巖石強度的回彈測試研究現狀分析

王凱笛

（合肥工業大學 土木與水利工程學院，安徽 合肥230009）

回彈儀發明于瑞士的施密特，具有便攜、簡單、成本低等優點，起初用來快速檢測混凝土強度，關于巖石回彈試驗的開展，自20 世紀60 年代初開始漸漸普及。巖石回彈的快速發展，對于巖土工程的建設開發以及巖石力學的科學研究都具有重大的意義。通過對巖石回彈試驗估測巖石強度的現狀分析，巖石回彈試驗也存在一些問題，這些問題的解決對巖土工程建設的質量問題的檢測有著重要的影響。

1 巖石強度的回彈測試研究現狀

巖石的種類繁多，不同巖石的致密性和硬度等方面都存在著差異性。利用回彈儀測量巖石回強度，需要從不同型號的回彈儀中選出合適的測量儀器，不同回彈儀標稱動能不同，有的適合體積較大的試驗試樣，有的適合體積小的試驗試樣，另外能量大的回彈儀對硬度小的巖石試樣可能存在損害現象，影響檢測強度的準確性。導致巖石強度的檢測的影響因素主要包括環境因素和人為因素，比如巖石試樣的含水率、風化程度及致密性等，含水率或風化程度越高，回彈測得巖石強度就越低，致密性越高，檢測的強度越大。其次是巖石回彈試驗時人為操作不規范導致，比如巖石回彈試驗時，彈擊桿要與試樣表面垂直，巖石測量時應放在剛性底座上，不然會影響測量結果。巖石回彈測試方法的差異性也是一個重要的問題，例如，混凝土測量要求是16 個點，而巖石的回彈次數，根據國內外文獻可知，有測量10 個、15 個點的居多，并且不同機構巖石回彈值的計算方法也存在差異，不同的測試方案以及計算方法對于試驗的結果存在著一些影響。巖石回彈與巖石力學參數的函數關系換算也存在著不足之處，巖石試樣的種類差別較大，不同的換算關系可能存在著一些差異，沒有統一的標準方案，對于巖石強度的測量結果可能不是很準確。

2 巖石強度的回彈測試研究應用分析

2.1 不同型號回彈儀的差異性

回彈儀根據標稱能量分為輕型回彈儀、中型回彈儀、中重型回彈儀和重型回彈儀，目前實驗室常用的是輕型回彈儀和中型回彈儀，兩種回彈儀能量有一定的差別，選擇合適的回彈儀對于巖石的質量評價具有一定的保障，巖石的種類很好，有的巖石硬度較大，有的硬度極小，能量大的回彈儀適合體積大、硬度高的巖石，能量小的回彈儀適合體積小、硬度低的巖石試樣，根據研究巖石試樣的不同，合理的選擇適宜的回彈儀，對于巖石強度的估測的準確度具有一定的可靠性。另外，回彈儀也要滿足試驗標準，在洛氏硬度為一定值的鋼砧上的率定值應滿足要求，否則回彈儀不具備實驗室測量的標準，需要進行檢修。

2.2 控制好試驗過程中的不利因素

巖石回彈試驗存在的影響因素主要包括環境因素和人為因素，環境因素包括含水率、風化程度等因素，根據試驗開展的要求進行分析，有些試驗需要在巖石干燥的狀態下進行，有些是在巖石含水飽和的狀態下進行，實驗過程中應該控制好巖石的含水率，否則影響試驗結果，對于巖石風化程度的影響，根據自身試驗的要求，盡可能的排除實驗過程中不利因素的影響，對于試驗結果的可靠性具有重要的意義。人為因素主要包括試樣的人為損壞，進行巖石回彈試驗時，操作不規范導致，對巖石試樣的取放應當合理，盡量輕拿輕放，放置巖石破損或者出現內部裂紋等情況，肉眼可能難檢測這種問題，將會影響試驗的測量結果，在進行巖石回彈試驗時，根據待測巖石的表面特性，主要有平面和曲面兩種類別，回彈儀的彈擊桿應當與待測試樣表面垂直，否則會導致回彈的結果不準確，存在一定的偏差。這部分因素主要包括準備工作和試驗開展階段，對各個環節做好相應的準備工作，確保試驗的開展的順利性和準確性。

分類 標稱能量/J 型號 9.800 H980 5.500 H550 重型 4.500 H450 中型 2.207 M225 0.735 HT75 輕型 0.196 HT20

