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
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。
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