测定岩石单轴抗压强度的方法与步骤

【任务描述】

本任务是在分析岩石抗压强度指标的基础上，根据《公路工程岩石试验规程》(JTG E41—2005)规定的方法测定岩石的单轴抗压强度。

【学习目标】

①熟悉岩石单轴抗压强度的定义及其影响因素。

②能按《公路工程岩石试验规程》(JTG E41—2005)规定的方法测定岩石的单轴抗压强度，会进行试验结果的计算，并能完整、规范地填写试验检测记录表。

1.相关知识

岩石的抗压强度是反映岩石力学性质的主要指标之一，它在岩体工程分类、建筑材料选择及工程岩体稳定性评价计算中都是必不可少的指标。影响岩石抗压强度的因素主要包括两个方面：一是岩石本身方面的因素，如矿物组成、结构构造及含水状态等，其中含水状态对岩石强度的影响称为软化性，用软化系数表示；二是试验条件，如试件形状、大小、高径比及加工精度、加载速度等。

岩石的单轴抗压强度是指标准试件经吸水饱和后，在单轴受压并按规定的加载条件下，达到极限破坏时，单位承压面积的强度。

单轴抗压强度按式(1.7)计算：

式中　R——岩石的单轴极限抗压强度，MPa；

P——试件破坏时的荷载，N；

A——试件的截面积，mm2。

软化系数按式(1.8)计算：

式中　Kp——软化系数；

Rw——岩石饱和状态下的单轴抗压强度，MPa；

Rd——岩石烘干状态下的单轴抗压强度，MPa。

2.测定岩石的单轴抗压强度

对于公路工程岩石的单轴抗压强度标准试件，按《公路工程岩石试验规程》(JTG E41—2005)规定，建筑地基的岩石(岩块)是制备成50mm±2mm、高径比为2∶1的圆柱体试件；桥梁工程用石料是制备成70 mm±2 mm的立方体试件；路面工程用石料是制备成边长为50 mm±2 mm的立方体(或直径和高度均为50 mm±2 mm的圆柱体)试件。

T 0221—2005单轴抗压强度试验

1　目的和适用范围

单轴抗压强度试验是测定规则形状岩石试件单轴抗压强度的方法，主要用于岩石的强度分级和岩性描述。

本法采用饱和状态下的岩石立方体（或圆柱体）试件的抗压强度来评定岩石强度（包括碎石或卵石的原始岩石强度）。

在某些情况下，试件含水状态还可根据需要选择天然状态、烘干状态或冻融循环后状态。试件的含水状态要在试验报告中注明。

2　仪器设备

①压力试验机或万能试验机。(www.xing528.com)

②钻石机、切石机、磨石机等岩石试件加工设备。

③烘箱、干燥器、游标卡尺、角尺及水池等。

3　试件制备

3.1　建筑地基的岩石试验，采用圆柱体作为标准试件，直径为50 mm±2 mm、高径比为2∶1。每组试件共6个。

3.2　桥梁工程用的石料试验，采用立方体试件，边长为70 mm±2 mm。每组试件共6个。

3.3　路面工程用的石料试验，采用圆柱体或立方体试件，其直径或边长和高均为50 mm±2mm。每组试件共6个。

有显著层理的岩石分别沿平行和垂直层理方向各取试件6个。试件上、下端面应平行和磨平，试件端面的平面度公差应小于0.05 mm，端面对于试件轴线垂直度偏差不应超过0.25°。对于非标准圆柱体试件，试验后抗压强度试验值应进行相应的换算。

4　试验步骤

4.1　用游标卡尺量取试件尺寸（精确至0.01 mm）。对立方体试件，在顶面和底面上各量取其边长，以各个面上相互平行的两个边长的算术平均值计算其承压面积；对于圆柱体试件，在顶面和底面分别测量两个相互正交的直径，并以其各自的算术平均值分别计算底面和顶面的面积，取其顶面和底面面积的算术平均值作为计算抗压强度所用的截面积。

4.2　试件的含水状态可根据需要选择烘干状态、天然状态、饱和状态、冻融循环后状态。

4.3　按岩石强度性质，选定合适的压力机。将试件置于压力机的承压板中央，对正上、下承压板，不得偏心。

4.4　以0.5～1.0 MPa/s的速率进行加荷直至破坏，记录破坏荷载及加载过程中出现的现象。抗压试件试验的最大荷载记录以N为单位，精度为1%。

5　结果整理

5.1　岩石的抗压强度和软化系数分别按式（T 0221.1）、式（T 0221.2）计算。

式中　R——岩石的抗压强度，MPa；

P——试件破坏时的荷载，N；

A——试件的截面积，mm2。

式中　Kp——软化系数；

Rw——岩石饱和状态下的单轴抗压强度，MPa；

Rd——岩石烘干状态下的单轴抗压强度，MPa。

5.2　单轴抗压强度试验结果应同时列出每个试件的试验值及同组岩石单轴抗压强度的平均值；有显著层理的岩石，分别报告垂直与平行层理方向的试件强度的平均值。计算值精确至0.1 MPa。

5.3　软化系数计算值精确至0.01，3个试件平行测定，取算术平均值；3个值中最大值与最小值之差不应超过平均值的20%，否则，应另取第4个试件，并在4个试件中取最接近的3个值的平均值作为试验结果，同时在报告中将4个值全部给出。

5.4　试验记录

单轴抗压强度试验记录应包括岩石名称、试验编号、试件编号、试件描述、试件尺寸、破坏荷载、破坏形态等内容。