巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)及其試驗(yàn)方法-在線瀏覽
2025-07-25 18:16本頁(yè)面
【正文】 ／4試件高度的水，以后每隔2h將水分別增至試件高度的1／2和3／4處，6h后將試件全部浸入水中，放置4h后，擦干表面水分稱量。當(dāng)采用煮沸法飽和試件時(shí)，要求容器內(nèi)的水面始終高于試件，煮沸時(shí)間不得小于6h；當(dāng)采用真空抽氣法時(shí)，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。 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。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。巖石的膨脹性通常可用自由膨脹率、側(cè)向約束膨脹率和膨脹壓力來(lái)表示。自由膨脹率試驗(yàn)一般是將采用干法加工成的試件放入自由膨脹率試驗(yàn)儀器(見(jiàn)圖1511)，按圖示的方法放置好試件及其量測(cè)儀表，最后緩慢地向盛水容器四周注入純水，直至淹浸上隨后測(cè)度千分表的變形讀數(shù)。另外要求浸水后試驗(yàn)時(shí)間不得小于48h。巖石側(cè)向約束膨脹試驗(yàn)，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(duì)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(yàn)方法及終止試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)。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(cè)系統(tǒng)。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(gè)指標(biāo)。巖石的耐崩解性用巖石耐崩解性指數(shù)(Id2)來(lái)表示。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(guò)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(píng)價(jià)巖石致密程度的一個(gè)指標(biāo)。巖石的超聲波波速一般都在規(guī)則試件上進(jìn)行的。其中，直透法是最常用的方法。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( )。 答案：D【例題8】巖石的超聲波波速可以作為評(píng)價(jià)巖石( )的一個(gè)指標(biāo)。 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。(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(wú)側(cè)限條件下，受軸向力作用破壞時(shí)，單位面積上所施加的荷載。同時(shí)要求在試驗(yàn)前對(duì)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(xiàng)目，并記錄下試件破壞后的形態(tài)。巖石在單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中出現(xiàn)的破壞形態(tài)大約可分成兩種：1)圓錐形破壞(見(jiàn)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(gè)尖頂?shù)膱A錐體。此時(shí)，巖石試件內(nèi)的應(yīng)力分布如圖1513所示。因此從某種意義上來(lái)說(shuō)圓錐體的破壞形態(tài)并沒(méi)有真正反映其破壞特征，而是帶有試驗(yàn)系統(tǒng)所給予的影響。對(duì)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(huì)出現(xiàn)些較小的斜向裂縫。【例題9】下列不屬于巖石在單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)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A. 圓錐形破壞 B. 柱狀劈裂破壞A. 圓錐形破壞 B. 柱狀劈裂破壞由研究可知，當(dāng)承壓板剛度很大時(shí)，其接觸面的應(yīng)力分布很不均勻，呈山字形，如圖1514所示。圖15142)試件尺寸及形狀對(duì)單向軸抗壓強(qiáng)度的影響巖石力學(xué)試驗(yàn)最早采用邊長(zhǎng)為5cm的立方體試件 。(1)巖石試件的形狀眾所周知，方形試件的四個(gè)邊角會(huì)產(chǎn)生很明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。此外，從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)方柱體的試件加工要比圓柱形試件困難得多，不易達(dá)到有關(guān)加工精度的要求。(2)巖石試件的尺寸試件的強(qiáng)度通常隨其尺寸的增大而減小。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，試件的尺寸對(duì)其強(qiáng)度的影響在很大程度上取決于組成巖石的礦物顆粒的大小。因此，～，作為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。從曲線的特征中，明顯地看出了高徑比在2～3時(shí)，巖石單軸抗壓強(qiáng)度值已趨勢(shì)穩(wěn)定的特性。據(jù)此，～、～。3)加載速率對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度的影響巖石的單軸抗壓強(qiáng)度通常隨加載速率的提高而增大，如圖1516所示。經(jīng)微觀分析發(fā)現(xiàn)，由于礦物在高速率加載時(shí)未充分變形而提高了它的抗外荷載的能力。我國(guó)有關(guān)巖石力學(xué)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，～10MPa／s之間，且按巖石的軟硬不同可取其不同的加載速率，這一加載速率與國(guó)外的許多試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中所提出的要求是一致的。巖石的軟化系數(shù) 在完全烘干狀態(tài)下與飽和狀態(tài)下所求得的單軸抗壓強(qiáng)度值有著一定的差別，這一差別在軟巖中表現(xiàn)得更為突出。巖石的軟化系數(shù)就是表示巖石中的不同含水率影響單軸抗壓強(qiáng)度的一個(gè)具體的反映。由于孔隙中的水對(duì)巖石中的礦物的風(fēng)化、軟化、膨脹以及溶蝕作用，使得在飽和狀態(tài)下巖石單軸抗壓強(qiáng)度有所降低。而對(duì)于致密堅(jiān)硬的巖石，二者的差別甚小。(2)溫度對(duì)巖石單軸抗壓強(qiáng)度的影響巖石力學(xué)試驗(yàn)一般是在室溫的條件下進(jìn)行的。然而，若對(duì)巖石試件進(jìn)行加溫，則巖石軸向壓縮強(qiáng)度將產(chǎn)生明顯的變化。近年來(lái)，人們很重視溫度對(duì)巖石的力學(xué)特性的影響的研究。由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)溫度加至180℃左右時(shí)，巖石中礦物周圍的部分結(jié)晶水會(huì)消失，使強(qiáng)度降低。二是由于溫度的提高，巖石內(nèi)將儲(chǔ)存著一定的熱應(yīng)力，進(jìn)而使巖石的抵抗外荷載的能力降低。但也有人提出，在180℃左右時(shí)，對(duì)強(qiáng)度影響不大的說(shuō)法。除了以上的影響因素以外，還有巖石礦物成分、顆粒尺寸、孔隙率等都將影響巖石
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