CN104374642A - 多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法 - Google Patents

Abstract

一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，包括以下步骤：一、制备待测岩样；二、沿径向第一次劈裂试验；三、将劈裂后的岩样胶结；四、更换非胶结位置，进行第二次劈裂试验；五、将劈裂后的岩样胶结；六、继续劈裂试验直到最大容许劈裂次数；通过以上步骤得到所测岩样的多次抗拉强度数值。本发明提供的一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，通过在一个岩样上进行多次劈裂试验，测定多个岩石抗拉强度数据的方法，既能大幅度降低试验成本，又能提高试验结果的准确性。

Description

多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法

技术领域

本发明涉及岩石抗拉强度测定领域，特别是一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法。

背景技术

在地下工程设计和施工中,岩石的抗拉强度是一个非常重要的力学指标。地下工程围岩体常处于复杂的应力状态,例如铁路隧道、公路隧道、工程边坡及地下工程洞室的围岩体,有的地方处于拉伸应力状态,而有的部位则处于压缩应力状态,由于岩石的抗拉强度远低于抗压强度,所以围岩总是从拉应力区开始破坏。因此,正确进行地下围岩体应力状态区域划分,即破坏危险区的确定是地下工程围岩稳定性分析评价的关键,而岩石抗拉强度又是确定工程围岩破坏区的基础资料之一。

目前,岩石抗拉强度的室内测定方法较多，如直接拉伸试验、巴西圆盘劈裂试验等，这些方法各有特点,但无一例外均不能对同一岩样进行重复试验，由此必然不可避免的产生由于岩样的差异引起的离散型。为解决岩样离散型问题及降低试验操作等偶尔误差的影响，以往均在采取如下方式：

1、增加试验样本。按照统计学原理，试验样本数量越大，则试验值越接近其真实值，增加试验样本无疑可以有效解决岩样离散型问题及降低试验操作等偶尔误差的影响。

2、尽量使试验条件和过程与理论情况一致。由于最终岩石抗拉强度值是将试验数据代入理论公式得到，若试验条件或操作过程偏差较大，岩样受力与理论不符，则无法得出其真实抗拉强度。

增加试验样本，必然导致试验成本的增加，另外无论采用何种精密仪器，试验操作步骤如何细致，亦不可能消除误差。因此，目前亟待解决的问题是：在基于已有的试验仪器的基础上，如何改进试验方法以降低试验成本且能保持甚至提高试验结果准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，可以在大幅降低试验成本的前提下，提高试验结果的准确性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，包括以下步骤：

一、制备待测岩样；

二、沿径向第一次劈裂试验；

三、将劈裂后的岩样胶结；

四、更换非胶结位置，进行第二次劈裂试验；

五、将劈裂后的岩样胶结；

六、继续劈裂试验直到最大容许劈裂次数；

通过以上步骤得到所测岩样的多次抗拉强度数值。

所述的岩样高径比为0.5～1，岩样两端磨平，侧面光滑无凸起。

将破坏的岩样取出，在岩样破坏面上均匀涂抹胶结物质后压合，使其接触面基本无空隙，两端面确保平整，侧面光滑，待其接触面胶水固结；

所述胶结物质固结后的抗拉强度应尽量接近待测岩样的抗拉强度。

所述的最大容许劈裂次数为6次。

在后的劈裂面与在先的劈裂面之间的夹角大于或等于30°。

将多次所测结果代入岩石劈裂试验抗拉强度计算公式：

$R=\frac{2P}{\mathrm{\πDh}}$

其中：R为岩石抗拉强度，P为岩石破坏时最大加载力，D为圆柱形试件直径，h为圆形试件高度；

或者

$R=\frac{2P}{\mathrm{\π}{a}^2}$

其中：R为岩石抗拉强度，P为岩石破坏时最大加载力，a为立方体试件边长；

得到多次所测岩石抗拉强度R₁、R₂···R_n。

多次所测岩石抗拉强度结果中，按R₁≤R₂≤···≤R_n进行排列，若比较R₁、R_n即有R_n/R₁≤1.3，则最终结果为 $R=\frac{1}{n}(R_1+R_2+\·\·\·+R_n).$