2.3 巖石回彈試驗的測試方法

巖石回彈試驗的測試方法根據巖石的形狀、尺寸、以及硬度等級不同而存在著差異，對于標準實驗室試樣體積較小，若待測巖石的硬度等級較低，則不適合采用同一測點連續撞擊的方法，對巖石的損害較大，可能會使得巖石產生微細裂紋或者崩壞，影響試驗的順利進行。巖石試樣上測點的劃分也存在著差異，根據巖石試樣的形狀尺寸，圓柱體試樣有的在上下地面進行回彈試驗、有的在側面進行回彈試驗，測區分布的情況不同，測點根據測區的不同而存在差異，對于長方體的待測巖石試樣，試驗過程相對簡單，測點測區均分布在各個面上，例如混凝土的測區分布情況。對于測點的數量，國際上主要有回彈10次、回彈15 次和回彈20 次，混凝土規范則是回彈16 次，根據待測試樣的種類存在差異性，回彈次數應當進一步考慮。對于巖石回彈值的計算方法，混凝土采用的計算方法是回彈16 次，去掉3 個最大值和3 個最小值，剩余的回彈值求平均數為巖石回彈值，而國際巖石力學研究學對于巖石的研究采用的方法是某個測區內記錄20 個回彈值，每兩個回彈點間距不小于彈擊桿直徑，然后取10 個較大值平均值為回彈值，美國材料與實驗協會采用的方法是某個測區內記錄10 個回彈值，每兩個回彈點間距不小于彈擊桿直徑，然后取10 個值的平均值，對于10 個數據中若有數據比平均值大7 個點便舍去，然后對剩下的值求平均值為回彈值，美國墾務局采用的計算方法是在每個表面不同位置記錄10 個回彈值，去掉五個最低值然后取平均值為回彈值，還有其他學者或者權威機構采用的計算方法，這些計算方法存在著差異性，試驗的開展需要驗證這些方法的可行性。對于巖石回彈試驗的測試方法，主要包括彈擊桿撞擊次數、測區劃分、以及計算方法等，試驗的開展應當將這些方面進行綜合考慮，確保試驗的可靠性。

2.4 巖石回彈試驗相關擬合曲線

巖石回彈主要測量巖石的強度，對于一些常見的巖石力學基本參數，包括單軸抗壓強度值、點荷載等之間的經驗關系確立，對于巖石力學的研究具有重要的意義。自回彈儀用于檢測巖石強度以來，眾多學者均具有一定的研究成果，國外學者首先提出了巖石回彈和巖石的抗壓強度相關具有相關性，之后部分學者對巖石回彈值與楊氏模量的相關性進行研究，證明了兩者具有很高的相關系數，部分學者利用施密特數計算無側限抗壓強度的經驗公式，并驗證了它的可行性，對于巖石回彈值與其他巖石指標性質之間的相關性的分析研究的到了很好的開展，后來也有學者對回彈數與沖擊強度指數、耐久性指數和p波速的關系研究進行了分析，并驗證了其可靠性，對巖石回彈值和點荷載之間的關系研究，并擬合經驗公式曲線，驗證試驗的可靠性。國內部分學者采用數理統計方法和灰色系統理論關聯度分析法對巖石回彈試驗得到的數據分布特征進行了分析，并結合工程實踐對巖石鉆速進行可分析，證實了回彈值與巖石鉆速有著良好的關系。后來部分學者研究了并得出了用回彈值與巖石完整性系數來評價巖石質量的關系公式，并驗證了其可靠性。部分學者采用采用聲波- 回彈綜合法對巖石缺陷進行檢測，證實了該方法具有可行性，且測試方便、快速，對試樣無損傷，得到較為可靠的測強曲線。對于巖石回彈值與單軸抗壓強度值的經驗公式主要有線性關系、指數關系兩種類別，試驗過程中巖石種類的差異性是導致結果不同的主要因素之一。

3 結論

利用巖石回彈試驗測試方法來估算巖石的強度值對于巖土工程的科學研究具有重要意義。巖石回彈試驗的開展包含眾多環節，包括巖石試樣種類的選取與加工、巖石回彈測試方法的制定、試驗數據分析方法等，每一環節得到的試驗結論都應當多角度的進行分析和驗證。

巖石試驗過程中不利因素的影響較多，試驗的開展盡量避免這些因素的影響，對于試驗結果的準確性具有一定的實際意義。試驗根據自身研究試樣的特性，選擇合適的回彈儀是試驗進行順利的基礎，另外要根據試樣的尺寸特點，制定合適的測試方法，確保測得結果離散型低，回彈值可靠的優點。巖石回彈試驗的開展，我們仍需要制定更加深入、更加完善的方案去開展研究。隨著科學技術的快速發展，用于巖石強度估測的新工具、新技術和新方法將會被采用，巖石強度的估測也將更加準確可靠，科學的創新與進步將會推動巖土工程建設的飛速發展。