(qiáng)度的試驗方法 按照國家 “ 工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn) ” 中的要求，巖石試件的加工應(yīng)滿足前面所敘述的標(biāo)準(zhǔn)試件的要求，并其放在試驗機(jī)中心，以每秒 ～ 。同時要求在試驗前對試件作詳細(xì)的 描述，內(nèi)容包括巖性和巖石中所包含的節(jié)理之間的關(guān)系、含水狀態(tài)等項目，并記錄下試件破壞后的形態(tài)。 2 巖石在單軸抗壓試驗破壞后的形態(tài)特征 在外荷載作用下巖石試件破壞后的形態(tài)是表現(xiàn)巖石破壞機(jī)理的重要特征，它不僅表現(xiàn)出巖石受力過程中的應(yīng)力分布狀況，還反映了不同試驗條件中對它的影響。巖石在單軸抗壓強(qiáng)度試驗中出現(xiàn)的破壞形態(tài)大約可分成兩種： 1)圓錐形破壞 (見圖 1512a)：這類破壞形態(tài)的試件，由于中間的巖石被剝離使得巖石破壞后呈兩個尖頂?shù)膱A錐體。經(jīng)分析可知，產(chǎn)生這種破壞形態(tài)的主要原因是上、下壓板在施加荷載時，與巖石 試件端面之間產(chǎn)生了較大的摩擦力，促使巖石端部產(chǎn)生了一個相當(dāng)于箍的約束作用。此時，巖石試件內(nèi)的應(yīng)力分布如圖 1513所示。由于拉應(yīng)力的作用使得這部分巖石被剝離而形成圓錐體。因此從某種意義上來說圓錐體的破壞形態(tài)并沒有真正反映其破壞特征，而是帶有試驗系統(tǒng)所給予的影響。 2)柱狀劈裂破壞 (見圖 1512b)：在發(fā)現(xiàn)圓錐形破壞的真正原因之后有人在上下壓板與試件端面之間，涂上了一層薄薄的凡士林以減小接觸面之間的摩擦力，最終巖石試件由于產(chǎn)生平行于所施加的軸向力的裂縫而破壞。對于不同的巖石所含的礦物成份和所含裂隙的不同 ，局部還會出現(xiàn)些較小的斜向裂縫。應(yīng)該說柱狀劈裂破壞是真正反映巖石單軸壓縮破壞的形態(tài)。 【例題 9】下列不屬于巖石在單軸抗壓強(qiáng)度試驗中出現(xiàn)的破壞形態(tài)的是 ( )。 A. 圓錐形破壞 B. 柱狀劈裂破壞 C. 三角形破壞 答案： C 【例題 10】能夠真正 反映巖石單軸壓縮破壞的形態(tài)是 ( )。 A. 圓錐形破壞 B. 柱狀劈裂破壞 C. 三角形破壞 答案： B 【例題 11】在作巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗時，如果增加上下壓板與試塊之間的摩擦力，則巖石的破壞形態(tài)呈 ( )。 A. 圓錐形破壞 B. 柱狀劈裂破壞 C. 三角形破壞 答案： A 3 巖石單軸抗壓強(qiáng)度的影響因素 1)承壓板給予單軸抗壓強(qiáng)度的影響 除了上述試件端面與承壓板之間的摩擦力影響試件的破壞形態(tài)以外，還 有承壓板的剛度也將影響試件端面的應(yīng)力分布狀態(tài)。由研究可知，當(dāng)承壓板剛度很大時，其接觸面的應(yīng)力分布很不均勻，呈山字形，如圖 1514所示。顯然，這將影響整個試件的受力狀態(tài)。 圖 1514 在剛性承壓板之間壓縮時巖石端面的應(yīng)力分布 因此，有人建議試驗機(jī)的承壓板 (或者墊塊 )盡可能采用與巖石剛 度相接近的材料，避免由于剛度的不同而引起變形不協(xié)調(diào)造成應(yīng)力分布不均勻的現(xiàn)象，減少對強(qiáng)度的影響。 2)試件尺寸及形狀對單向軸抗壓強(qiáng)度的影響 巖石力學(xué)試驗最早采用邊長為 5cm 的立方體試件 。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，試件的尺寸、形狀、高徑比都將影響巖石的強(qiáng)度值。 (1)巖石試件的形狀 眾所周