《水電水利工程巖石試驗規程》DL/T5368－2007編制說明及應用調查

湯大明

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 概述

隨著近年來我國改革開放的不斷深入，國民經濟的快速發展，各種基礎設施、工程建設也全面展開。經濟要發展，能源需先行，水電水利工程建設屬能源基礎設施，首當其沖地步入了快速發展階段，一些新理論、新技術、新方法正在各項水電工程建設實踐中被推廣運用，從而對現行規程、規范提出了新的要求。鑒于DLJ204-1981《水利水電工程巖石試驗規程》(試行)、DL5006-1992《水利水電工程巖石試驗規程》(補充部分)已分別頒布實施二十多年和十多年，已不能全面適應近年來迅猛發展的水電水利工程建設中的巖石試驗工作，需要及時進行修訂。

2 任務來源

本次規程修訂是根據國家發展和改革委員會《國家發改委辦公廳關于印發2005年行業標準項目計劃的通知》(發改辦工業【2005】739號)文件的安排，由中國電力企業聯合會負責，組織編制人員對水電水利工程行業標準DLJ204-1981《水利水電工程巖石試驗規程》(試行)、DL5006-1992《水利水電工程巖石試驗規程》(補充部分)(以下簡稱原規程)進行修訂，并將原規程修訂為DL/T5368-2007《水電水利工程巖石試驗規程》、DL/T5367-2007《水電水利工程巖體應力測試規程》、DL/T5006-2007《水電水利工程巖體觀測規程》。確定中國水電顧問集團成都勘測設計研究院為《水電水利工程巖石試驗規程》起草單位。

3 修訂原則及意義

修訂原則為:以原規程為基礎，總結我國水電水利工程近二十年巖石試驗的實踐經驗、吸取有關巖石力學發展的科研成果，廣泛調查研究、收集國內各相關單位巖石試驗的新技術、新方法，與有關技術標準充分協調相融，使修訂后的 DL/T5368-2007《水電水利工程巖石試驗規程》(以下簡稱規程)內容完善、結構合理、技術先進、可操作性強，符合《電力行業標準編寫基本規定》的要求，充分反映當前國內外水電水利工程巖石試驗的科學技術水平，并對水電水利工程巖石試驗工作具有明顯的指導作用。

修訂后的《規程》能更好地反映當前國內外水電工程巖石試驗的發展狀況，對試驗工作有很強的指導作用，能保證各項試驗順利進行;對提高試驗成果精度、改善試驗成果質量均有很強的推動作用，使獲得的試驗成果更加真實、可靠，從而為設計、地質等專業提供符合實際的巖石物理力學性質參數，進而為工程設計優化、節約工程投資、減少浪費等提供保障，并能更好地為工程建設、運行等服務。因此，修訂原規程具有廣泛社會意義的經濟效益。

4 修訂過程簡述

4.1 前期工作

(1)1996年5月，水電水利規劃設計總院以水電規勘[1996]0004號關于征求對《水利水電工程巖石試驗規程》修訂意見的函，明確對原規程進行修訂。

(2)1996年5月，水電水利規劃設計總院以水電規勘[1996]0005號關于組建水利水電工程巖石試驗規程修訂組的通知，明確由水電水利規劃設計總院、黃委會設計院、長委會長江科學院、中國水電顧問集團成都勘測設計研究院(以下簡稱成都院)、中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院、松遼委科研院、中國水電建設集團第十四工程局等七單位組成修訂組。

(3)1996年6月26～30日召開了修訂組第一次工作會議。會議對修訂原則、修訂內容、分工、進度計劃作了認真的討論。規程修訂主編單位為水電水利規劃設計總院。

(4)由于各種原因，水電水利規劃設計總院決定將送審稿提交日期延期。

4.2 修訂工作重啟

(1)規程修訂工作的重啟自2005年7月開始，根據水電水利規劃設計總院指示，起草單位為成都院。

(2)2005年7月，由成都院技術管理部召開了第一次工作會議。會議對當前水電水利行業的總體水平、原規程執行情況、修訂原則、規程修訂組的人員組成，并對原編寫的規程初稿需要修改的內容等進行了認真細致的討論，取得了共識。成都院指定由院科學研究所負責規程的修訂工作。

(3)2005年8月，成都院成立了規程修訂組。修訂組由9人組成，成員均為巖石試驗的技術領導和技術骨干。

(4)2006年9月完成送審稿。

2006年10月28～30日，由水電水利規劃設計總院主持在成都召開了規程送審稿審查會。與會專家認為:規程結構合理、內容完善、技術先進、操作性強，符合DL/T600-2001《電力行業標準編寫基本規定》的要求，達到了送審稿的深度和要求，一致同意通過審查。

