崔德山-岩土测试技术5-第1篇室内试验-岩石的物理力学试验

中国地质大学（武汉）工程学院岩土测试技术FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)崔德山工程地质与岩土工程系2020年2月24日中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系2FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)工程岩体头宽10m，上有螺髻石块1021块，长78cm，顶部31.5×31.5cm，根部24×24cm。乐山大佛，通高71米，开凿于岩体中，始于唐代开元元年（713年），成于贞元十九年（803年），历时九十年。中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系3FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)工程岩体试验方法•工程岩体试验：岩块试验、岩体变形试验、岩体强度试验、岩石声波测试、岩体应力测试、岩体观测。•岩块试验主要是指室内试验：含水率、颗粒密度、块体密度、吸水性、膨胀性、耐崩解性、单轴抗压强度、冻融试验、单轴压缩变形、三轴压缩变形、抗拉强度、直剪试验、点荷载强度试验等。•为了更深入了解物理力学性质，经常还需要做XRD、XRF和岩矿鉴定试验。提纲一岩体与岩块的区别二岩块的物理性质试验三岩块的力学性质试验四岩块的微观试验五工程实例-大足石刻168窟中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系5FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)一岩体与岩块的区别中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系6FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩石•岩石：天然形成的、压缩成固体的、具有强连接力的矿物集合体。•岩体：岩石组合构成的地质体，它是在一定的地质结构条件下形成的，并具有一定的物理和地质特性。•岩块：坚硬岩石的分离部分，没有明显结构面，或是松散岩石的一小部分。1-岩体2-岩体中的岩石3-松动的岩石4-岩块5-岩石中的矿物中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系7FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩块•岩块（Rock)是没有包含显著软弱面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元。•岩块是由晶质和非晶质矿物颗粒组成。•岩块的物理力学性质，在很大程度上取决于矿物本身的物理力学性质。中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系8FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体•岩体（Rockmass）是由地质过程中形成的岩块和软弱面网络组成。•岩体具有天然应力。•岩体的强度、变形和渗透性主要受软弱面网络所控制。链子崖危险体中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系9FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩体与岩块主要区别•与岩块相比，岩体强度低、易变形。•岩块可以当作均质、各向同性的介质来处理，而岩体则不能。•岩体与岩块的渗透性不同。•岩块是矿物颗粒连接，岩体主要是软弱面连接。断层处岩体、岩块岩块中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系10FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)二岩块的物理性质试验中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系11FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩块的物理性质试验含水率•烘干法•微波湿度颗粒密度•比重瓶法•水中称量块体密度•量积法•水中称量•蜡封法吸水性•岩石吸水率•岩石饱和吸水率膨胀性•自由膨胀率•侧向约束膨胀率•膨胀压力耐崩解性•崩解量•崩解率中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系12FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)含水率试验•105℃~110℃•大于最大矿物颗粒直径10倍•结构面充填物按“土”来试验•不少于24h0-100smsmmwm中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系13FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)颗粒密度试验•岩石粉碎，过0.25mm筛•烘干，装入比重瓶•煮沸或抽真空•注入蒸馏水或煤油12sswTsmmmm中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系14FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)块体密度试验含水率颗粒密度块体密度吸水性膨胀性耐崩解性量积法规则试件蜡封法崩解、溶解岩石水中称量法除缩胀外中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系15FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)吸水性试验含水率颗粒密度块体密度吸水性膨胀性耐崩解性吸水率饱和吸水率中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系16FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)膨胀性试验含水率颗粒密度块体密度吸水性膨胀性耐崩解性自由膨胀率侧向约束膨胀率体积不变膨胀压力中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系17FