点荷载强度试验.doc

试验二 点荷载强度试验
一、试验目的
点荷载试验是将岩石试件置于两个球形园锥状压板之间，对试件施加集中荷载，直至破坏，然后根据破坏荷载求得岩石的点荷载强度。点荷载强度，可作为岩石强度分类及岩体风化分类的指标，也可用于评价岩石强度的各向异性程度，预估与之相关的其它强度如单轴抗压强度和抗拉强度等指标。
点荷载强度试验适用于各类规则或不规则的岩石，既可以是钻孔岩心，也可以是从岩石露头、勘探坑槽、平洞、巷道中采取的岩块。本次试验分别测定岩石在天然状态下的点荷载强度。
二、试样制备
1、试件分组：将肉眼可辨的、工程地质特征大致相同的岩石试件分为一组，如果岩石是各向异性的（如层理、片理明显的沉积岩和变质岩），还应再分为平行和垂直层理加荷的亚组，每组试件约须15块。
2、本试验可用岩芯样，规则或不规则岩块样，对不同形状试件的尺寸要求如下：（１）当采用岩心试件作径向试验时，试件的长度与直径之比不应小于１；作轴向试验时，加荷两点间距与直径之比宜为0.3～1.0；（２）当采用方块体或不规则块体试件作试验时，其长（L）、宽（W）、高（h）应尽可能满足L≥W≥h（图9-3d），试件高度（h）一般控制在0.5~10cm间，使之能满足试验仪器加载系统对试件尺寸的要求，另外，试件加荷点附近的岩面要修平整。
3、试件含水状态可根据需要选择天然含水状态、烘干状态、饱和状态或其它含水状态。
4、同一含水状态下的岩心试件数量每组应为5-10个，方块体或不规则块体试件数量每组应为15～20个。
三、 试件描述
1、岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程序、胶结物性质等。除岩性外，重点应对其结构构造特征（如颗粒粗细，排列以及节理、层理等发育特征）及风化程度等进行描述。
2、试件形状及制备方法。
3、加荷方向与层理、节理、裂隙的关系。
4、含水状态及所使用的方法。 　
四、主要仪器设备
1、点荷载试验仪：如下图所示，它包括：

（1）加载系统，由摇式油泵、承压框架，球端园锥状压板组成。油泵出力一般约为50kN；加载框架应有足够的刚度，要保证在最大破坏荷载反复作用下不产生永久性扭曲变形；球端园锥状压板球面曲率半径为5mm，圆锥的顶角为60°（见下图），采用坚硬材料制成。  

（2）油压表：量程约为10MPa，其测量精度应保证达到破坏荷载读数（P）的2%，整个荷载测量系统应能抵抗液压冲击和振动，不受反复加载的影响。
（3）标距测量部分：采用0.2mm刻度钢尺或位移传感器，应保证试件加荷点间的测量精度达±0.2mm。
2、卡尺或钢卷尺；
3、地质锤。
五、试验步骤
1、试件尺寸粗测
对岩芯样及规则样，分别量测各试件的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸；对不规则岩块样，可过试件中心点测量试件的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸。
2、安装试件
（１）径向试验时，将岩心试件放入球端圆锥之间，使上下锥端与试件直径两端紧密接触。接触点距试件自由端的最小距离不应小于加荷两点间距的0.5。
（２）轴向试验时，将岩心试件放入球端圆锥之间，使上下锥端位于岩心试件的圆心处并与试件紧密接触。
（３）方块体与不规则块体试验时，选择试件最小尺寸方向为加荷方向。将试件放入球端圆锥之间，使上下锥端位于试件中心处并与试件紧密接触。接触点距试件自由端的距离不应小于加荷点间距的0.5。
3、加荷
试件安装后，调整压力表指针到零点，以在10～80秒钟内能使试件破坏（相当于每秒0.05-0.1MPa）的加荷速度匀速加荷，直到试件破坏，记下破坏时的压力表读数（F）。
4、描述试件破坏的特点
正常的试件破坏面应同时通过上、下两个加荷点，如果破坏面只通过一个加荷点，便产生局部破坏，则该次试验无效，应舍弃，破坏面的描述还应包括破坏面的平直或弯曲等情况。
　 5、破坏面尺寸测量
试件破坏后，须对破坏面的尺寸进行测量，测量的尺寸包括上、下两加荷点间的距离（D）和垂直于加荷点連线的平均宽度（Wf）。
六、试验成果整理
1、试验数据记录表见附录3。
2、计算公式
（1）按下式计算试件破坏荷载：

式中：P――试件破坏时总荷载（N）；
C――仪器标定系数（为千斤顶的活塞面积，mm2），一般在各仪器的说明书都有该仪器的标定系数供参考；
F――试件破坏时的油压表读数（MPa）。
（2）按下式计算试件的破坏面积和等效园直径的平方值：

式中：Af　――试件的破坏面面积（mm2）；
D――在试件破坏面上测量的两加荷点之间的距离（mm）；
Wf　――试件破坏面上垂直于加荷点连续的平均宽度（mm）；
De　――等效园直径，为面积与破坏面面积相等的圆的直径（mm）。
（3）按下式计算岩石试件的点荷载强度：

式中：IS――试件点荷载强度（MPa），其余符号同前。
（4）求平均值：
当测得的点荷载强度数据在每组15个以上时，将最高和最低值各删去3个，如果测得的数据较少时，则仅将最高和最低值删去，然后再求其算术平均值，作为该组岩石的点荷载强度。
3、计算值精确至0.01。
七、注意事项
1、由于岩石点荷载强度一般都比较低，因此在试验中一定要控制好加荷速度，慢慢加压，使压力表指针缓慢而均匀地前进。
2、安装试件时，上、下加荷点应注意对准试件的中心，并使其加荷面垂直于加荷点的连线。
3、在对软岩进行试验时，加荷锥头常有一定的嵌入度，因此，在测量加荷点的距离D时，应将卡尺对准试件破坏上加荷锥留下来的两个凹痕底进行量测。

附录2 点荷载试验记录表
1
试件编组

岩石名称

仪器编号

仪器系数　C

2
试件编号

3
试件形状

4
含水状态

5
试件尺寸
长L　（mm）

宽W　（mm）

高h　（mm）

6
加荷方向

7
压力表读数F（MPa）

8
总荷载 （N）

9
加荷点间距离D（mm）

10
破坏面宽度Wf（mm）

11
等效圆直径平方

12
点荷载强度（MPa）

13
试件破坏特征

    试验：　    　　　　　　 　计算：　　　　         　　 　　校核：　　　    　　　 　年　　　月　　　日