若R_n/R₁＞1.3，则同时剔除该两项值；

继续比较R₂、R_n-1，若有R_n-1/R₂≤1.3，则最终结果为

若R_n-1/R₂＞1.3，则再次剔除该两项值；

若多次比较均不满足R_max/R_min≤1.3，则本组试验作废。

若三次比较均不满足R_max/R_min≤1.3，则本组试验作废。

本发明提供的一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，通过在一个岩样上进行多次劈裂试验，测定多个岩石抗拉强度数据的方法，既能大幅度降低试验成本，又能提高试验结果的准确性。本发明的试验方法能大大减少由于岩样不同导致的测量结果离散型问题，即使对于同一岩样，由于操作的失误，岩样侧面不光滑等等原因，传统一次劈裂所测结果难免产生较大随机性，而采用本发明的试验方法则可减少，甚至避免此类误差。因此本发明对于测量岩石的抗拉强度具有重要工程运用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明中岩样的劈裂面的选取示意图。

图2为本发明中岩样固定示意图。

图3为本发明中岩样第一次劈裂试验垂向变形速率图。

图4为本发明中岩样第一次劈裂试验横向变形速率图。

图5为本发明中岩样第二次劈裂试验垂向变形速率图。

图6为本发明中岩样第二次劈裂试验横向变形速率图。

图7为本发明中岩样第三次劈裂试验垂向变形速率图。

图8为本发明中岩样第三次劈裂试验横向变形速率图。

图中：岩样1，第一次劈裂面2，第二次劈裂面3，第三次劈裂面4，第四次劈裂面5，第N次劈裂面6，劈裂试验装置7，压头8。

具体实施方式

一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，包括以下步骤：

一、制备待测岩样1；

岩样若为圆柱形试件，则其高径比应为0.5～1。选定岩样后，若为圆柱形试件应先将两端磨平，使圆柱形岩样两端平整，侧面光滑无凸起，若为立方体试件则将其6个面都应磨平。岩样打磨的主要目的在于使仪器加载时岩样内力按理论形态分布，并使仪器传感器能反映出较为准确的数值，如图1、2中所示。

二、沿径向第一次劈裂试验；

待劈裂试验装置7及岩样准备好后，根据采取的加载方式将岩样放入RMT-150C岩石劈裂试验装置7内固定，如图2所示。调试并运行试验仪器，劈裂试验开始，压头8加压直到岩样破坏，记录下第一次岩样破坏时最大加载力。岩样固定过程中，应尽可能使上下两根垫条之间的连线长度即为圆形岩样的直径或立方体岩样的高度，岩样应与上下两根垫条完全接触，初步固定完成后，用手轻按顶部，岩样不晃动，则固定完成。

三、将劈裂后的岩样胶结；

将破坏的岩样取出，在岩样破坏面上均匀涂抹胶结物质后用力压合，使其接触面基本无空隙，两端面确保平整，侧面光滑，尽可能将岩样恢复到破坏前状态。然后将其放在干燥平整的桌面上，待其接触面胶水固结。视胶结材料性质及环境温度而定，一般固结时间取12h为宜。

由于每次劈裂面不重复，而岩样破坏只与劈裂面的抗拉强度有关，实际岩样胶结处胶结厚度约为0.5mm左右，岩样直径为50mm，胶结面积占整个劈裂面1％以下。定义胶结面对试验测试结果的影响因子ξ＝δ×λ，其中：δ为胶结处面积占整个劈裂面比例，λ为胶结物质与岩石的抗拉强度比，由于δ＜1％，若采用的胶结物质与岩石的抗拉强度比差别不大，则其对结果的影响是非常有限的。此步骤主要注意两点：一是应尽量选择固结后其抗拉强度与待测岩样差异不大的胶结物质，二是胶结处固结后的厚度不宜太大，其厚度应小于劈裂面长度的5％为宜。

四、更换非胶结位置，进行第二次劈裂试验；

将胶结稳定后的岩样依照第二步的步骤重复试验一次，记录第二次岩样破坏时最大加载力。此步骤重点在于为减少误差必须使岩样彻底胶结稳定后实施，另外两次试验的劈裂面不能相同或者太过于接近，对于圆柱形试件侧面劈裂的，多次劈裂面的交角应大于或等于30°。如图1所示。

五、将劈裂后的岩样胶结；

六、继续劈裂试验直到最大容许劈裂次数；

劈裂方法与上述步骤一致，其重点在于劈裂次数的限定。多次劈裂时，若前次劈裂面不规则，平整度较差则不再继续劈裂，或是岩样劈裂后出现局部位置破损，且破损较大，其位置为下次劈裂可能穿越处则不宜再继续试验。