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)膨胀性试验含水率颗粒密度块体密度吸水性膨胀性耐崩解性自由膨胀率0.001.002.003.004.005.006.007.008.00050100150200无侧限膨胀率/%t/minX方向Y方向Z方向中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系18FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)耐崩解性试验含水率颗粒密度块体密度吸水性膨胀性耐崩解性10个浑圆状耐崩解试验机崩解后中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系19FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)耐崩解性试验编号初始1st2nd3rd4th5th17#/20℃17#/30℃16#/40℃不同温度下泥岩的耐崩解试验中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系20FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)三岩块的力学性质试验中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系21FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)岩块的力学性质试验单轴抗压强度•天然状态•烘干状态•饱和状态•其他含水状态单轴压缩变形试验•电阻应变片法•千分表法•传感器法•照相法三轴压缩强度试验•真三轴•假三轴抗拉强度试验•直接拉伸法•劈裂法•弯曲梁法•圆盘弯曲法直剪试验•平推法点荷载强度试验•径向试验•轴向试验•不规则样中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系22FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)单轴抗压强度试验单轴抗压强度单轴压缩变形三轴压缩强度抗拉强度直剪试验点荷载强度051015202530051015应力（MPa）应变（10-4）•圆柱体，直径宜为48~54mm•直径应大于最大颗粒的10倍•高径比2.0~2.5•加载速度0.5~1.0MPa/s𝜂=𝑅𝑤𝑅𝑑软化系数《工程岩体分级标准》(GB50218-2014)中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系23FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)单轴抗压强度试验-冻融单轴抗压单轴抗压强度单轴压缩变形三轴压缩强度抗拉强度直剪试验点荷载强度•冻：-20℃±2℃下冻4h•融：20℃±2℃下融4h•冻融循环：25、50、100次•计算冻融质量损失率、冻融单轴抗压强度、冻融系数𝐾𝑓𝑚=𝑅𝑓𝑚𝑅𝑊冻融系数中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系24FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)单轴压缩变形试验单轴抗压强度单轴压缩变形三轴压缩强度抗拉强度直剪试验点荷载强度•电阻应变片、千分表•测量轴向变形和径向变形•加载速度0.5~1.0MPa/s𝜀𝑙=Δ𝐿𝐿轴向应变𝜀𝑑=Δ𝐷𝐷𝐸𝑎𝑣=𝜎𝑏−𝜎𝑎𝜀𝑙𝑏−𝜀𝑙𝑎平均弹性模量𝜇𝑎𝑣=𝜀𝑑𝑏−𝜀𝑑𝑎𝜀𝑙𝑏−𝜀𝑙𝑎径向应变泊松比bab中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系25FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)单轴压缩变形试验单轴抗压强度单轴压缩变形三轴压缩强度抗拉强度直剪试验点荷载强度•LVDT是线性可变差动变压器•测量轴向变形和径向变形•加载速度0.5~1.0MPa/s中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系26FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)单轴压缩变形试验单轴抗压强度单轴压缩变形三轴压缩强度抗拉强度直剪试验点荷载强度•2~3台CCD相机结合CT扫描。•测量轴向变形和径向变形•加载速度0.5~1.0MPa/s中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系27FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)三轴压缩强度试验单轴抗压强度单轴压缩变形三轴压缩强度抗拉强度直剪试验点荷载强度•圆柱体，高径比2.0~2.5•固结加载速率0.05MPa/s•加载速度0.5~1.0MPa/s•改变侧压力，求抗剪强度指标中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系28FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)抗拉强度试验单轴抗压强度单轴压缩变形三轴压缩强度抗拉强度直剪试验点荷载强度•圆柱体，高径比0.5~1.0•加载速度0.3~0.5MPa/s𝜎𝑡=2𝑃𝜋𝑑ℎ抗拉强度中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系29FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)剪切试验-平堆剪切单轴抗压强度单轴压缩变形三轴压缩强度抗拉强度剪切试验点荷载强度•岩石：直径或边长不小于50mm•岩石结构面：直径或边长不小于50mm•混凝土与岩石接触面：正方体，边长不宜小于150mm•剪切缝宽度为边长5%•法向荷载稳定后，施加剪切荷载•分8~12级施加0501001502002503003500246810D（mm）τ(KPa)σ=200Kpaσ=400Kpaσ=600Kpaσ=800Kpa中国地质大学（武汉）工程学院工程地质与岩土工程系30FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)剪切试验-变角剪切•岩石：直径或边长不小于50mm•剪切缝宽度为边长5%•法向荷载稳定后，施加剪切荷载•分8~12级施加sinAPcosAP中国地质大学（武汉）工程学院工程