点荷载试验

绢云母片岩的点荷载试验点荷载试验（PointLoadingTest）是一种在点荷载下测试岩石、混凝土或其他天然建筑材料的抗拉强度的简便方法。试验时将试样夹在两个球状加荷锥头之间,施以荷载直至压试样压裂、断开。根据达到破坏时的最大荷载和两锥头端点间距,即可求出试样的抗拉强度,据此可计算出试样的抗压强度。这一方法的优点是仪器设备轻便,可携带至现场进行试验,试样无需加工,可及时获得试验数据。通过点荷载试验分别对处于风干状态和浸水24小时后的绢云母片岩进行抗压强度的测定。试验仪器（a）点荷载试验仪照片（b）点荷载试验仪剖面图图1点荷载试验仪试样制备风干状态与浸水状态所用岩块均采自同一料堆，大小、厚度尽量保持一致，利于对比。采样和制备过程中，尽量避免人为裂缝、风干状态岩块浸水饱和岩块点荷载试验计算过程对点荷载试验结果整理及分析如下：（1）岩石点荷载强度指数的计算如下：𝐼𝑠=𝑃𝐷𝑒2式中：𝐼𝑠———未经修正的岩石点荷载强度（MPa）𝑃———破坏荷载（N）𝐷𝑒———等效岩芯直径（mm）(2)径向试验时,应按下列公式计算等效岩芯直径𝐷𝑒：𝐷𝑒2=𝐷2𝐷𝑒2=𝐷𝐷、式中：𝐷———加荷点间距（mm）𝐷、———上下锥端发生贯入后,试件破坏瞬间的加荷点间距（mm）。（3）轴向、方块体或不规则块体试验时，等价岩芯直径𝐷𝑒应按下式计算：𝐷𝑒2=4𝑏𝐷π或𝐷𝑒2=4𝑏𝐷、π式中：b———通过两加荷点最小截面的宽度（或平均宽度）（mm）。（4）当加荷两点间距D不等于50mm时,应对计算值进行修正,以求得岩石点荷载强度指数𝐼𝑠(50)。当其试验数据较多,且同一组试样中的𝐷𝑒具有多种尺寸,而加荷两点间距不等于50mm时，应根据试验结果绘制𝐷𝑒2与破坏荷载𝑃的关系曲线，并在曲线上找出𝐷𝑒2=2500𝑚𝑚2对应的𝑃50值，按下式计算岩石点荷载强度指数：𝐼𝑠(50)=𝑃502500式中：𝐼𝑠(50)———经尺寸修正后的岩石点荷载强度指数（MPa）𝑃50———𝐷𝑒2~𝑃关系曲线上𝐷𝑒2为2500𝑚𝑚2时𝑃的值（MPa）另外，当加荷两点间距不等于50mm,且其试验数据较少,不宜采用上述方法修正时,应按下列公式计算岩石点荷载强度指数:𝐼𝑠(50)=𝐹𝐼𝑠𝐹=(𝐷𝑒50)𝑚式中：𝐹———尺寸修正系数；m———修正系数，由同类岩石的经验值确定，规范规定一般m可取0.45。（5）按下式计算岩石点荷载强度各向异性指数：𝐼𝑎(50)=𝐼𝑆(50)、𝐼𝑆(50)、、式中：𝐼𝑎(50)———岩石点荷载强度各向异性指数；𝐼𝑆(50)、———垂直于弱面的岩石点荷载强度（MPa）𝐼𝑆(50)、、———平行于弱面的岩石点荷载强度（MPa）（6）岩石坚硬程度的定量指标,应采用岩石单轴饱和抗压强度（𝑅𝑐）。𝑅𝑐应采用实测值。当不具备条件获得实测值时，也可采用实测的岩石点荷载强度指数（𝐼𝑎(50)）的换算值，可以按下式进行换算：𝑅𝑐=22.82𝐼𝑆(50)0.75点荷载强度试验试验结果及分析表1绢云母片岩风干状态点荷载强度试验结果表试样编号破坏荷载PDb𝐷𝑒2𝐼𝑠𝐼𝑠(50)𝑅𝑐KNmmmmmm2MPaMPaMPa11.16113.6622.198386.2653.0061.97538.02222.5111.0417.94252.3039.9485.93886.80633.76310.717.388237.00215.8789.345121.96740.8129.815.763194.7724.1692.34843.28054.09111.4218.558269.97015.1539.184120.38962.69212.119.663303.0788.885.52582.23771.4861219.5298.0894.9853.08953.17582.99117.127.788605.3074.9413.59159.53291.2951829.25670.7013.5952.67429.902102.31716.6427.04573.1794.0422.90250.740111.27211.418.525269.0264.7282.86350.230121.1491219.5298.0893.8552.38943.847131.31013.0421.19351.9973.7222.39443.923141.6649.9416.153204.5298.1364.63272.052153.72112.119.663303.07812.2777.637104.834由表1中数据计算可知，绢云母片岩在风干状态下的单轴抗压强度大于30MPa的试样约占总数的94%，其中最大的强度达到了121.976MPa，平均值为67.917MPa。由此可知，绢云母片岩在风干状态下的强度较高。浸水的绢云母片岩试验与风干试验取自同一岩体，便于比较分析。在对浸水24h后的试样进行点荷载试验的结果分析时，引入了软化系数的概念对岩样的单轴抗压强度的结果进行了分析。岩石的软化性（软化系数）：岩石的软化性是指岩石耐风化、耐水浸的能力。软化系数为：KR=Rb/Rc式中KR———岩石的软化系数，KR0.75时称为易软化的岩石；Rb———饱和极限抗压强度（MPa）；Rc———干极限抗压强度（MPa）。表2绢云母片岩浸水24h后点荷载强度试验结果表试样编号破坏荷载PDb𝐷𝑒2𝐼𝑠𝐼𝑠(50)𝑅𝑐KNmmmmmm2MPaMPaMPa10.89815.124.538471.9951.9031.30727.90220.48711.6418.915280.4721.7361.06123.86331.42910.216.25207.0066.9033.94163.82940.85214.8624.147457.1101.8641.27227.32850.89610.416.9223.8984.0022.32542.97161.0019.614.788171.4225.8393.19554.53770.57410.517.063228.2242.5151.46829.92980.8611.919.338293.1422.9341.81135.62892.14914.924.212459.5744.6763.19454.525100.87113.7422.328390.8022.2291.46829.934111.05310.917.712245.9444.2812.54145.926121.80920.0232.533829.6822.1801.70133.991130.79910.6617.323235.2333.3971.99638.317141.3810.817.387237.0025.8233.42757.478151.24612.720.638333.8813.7322.37243.623由表2中数据计算可知，绢云母片岩在浸水24h后的点荷载强度特征，其单轴饱和抗压强度大于30MPa的试样占总数的67%。其中最大值为63.829MPa，平均值为40.719MPa。经计算，软化系数为0.60。通过数据对比，绢云母片岩浸水24h后其单轴抗压强度较浸水前明显降低。岩石按软化系数KR可分为软化岩石和不软化岩石，软化系数KR值小于等于0.75时，为软化岩石。因为绢云母片岩的软化系数为0.60，小于0.75，所以该试样属于变质软岩的范畴。浸水后的片岩，用手指按压，片岩层间节理面有水分渗出并带有气泡。点荷载集中处附近呈粉化状破坏。浸水后的试样强度明显降低。其主要原因是改试样存在变质风化，绢云母片岩的组织结构部分破坏，风化裂隙发育，节理、片理发育较差。试样浸水后，层间被水润滑，试样中的颗粒矿物浸水软化，从而使岩石的强度降低。