5 規程修訂的主要內容

5.1 在比重試驗中增列了水中稱量法

水中稱量法已被廣泛應用于土工試驗測定礫石比重和建筑材料試驗測定粗骨料比重試驗中。在早期的巖石試驗中，比重試驗同樣采用水中稱量法。原規程在制訂過程中曾對比重瓶法和水中稱量法進行了比較試驗。

比較試驗共992個試件，涉及的巖性有灰巖、砂巖、花崗巖、輝綠巖、石英巖、流紋巖等，先進行水中稱量法試驗，后進行比重瓶法試驗，比較結果為:試驗值在允許誤差±0.02范圍內的有631個試件，占63.6%;水中稱量法試驗值大于比重瓶法(＞0.02)的有 56個試件，占 5.6%;水中稱量法試驗值小于比重瓶法(＜0.02)的有305個試件，占30.8%。水中稱量法試驗值大于比重瓶法從理論上講不合理，應屬巖石不均勻性和操作誤差造成，且所占百分比小，可忽略不計;水中稱量法試驗值小于比重瓶法為巖石中存在封閉空隙所致，屬正常現象，且差值大多在0.03～0.05范圍內，在工程應用計算自重應力時偏于安全。因此，兩種試驗方法大部分(63.6%)所得成果相當。

根據成都院從1990年至規程修訂時對213組、639個試件進行的對比試驗研究，涉及巖類有玄武巖、花崗巖、砂巖、大理巖、板巖、千枚巖等，先進行吸水性和水中稱量試驗，再進行抗壓試驗，并利用抗壓試驗后的試件粉碎后進行比重瓶法試驗。對比試驗成果表明:水中稱量法測得的比重值全部等于或小于比重瓶法，其中最大誤差為 0.05，誤差在 0.00 ～0.02 范圍內的試件占80%，均為新鮮、完整的致密性巖石，且飽和吸水率小于0.30%。超過允許誤差范圍的巖石主要為不同風化程度的巖石和具有空隙或隱裂隙的巖石，且飽和吸水率偏大。

由于水中稱量法可以連續測定巖石吸水性、密度、比重和飽和狀態下的力學性質等指標，對簡化試驗步驟、建立巖石指標相關關系具有明顯的優點，且精度能滿足使用要求。本次修訂將水中稱量法測定巖石比重方法正式列入規程，但適用于致密性巖石。

對于含封閉空隙較多的噴出巖和沉積巖，當對比重指標要求不高時，仍可采用水中稱量法。

5.2 含水率試驗中將稱量控制改為時間控制

巖石含水率是試件在105℃ ～110℃溫度下烘至恒量時所失去的水的質量與試件干質量的比值，以百分數表示。原規程稱為含水量，本次修訂按《巖土工程基本術語標準》GB/T50279的規定改稱為含水率。

(1)關于烘干溫度。

本次修訂對于一般巖石將其烘干溫度定為105℃ ～110℃，對于有易揮發結晶水的巖石，烘干溫度宜為55℃～65℃。國內已有規程對烘干溫度具有明顯的針對性，采用烘干溫度為60℃±5℃適用于含石膏和有機質的巖石;采用烘干溫度為40℃±5℃適用于黏土類石巖。特殊情況均具有地區性特點，各單位可根據各自的試驗經驗制訂本單位的企業標準。

自然界存在的巖石中很多含有結晶水，但結晶水逸出的溫度各不相同。對于石膏和蒙脫石情形如下:

石膏在自然界以兩種形式存在:硬石膏(CaSO4)密度為2.9 g/cm3，不受烘干溫度高低影響;二水石膏(CaSO4·2H20)密度為 2.4 g/cm3，在一定烘干溫度時反應式為:

2CaSO4·2H2O→2CaSO4·0.5H2O+3 H2O↑

相當于含水率18.6%。

黏土礦物中含結晶水(水化水、結構水)的主要有蒙脫石、伊利石、多水高嶺石。根據差熱分析資料，蒙脫石第一吸熱谷出現在50℃ ～250℃，即結晶水逸出從50℃開始。因此，將黏土類巖石烘干溫度定為40℃ ±5℃是合理的。

