巖石和土工性能檢測技術探討

【摘 要】本文通過對巖石和土體的特點進行分析，對巖石的抗壓強度、土體的液塑限指標和土體的抗剪強度性能檢測技術進行了簡要分析。

【關鍵詞】巖石；土工；性能檢測；抗壓強度；抗剪強度

【Abstract】Based on the analysis of the characteristics of rock and soil， on the compressive strength of rock， soil liquid

plastic limit of soil shear strength index and performance testing technology is briefly analyzed.

【Key words】rock； soil； performance testing； compressive strength； shear strength

1 前言

一般情況下，在外載荷的作用下，巖石和土體的破壞實際上是結構缺陷的產生、變大、擴展和匯合的一個過程。巖石力學的基本問題就是對巖石的變形與破壞機理進行不斷的研究，土體的基本問題就是對土體的液性，塑性指標及其結構進行研究，然而由于巖石和土體本身結構十分復雜，并且人們對其復雜多變的力學特性認識上存在著一定的不足，現階段，更多的是通過實驗的方法，進行合理的分析，來了解和認識巖石和土體的各項性能。對于巖石，常用的力學試驗有抗拉強度試驗，抗壓強度試驗，直剪強度試驗，壓縮變形試驗等，對應土體的力學試驗主要有抗壓強度試驗，抗剪強度試驗，壓縮試驗等，因篇幅有限，以下僅從巖石的抗壓強度的檢測方法、土體的液塑限指標和土體的抗剪強度檢測方法進行了分析，希望能為工程實踐和巖石力學的研究提供一定的現實及理論依據。

2 巖石抗壓強度的測定方法

為了確定巖石的力學性能，我們常規采用的方法是將巖石制成各種試件在實驗室進行試驗，如巖石單軸抗壓試驗，單軸壓縮變形試驗，三軸壓縮強度試驗，抗拉強度試驗，直剪強度試驗等等。巖石物理力學性質的重要參數之一是單軸抗壓強度，它能夠將巖石的堅硬程度直接反映出來。對于巖石的抗壓強度測定，我們可以將制成規則的試件，采用巖石單軸抗壓試驗進行測定，巖石單軸抗壓強度是試件破壞時的極限載荷與垂直于加載方向的截面積之比，也就是指巖石試件在無側限條件下受軸向壓力作用產生壓縮破壞時單位面積上所承受的載荷。巖石單軸抗壓強度可以采用直接壓壞試件的試驗方法來加以測定，選好了試驗材料后，放在試驗平臺上，以每秒0.5-1.0MPa的速率加載直至破壞，巖石的單軸抗壓強度和軟化系數按以下公式計算：R=P/A，η=Rx/Rd。（R為巖石單軸抗壓強度，P為破壞載荷，A為試件的截面面積，η軟化系數，Rx飽和狀態下單軸抗壓強度平均值，Rd干燥狀態下單軸抗壓強度平均值）

3 快速測定巖石長期抗壓強度的試驗方法

巖石長期抗壓強度的測定一直是相關研究的難點，為了測定巖石的長期抗壓強度，我們可以采用一種新型的快速測定巖石長期抗壓強度的試驗方法，此方法的原理是建立在以破壞應變為準則的巖石蠕變破壞判據和

巖石破壞的依據。

圖1 巖石變形破壞曲線示意圖2、長期強度的確定。在恒溫作用下，通過恒定載荷或梯級加載蠕變試驗，測定不同應力水平下的彈性應變εt，第一蠕變階段應變εI和穩態蠕變階段應變率根據溫度補償時間的原理可以由以下公式計算溫度T0條件下的等效應變率。logεⅡ’=logεⅡ-（T-T0）/C（式中C為溫度補償系數，T為試驗溫度），溫度補償系數根據不同溫度條件下的巖石蠕變試驗數據進行確定，C一般在50-200℃之間。最后根據試驗結果，繪制不同溫度下的應力水平σ與等效應變率εⅡ’的關系圖。由以下公式計算穩態蠕變的破壞應變率

εⅡ’。εⅡ’=（εD-εe-εr）/[t]，在σ-εⅡ’圖中，推斷長期強度下的[σD]值。

很多試驗研究結果表明，影響巖石抗壓強度試驗值的因素非常多。從整體上看，這些因素可分為兩方面：一是巖石自身存在的因素，例如礦物成分、顆粒大小、密度、層理和裂隙的性質、卸荷強度及含水狀態等；另一方面是試驗方法中存在的因素，如試件形狀、高寬比、試件加工方式等。無論是哪種巖石，它內部都存在如裂隙、變質等各種各樣的地質缺陷，這些缺陷往往都會導致巖石抗壓強度的降低。

4 土體的液塑限指標測定

眾所周知，用液性指數來評價粘性土稠度狀態具有非常重要的作用。一般情況下，粘性土中的天然含水量發生變化就會使得該種土顯著地表現出不同的物理狀態和性質，同時隨著含水量的逐漸增加，粘性土的狀態就會從堅硬、半堅硬狀態轉變為可塑狀態，還有可能是流塑狀態。粘性土的稠度是土的工程性質的一項重要指標。我國建筑地基基礎設計規范中規定用液性指數判斷粘性土的稠度狀態，并用來評價粘性土的承載力基本值，這是在充分考慮了水對地基土層的重要影響的前提下而產生的評價方法。我們一般采用液、塑限聯合測定法進行試驗測定，根據規范要求，所選用的土樣經過0.5mm的篩，界限含水率中的液限可以采用圓錐儀或碟式儀法，塑限可以采用滾搓法，這種聯合測定法是為了改進蝶式儀液限和滾搓法塑限而提出的一種試驗方法。

5 土體的抗剪強度測定方法

土體的一重要力學性能就是土的抗剪強度，在實際工程中，沒有準確估計土體的抗剪強度，都會對工程造成重要的影響，提供準確的抗剪強度指標在工程中具有重要的意義。對應抗剪強度常用的方法是采用直接剪切試驗、無側限抗壓強度試驗，三軸壓縮試驗等等，以下主要是對這些剪切試驗進行了說明。

1、直接剪切試驗

國內多采用結構簡單的應變控制式直剪儀，將試樣置于一定的垂直應力下，在水平方向上向試樣施加剪應力進行剪切，求得破壞時的剪應力，最后根據庫倫定律確定圖的抗剪強度指標，內摩擦角Ф和凝聚力C。

2、三軸壓縮試驗

三軸壓縮試驗是測定抗剪強度的另一種方法，通常采用圓柱形試樣，在不同的恒定壓力作用力下，施加軸向壓力，進行剪切直到破壞，進一步根據相應的公式求得抗剪強度參數。

3、無側限抗壓試驗

無側限抗壓試驗是三軸壓縮試驗的一種特殊情況，周圍的壓力為零，測定飽和的土體不排水強度，比如淤泥等，對于這種測定方式，還需要結合現場的原位十字板剪切試驗，因為在制備取樣的過程中，土體容易發生擾動，算出的不排水強度會偏大。

6 結束語

現階段巖石和土工性能的檢測方法也存在著一些未能解決的難題，例如易受外界干擾、不能對巖體內部破壞準確定位等。因此除了采用有效的試驗方法外，也會結合采用一些高科技手段，如光學檢測法，CT檢測法，聲發射法，電磁輻射法，紅外檢測法等。只有通過對目前的一些檢測方法進行深入研究，才能找到更為有效的檢測方法。

參考文獻

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