多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法
【專利摘要】一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，包括以下步驟：一、制備待測巖樣；二、沿徑向第一次劈裂試驗；三、將劈裂后的巖樣膠結；四、更換非膠結位置，進行第二次劈裂試驗；五、將劈裂后的巖樣膠結；六、繼續劈裂試驗直到最大容許劈裂次數；通過以上步驟得到所測巖樣的多次抗拉強度數值。本發明提供的一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，通過在一個巖樣上進行多次劈裂試驗，測定多個巖石抗拉強度數據的方法，既能大幅度降低試驗成本，又能提高試驗結果的準確性。
【專利說明】多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及巖石抗拉強度測定領域，特別是一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗 方法。

【背景技術】
[0002] 在地下工程設計和施工中，巖石的抗拉強度是一個非常重要的力學指標。地下工 程圍巖體常處于復雜的應力狀態，例如鐵路隧道、公路隧道、工程邊坡及地下工程洞室的 圍巖體，有的地方處于拉伸應力狀態，而有的部位則處于壓縮應力狀態，由于巖石的抗拉 強度遠低于抗壓強度，所以圍巖總是從拉應力區開始破壞。因此，正確進行地下圍巖體應 力狀態區域劃分，即破壞危險區的確定是地下工程圍巖穩定性分析評價的關鍵，而巖石抗 拉強度又是確定工程圍巖破壞區的基礎資料之一。
[0003] 目前，巖石抗拉強度的室內測定方法較多，如直接拉伸試驗、巴西圓盤劈裂試驗 等，這些方法各有特點，但無一例外均不能對同一巖樣進行重復試驗，由此必然不可避免 的產生由于巖樣的差異引起的離散型。為解決巖樣離散型問題及降低試驗操作等偶爾誤差 的影響，以往均在采取如下方式：
[0004] 1、增加試驗樣本。按照統計學原理，試驗樣本數量越大，則試驗值越接近其真實 值，增加試驗樣本無疑可以有效解決巖樣離散型問題及降低試驗操作等偶爾誤差的影響。
[0005] 2、盡量使試驗條件和過程與理論情況一致。由于最終巖石抗拉強度值是將試驗數 據代入理論公式得到，若試驗條件或操作過程偏差較大，巖樣受力與理論不符，則無法得出 其真實抗拉強度。
[0006] 增加試驗樣本，必然導致試驗成本的增加，另外無論采用何種精密儀器，試驗操作 步驟如何細致，亦不可能消除誤差。因此，目前亟待解決的問題是：在基于已有的試驗儀器 的基礎上，如何改進試驗方法以降低試驗成本且能保持甚至提高試驗結果準確性。


【發明內容】

[0007] 本發明所要解決的技術問題是提供一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，可 以在大幅降低試驗成本的前提下，提高試驗結果的準確性。
[0008] 為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種多次劈裂測巖石抗拉強 度的試驗方法，包括以下步驟：
[0009] -、制備待測巖樣；
[0010] 二、沿徑向第一次劈裂試驗；
[0011] 三、將劈裂后的巖樣膠結；
[0012] 四、更換非膠結位置，進行第二次劈裂試驗；
[0013] 五、將劈裂后的巖樣膠結；
[0014] 六、繼續劈裂試驗直到最大容許劈裂次數；
[0015] 通過以上步驟得到所測巖樣的多次抗拉強度數值。
[0016] 所述的巖樣高徑比為0. 5?1，巖樣兩端磨平，側面光滑無凸起。
[0017] 將破壞的巖樣取出，在巖樣破壞面上均勻涂抹膠結物質后壓合，使其接觸面基本 無空隙，兩端面確保平整，側面光滑，待其接觸面膠水固結；
[0018] 所述膠結物質固結后的抗拉強度應盡量接近待測巖樣的抗拉強度。
[0019] 所述的最大容許劈裂次數為6次。
[0020] 在后的劈裂面與在先的劈裂面之間的夾角大于或等于30°。
[0021] 將多次所測結果代入巖石劈裂試驗抗拉強度計算公式： 2P
[0022] R =- TiDh
[0023] 其中：R為巖石抗拉強度，P為巖石破壞時最大加載力，D為圓柱形試件直徑，h為 圓形試件高度；
[0024] 或者 2P
[0025] R =-- n<T
[0026] 其中：R為巖石抗拉強度，P為巖石破壞時最大加載力，a為立方體試件邊長；
[0027] 得到多次所測巖石抗拉強度RpR2 -- *Rn。
[0028] 多次所測巖石抗拉強度結果中，按R1彡R2彡? --彡Rn進行排列，若比較Rp Rn 即有RnA1S 1.3,則最終結果為尺=丄(A+ 4+…+ A) 〇
[0029] 若RiyZR1 > 1 ? 3，則同時剔除該兩項值；
[0030] 繼續比較馬、1^_1，若有1^_1/%彡1.3，則最終結果為丑=-^(/? 2+... +尺"丨）； n - 1
[0031] 若RnVR2 > 1. 3,則再次剔除該兩項值；
[0032] 若多次比較均不滿足Rmax/Rmin彡1. 3,則本組試驗作廢。
[0033] 若三次比較均不滿足Rmax/Rmin彡1. 3,則本組試驗作廢。
[0034] 本發明提供的一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，通過在一個巖樣上進行 多次劈裂試驗，測定多個巖石抗拉強度數據的方法，既能大幅度降低試驗成本，又能提高試 驗結果的準確性。本發明的試驗方法能大大減少由于巖樣不同導致的測量結果離散型問 題，即使對于同一巖樣，由于操作的失誤，巖樣側面不光滑等等原因，傳統一次劈裂所測結 果難免產生較大隨機性，而采用本發明的試驗方法則可減少，甚至避免此類誤差。因此本發 明對于測量巖石的抗拉強度具有重要工程運用價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：
[0036] 圖1為本發明中巖樣的劈裂面的選取示意圖。
[0037] 圖2為本發明中巖樣固定示意圖。
[0038] 圖3為本發明中巖樣第一次劈裂試驗垂向變形速率圖。
[0039] 圖4為本發明中巖樣第一次劈裂試驗橫向變形速率圖。
[0040] 圖5為本發明中巖樣第二次劈裂試驗垂向變形速率圖。
[0041] 圖6為本發明中巖樣第二次劈裂試驗橫向變形速率圖。
[0042] 圖7為本發明中巖樣第三次劈裂試驗垂向變形速率圖。
[0043] 圖8為本發明中巖樣第三次劈裂試驗橫向變形速率圖。
[0044] 圖中：巖樣1，第一次劈裂面2,第二次劈裂面3,第三次劈裂面4,第四次劈裂面5， 第N次劈裂面6，劈裂試驗裝置7，壓頭8。