(2)關于烘干時間和穩定標準。

國內現行規程中穩定標準有2類，一類采用稱量控制，另一類采用時間控制。

原規程對烘干要求采用稱量控制。大量對比資料表明:試件在105℃ ～110℃溫度下烘干24 h，已全部達到恒量;作為規程，應有統一規定，本規程涉及試件烘干的試驗除含水率試驗外，其他需進行烘干的各項試驗均規定烘干溫度為105℃～110℃、烘干時間為24 h。而時間控制操作簡便。為與其他試驗控制標準一致，本次修訂將烘干穩定標準改為時間控制。

5.3 承壓板法巖體變形試驗中，刪除了矩形板法、雙枕法和四枕法

承壓板法巖體變形試驗是通過剛性或柔性承壓板施力于半無限空間巖體表面量測巖體變形，按彈性理論公式計算巖體變形參數。

由于圓形承壓板為軸對稱，應力條件單一，理論上應力分布均勻，計算公式簡單;而方形承壓板為非軸對稱，存在邊角效應而引起應力集中現象，且計算假定復雜。因此，本次修訂承壓法巖體變形試驗采用圓形承壓板，刪除了原規程中的矩形法、雙枕法和四枕法。

5.4 巖體軟弱結構面直剪試驗每組試體數量由5個修改為不應少于5個

巖體軟弱結構面直剪試驗采用平推法或斜推法，適用于巖體中的各類軟弱結構面，原規程規定每組試體數量為5個。根據對以往大量試驗資料進行的整理總結，對于結構復雜、充填物不均勻、起伏變化較大或結構面性狀均一性較差的構造型結構面，常出現試驗成果分散、不易取得較好的關系曲線，給資料整理帶來困難。因此，本次修訂修改為每組試體數量不宜少于5個。試驗時，可根據結構面性狀的實際情況，適當增加試體數量。

5.5 巖體直剪試驗每組試體數量由5個修改為5～10個

巖體直剪強度試驗采用平推法或斜推法，適用于各類巖體，并要求同一組試驗各試體的巖體性質應相同。但巖體是非常復雜的地質體，很難達到試體的巖性條件完全相同。原規程規定每組試體數量為5個。多年來大量試驗資料整理積累的經驗表明，大部分巖體是很不均一的地質體，受礦物組成、排列不均勻性、裂隙發育程度不同、方位產狀不同、風化程度存在差異等因素影響，試驗成果離散性較大，從而給成果整理取值帶來一定困難。為了取得較好的試驗成果，且便于試驗資料的整理分析，本次修訂修改為每組試體數量為5～10個，試驗時可視巖體的均一性和結構特性具體確定試體個數，從而給試驗帶來一定的靈活性，能更好地保證試驗質量。

5.6 在試驗工作管理基本要求中增列了試驗儀器設備管理

試驗儀器設備管理是質量管理工作的重要組成部分，設備儀器正常工作是保證試驗順利進行的前提條件，同時也是保證試驗質量、成果精度的重要條件，儀器設備的基本參數和技術條件應符合本規程各項試驗的要求。原規程中沒有“試驗儀器設備管理”內容，為了保質保量順利完成各項試驗，本次修訂增加了“試驗儀器設備管理”，對儀器設備的校驗、保管、養護、維修、存放、搬運、管理、檢定周期、標識、使用記錄以及對不合格儀器設備的處理、報廢等都進行了具體而詳細的規定。

5.7 對規范全文進行梳理

加強了整個規程全文敘述的科學性和邏輯性，做到了層次分明、步驟明確、交代清楚，用詞更準確，條理更清晰，結構更合理。

6 分析評價和建議

(1)與原規程相比，按DL/T600－2001《電力行業標準編寫基本規定》要求修訂后的規程具有結構合理、內容完善、技術先進、操作性強、用語簡練科學、不易產生歧義等特點。

(2)本次修訂根據各試驗室現有的設備條件，吸收了當前國內先進的設備和先進的試驗方法以及試驗經驗，使本規程在總體上達到國內先進水平。

7 規程使用情況反饋

修訂后的規程已頒布實施近四年，經過對使用本規程的中國水電工程顧問集團北京勘測設計研究院、華東勘測設計研究院、中南勘測設計研究院、昆明勘測設計研究院、貴陽勘測設計研究院、西北勘測設計研究院等有關單位回訪，普遍反映本規程使用情況良好，暫無原則性意見。

[1]水電水利工程巖石試驗規程，DL/T5368－2007[S].

[2]水利水電工程巖石試驗規程(試行)，DLJ204－1981[S].

[3]水利水電工程巖石試驗規程(補充部分)，DL5006－1992[S].

[4]工程巖體試驗方法標準，GB/T50266－99[S].