实验9--测定岩石的点荷载强度

实验9测定岩石的点荷载强度一、基本原理点荷载试验是将岩石试样置于两个球形园锥状压板之间，对试样施加集中荷载，直至破坏，然后根据破坏荷载求得岩石的点荷载强度。点荷载强度，可作为岩石强度分类及岩体风化分类的指标，也可用于评价岩石强度的各向异性程度，预估与之相关的其它强度如单轴抗压强度和抗拉强度等指标。二、仪器设备1、点荷载试验仪：如下图所示，它包括：（1）加载系统，由摇式油泵、承压框架，球端园锥状压板组成。油泵出力一般约为50kN；加载框架应有足够的刚度，要保证在最大破坏荷载反复作用下不产生永久性扭曲变形；球端园锥状压板球面曲率半径为5mm，园锥的顶角为60°（见下图），采用坚硬材料制成。（2）油压表：量程约为10MPa，其测量精度应保证达到破坏荷载读数（P）的2%，整个荷载测量系统应能抵抗液压冲击和振动，不受反复加载的影响。（3）标距测量部分：采用0.2mm刻度钢尺或位移传感器，应保证试样加荷点间的测量精度达±0.2mm。2、卡尺或钢卷尺；3、地质锤。三、操作步骤1、试样制备（1）试样分组：将肉眼可辨的、工程地质特征大致相同的岩石试样分为一组，如果岩石是各向异性的（如层理、片理明显的沉积岩和变质岩），还应再分为平行和垂直层理加荷的亚组，每组试样约须15块。（2）本试验可用岩芯样，规则或不规则岩块样，对不同形状试样的尺寸要求如下：岩芯径向试验，试样的径长比应大于1.0；轴向试验，试样的径长比应等于或小于1.0；不规则岩块样，其长（L）、宽（W）、高（h）应尽可能满足L≥W≥h（图9-3d），试样高度（h）一般控制在0.5~10cm间，使之能满足试验仪器加载系统对试样尺寸的要求，另外，试样加荷点附近的岩面要修平整。（3）根据试验要求对试样进行烘干或饱水处理。烘干试样：是在105~110℃温度下烘干12h；饱水试样，是先将试样逐步浸水，按试样高的1/4、1/2、3/4及4/4等份用6h将试样全部浸入水中（如试样高度很小，允许分1/2、1等份浸水），自由吸水48h，然后用煮沸法或真空抽气法饱和试样。2、描述试样描述内容：除岩性外，重点应对其结构构造特征（如颗粒粗细，排列以及节理、层理等发育特征）及风化程度等进行描述。3、试样尺寸粗测对岩芯样及规则样，分别量测各试样的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸；对不规则岩块样，可过试样中心点测量试样的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸。4、安装试样试样安装前，先检查试验仪器的上、下两个加荷锥头是否准确对中，然后将试样放置试验仪中，摇动手摇油泵升起下锥头，使加荷锥头与试样的最短边方向（即h方向）紧密接触，注意让接触点尽量与试样中心重合。若需要测定结构面（层理、片理、节理等）的强度，则应确保两加点的連线在同一结构中，如图9-4所示。5、加荷试样安装后，调整压力表指针到零点，以在10~60秒钟内能使试样破坏（相当于每秒0.05-0.1MPa）的加荷速度匀速加荷，直到试样破坏，记下破坏时的压力表读数（F）。6、描述试样破坏的特点正常的试样破坏面应同时通过上、下两个加荷点，如果破坏面只通过一个加荷点，如图9-5所示，便产生局部破坏，则该次试验无效，应舍弃，破坏面的描述还应包括破坏面的平直或弯曲等情况。7、破坏面尺寸测量试样破坏后，须对破坏面的尺寸进行测量，测量的尺寸包括上、下两加荷点间的距离（D）和垂直于加荷点連线的平均宽度（Wf），其方法见图9-3，图中分岩芯径向试验、岩芯轴向试验和不规则块体试验四种情况说明了D和Wf的测量方法，测量误差不超过±0.2mm。8、重复试验重复步骤3~7对其余试样进行试验。9、计算及成果资料整理（1）按下式计算试样破坏荷载式中：P――试样破坏时总荷载（N）；C――仪器标定系数（为千斤顶的活塞面积，mm2），一般在各仪器的说明书都有该仪器的标定系数供参考；F――试样破坏时的油压表读数（MPa）。（2）按下式计算试样的破坏面积和等效园直径的平方值式中：Af――试样的破坏面面积（mm2）；D――在试样破坏面上测量的两加荷点之间的距离（mm）；Wf――试样破坏面上垂直于加荷点连续的平均宽度（mm）；De――等效园直径，为面积与破坏面面积相等的园的直径（mm）。（3）按下式计算岩石试样的点荷载强度式中：IS――试样点荷载强度（MPa），其余符号同前。（4）求平均值当测得的点荷载强度数据在每组15个以上时，将最高和最低值各删去3个，如果测得的数据较少时，则仅将最高和最低值删去，然后再求其算术平均值，作为该组岩石的点荷载强度，最后结果取至小数后二位。四、试验报告内容1、整理记录表格，格式附表9-1。附表9-1点荷载试验记录表1试样编组岩石名称采样地点仪器系数C2试样编号3试样形状4含水状态5加荷方向6试样尺寸长L（mm）宽W（mm）高h（mm）7压力表读数F（MPa）8总荷载（N）9加荷点间距离D（mm）10破坏面宽度Wf（mm）11等效园直径平方12点荷载强度（（MPa）13IS平均值（MPa）14试样破坏特征试验：计算：校核：年月日2、整理试样描述资料。3、思考题：（1）点荷载试验是在怎样的应力状态下进行的？其试样破坏属于什么破坏形式？（2）与劈裂法试验相比较有什么异同？五、注意事项1、由于岩石点荷载强度一般都比较低，因此在试验中一定要控制好加荷速度，慢慢加压，使压力表指针缓慢而均匀地前进。2、安装试样时，上、下加荷点应注意对准试样的中心，并使其加荷面垂直于加荷点的连线。3、在对软岩进行试验时，加荷锥头常有一定的嵌入度，因此，在测量加荷点是距离D时，应将卡尺对准试样破坏上加荷锥留下来的两个凹痕底进行量测。