通过以上步骤得到所测岩样的多次抗拉强度数值。

优选的，所述胶结物质固结后的抗拉强度应尽量接近待测岩样1的抗拉强度。

优选的，所述的最大容许劈裂次数为6次，常用的为2～4次。

将多次所测结果代入岩石劈裂试验抗拉强度计算公式：

$R=\frac{2P}{\mathrm{\πDh}}$

其中：R为岩石抗拉强度，P为岩石破坏时最大加载力，D为圆柱形试件直径，h为圆形试件高度；

或者

$R=\frac{2P}{\mathrm{\π}{a}^2}$

其中：R为岩石抗拉强度，P为岩石破坏时最大加载力，a为立方体试件边长；

得到多次所测岩石抗拉强度R₁、R₂···R_n。

多次所测岩石抗拉强度结果中，按R₁≤R₂≤···≤R_n进行排列，若比较R₁、R_n即有R_n/R₁≤1.3，则最终结果为 $R=\frac{1}{n}(R_1+R_2+\·\·\·+R_n).$

若R_n/R₁＞1.3，则同时剔除该两项值；

继续比较R₂、R_n-1，若有R_n-1/R₂≤1.3，则最终结果为

若R_n-1/R₂＞1.3，则再次剔除该两项值；

若多次比较均不满足R_max/R_min≤1.3，则本组试验作废。

若三次比较均不满足R_max/R_min≤1.3，则本组试验作废。

实测统计结果示例见表1。

表1：岩样抗拉强度(Mpa)统计结果示例

通过多次劈裂时岩样的垂直变形速率和横向变形速率变化对比，如图3～图8，不难发现重复劈裂时，若岩样胶结较好，第二次劈裂时岩样的变形速率相比第一次要更加稳定，这一点也给出了重复劈裂比单次劈裂的方式测出的岩体抗拉强度更为准确的趋势。

Claims (9)

1.一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，其特征是包括以下步骤：

一、制备待测岩样(1)；

二、沿径向第一次劈裂试验；

三、将劈裂后的岩样胶结；

四、更换非胶结位置，进行第二次劈裂试验；

五、将劈裂后的岩样胶结；

六、继续劈裂试验直到最大容许劈裂次数；

通过以上步骤得到所测岩样的多次抗拉强度数值。

2.根据权利要求1所述的一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，其特征是：所述的岩样(1)高径比为0.5～1，岩样(1)两端磨平，侧面光滑无凸起。

3.根据权利要求1所述的一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，其特征是：将破坏的岩样取出，在岩样破坏面上均匀涂抹胶结物质后压合，使其接触面基本无空隙，两端面确保平整，侧面光滑，待其接触面胶水固结；

所述胶结物质固结后的抗拉强度应尽量接近待测岩样(1)的抗拉强度。

4.根据权利要求1所述的一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，其特征是：所述的最大容许劈裂次数为6次。

5.根据权利要求1所述的一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，其特征是：在后的劈裂面与在先的劈裂面之间的夹角大于或等于30°。

6.根据权利要求1所述的一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，其特征是：将多次所测结果代入岩石劈裂试验抗拉强度计算公式：

$R=\frac{2P}{\mathrm{\πDh}}$

其中：R为岩石抗拉强度，P为岩石破坏时最大加载力，D为圆柱形试件直径，h为圆形试件高度；

或者

$R=\frac{2P}{\mathrm{\π}{a}^2}$

其中：R为岩石抗拉强度，P为岩石破坏时最大加载力，a为立方体试件边长；

得到多次所测岩石抗拉强度R₁、R₂···R_n。

7.根据权利要求6所述的一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，其特征是：多次所测岩石抗拉强度结果中，按R₁≤R₂≤···≤R_n进行排列，若比较R₁、R_n即有R_n/R₁≤1.3，则最终结果为 $R=\frac{1}{n}(R_1+R_2+...+R_n).$

8.根据权利要求7所述的一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，其特征是：若R_n/R₁＞1.3，则同时剔除该两项值；

继续比较R₂、R_n-1，若有R_n-1/R₂≤1.3，则最终结果为

若R_n-1/R₂＞1.3，则再次剔除该两项值；

若多次比较均不满足R_max/R_min≤1.3，则本组试验作废。

9.根据权利要求8所述的一种多次劈裂测岩石抗拉强度的试验方法，其特征是：若三次比较均不满足R_max/R_min≤1.3，则本组试验作废。