【具體實施方式】
[0045] 一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，包括以下步驟：
[0046] -、制備待測巖樣1 ;
[0047] 巖樣若為圓柱形試件，則其高徑比應為〇. 5?1。選定巖樣后，若為圓柱形試件應 先將兩端磨平，使圓柱形巖樣兩端平整，側面光滑無凸起，若為立方體試件則將其6個面都 應磨平。巖樣打磨的主要目的在于使儀器加載時巖樣內力按理論形態分布，并使儀器傳感 器能反映出較為準確的數值，如圖1、2中所示。
[0048] 二、沿徑向第一次劈裂試驗；
[0049] 待劈裂試驗裝置7及巖樣準備好后，根據米取的加載方式將巖樣放入RMT-150C巖 石劈裂試驗裝置7內固定，如圖2所示。調試并運行試驗儀器，劈裂試驗開始，壓頭8加壓 直到巖樣破壞，記錄下第一次巖樣破壞時最大加載力。巖樣固定過程中，應盡可能使上下兩 根墊條之間的連線長度即為圓形巖樣的直徑或立方體巖樣的高度，巖樣應與上下兩根墊條 完全接觸，初步固定完成后，用手輕按頂部，巖樣不晃動，則固定完成。
[0050] 三、將劈裂后的巖樣膠結；
[0051] 將破壞的巖樣取出，在巖樣破壞面上均勻涂抹膠結物質后用力壓合，使其接觸面 基本無空隙，兩端面確保平整，側面光滑，盡可能將巖樣恢復到破壞前狀態。然后將其放在 干燥平整的桌面上，待其接觸面膠水固結。視膠結材料性質及環境溫度而定，一般固結時間 取12h為宜。
[0052] 由于每次劈裂面不重復，而巖樣破壞只與劈裂面的抗拉強度有關，實際巖樣膠結 處膠結厚度約為〇. 5_左右，巖樣直徑為50_，膠結面積占整個劈裂面1%以下。定義膠結 面對試驗測試結果的影響因子€ = S X入，其中：S為膠結處面積占整個劈裂面比例，入 為膠結物質與巖石的抗拉強度比，由于S <1%，若采用的膠結物質與巖石的抗拉強度比 差別不大，則其對結果的影響是非常有限的。此步驟主要注意兩點：一是應盡量選擇固結后 其抗拉強度與待測巖樣差異不大的膠結物質，二是膠結處固結后的厚度不宜太大，其厚度 應小于劈裂面長度的5%為宜。
[0053] 四、更換非膠結位置，進行第二次劈裂試驗；
[0054] 將膠結穩定后的巖樣依照第二步的步驟重復試驗一次，記錄第二次巖樣破壞時最 大加載力。此步驟重點在于為減少誤差必須使巖樣徹底膠結穩定后實施，另外兩次試驗的 劈裂面不能相同或者太過于接近，對于圓柱形試件側面劈裂的，多次劈裂面的交角應大于 或等于30°。如圖1所示。
[0055] 五、將劈裂后的巖樣膠結；
[0056] 六、繼續劈裂試驗直到最大容許劈裂次數；
[0057] 劈裂方法與上述步驟一致，其重點在于劈裂次數的限定。多次劈裂時，若前次劈裂 面不規則，平整度較差則不再繼續劈裂，或是巖樣劈裂后出現局部位置破損，且破損較大， 其位置為下次劈裂可能穿越處則不宜再繼續試驗。
[0058] 通過以上步驟得到所測巖樣的多次抗拉強度數值。
[0059] 優選的，所述膠結物質固結后的抗拉強度應盡量接近待測巖樣1的抗拉強度。
[0060] 優選的，所述的最大容許劈裂次數為6次，常用的為2?4次。
[0061] 將多次所測結果代入巖石劈裂試驗抗拉強度計算公式： n 2 P
[0062] i? = -- nun
[0063] 其中：R為巖石抗拉強度，P為巖石破壞時最大加載力，D為圓柱形試件直徑，h為 圓形試件高度；
[0064] 或者 n 2P
[0065] R=-- na~
[0066] 其中：R為巖石抗拉強度，P為巖石破壞時最大加載力，a為立方體試件邊長；
[0067] 得到多次所測巖石抗拉強度RpR2 --? Rn。
[0068] 多次所測巖石抗拉強度結果中，按R1 < R2 < ? ? ? <心進行排列，若比較Rp Rn 即有RyR1S 1.3,則最終結果為況=^(尺丨+&+_.. + &) O
[0069] 若RiyZR1 > 1. 3,則同時剔除該兩項值；
[0070] 繼續比較R2、Rlri，若有RnVR 2彡1. 3,則最終結果為尺=-+…+ ; n - I
[0071] 若RnVR2 > 1. 3,則再次剔除該兩項值；
[0072] 若多次比較均不滿足Rmax/Rmin彡1. 3,則本組試驗作廢。
[0073] 若三次比較均不滿足Rmax/Rmin彡1. 3,則本組試驗作廢。
[0074] 實測統計結果示例見表1。
[0075] 表1 :巖樣抗拉強度（Mpa)統計結果示例
[0076]

【權利要求】
1. 一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，其特征是包括以下步驟： 一、 制備待測巖樣（1); 二、 沿徑向第一次劈裂試驗； 三、 將劈裂后的巖樣膠結； 四、 更換非膠結位置，進行第二次劈裂試驗； 五、 將劈裂后的巖樣膠結； 六、 繼續劈裂試驗直到最大容許劈裂次數； 通過以上步驟得到所測巖樣的多次抗拉強度數值。
2. 根據權利要求1所述的一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，其特征是：所述 的巖樣（1)高徑比為〇. 5?1，巖樣（1)兩端磨平，側面光滑無凸起。
3. 根據權利要求1所述的一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，其特征是：將破 壞的巖樣取出，在巖樣破壞面上均勻涂抹膠結物質后壓合，使其接觸面基本無空隙，兩端面 確保平整，側面光滑，待其接觸面膠水固結； 所述膠結物質固結后的抗拉強度應盡量接近待測巖樣（1)的抗拉強度。
4. 根據權利要求1所述的一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，其特征是：所述 的最大容許劈裂次數為6次。
5. 根據權利要求1所述的一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，其特征是：在后 的劈裂面與在先的劈裂面之間的夾角大于或等于30°。
6. 根據權利要求1所述的一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，其特征是：將多 次所測結果代入巖石劈裂試驗抗拉強度計算公式：
其中：R為巖石抗拉強度，P為巖石破壞時最大加載力，D為圓柱形試件直徑，h為圓形 試件高度； 或者
其中：R為巖石抗拉強度，P為巖石破壞時最大加載力，a為立方體試件邊長； 得到多次所測巖石抗拉強度Ri、R2· · *Rn。
7. 根據權利要求6所述的一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，其特征是：多次 所測巖石抗拉強度結果中，桉R,彡R。彡···<心進行排列，若比較札成即有R nA1彡1. 3， 則最終結果>
1 v 〇
8. 根據權利要求7所述的一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，其特征是：若Rn/ R1 > 1. 3,則同時剔除該兩項值； 繼續比較R2、Rlri，若有RnVR2彡1. 3,則最終結果為 若RlriZiR2 > 1. 3,則再次剔除該兩項值； 若多次比較均不滿足Rmax/Rmin < I. 3,則本組試驗作廢。
9.根據權利要求8所述的一種多次劈裂測巖石抗拉強度的試驗方法，其特征是：若三 次比較均不滿足Rmax/Rmin < 1. 3,則本組試驗作廢。
【文檔編號】G01N1/28GK104374642SQ201410688098
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】劉杰, 唐亮, 李建林, 顏溧洲, 苑騰飛, 于振民, 夏俊 申請人:三峽大學