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实验9 测定岩石的点荷载强度

一、基本原理
点荷载试验是将岩石试样置于两个球形园锥状压板之间，对试样施加集中荷载，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。 

二、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，园锥的顶角为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，应保证试样加荷点间的测量精度达±0.2mm。
2、卡尺或钢卷尺；
3、地质锤。

三、操作步骤
1、试样制备
（1）试样分组：将肉眼可辨的、工程地质特征大致相同的岩石试样分为一组，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，每组试样约须15块。
（2）本试验可用岩芯样，规则或不规则岩块样，对不同形状试样的尺寸要求如下：岩芯径向试验，试样的径长比应大于1.0；轴向试验，试样的径长比应等于或小于1.0；不规则岩块样，其长（L）、宽（W）、高（h）应尽可能满足L≥W≥h（图9-3d），试样高度（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样尺寸的要求，另外，试样加荷点附近的岩面要修平整。
（3）根据试验要求对试样进行烘干或饱水处理。烘干试样：是在105~110℃温度下烘干12h；饱水试样，是先将试样逐步浸水，按试样高的1/4、1/2、3/4及4/4等份用6h将试样全部浸入水中（如试样高度很小，允许分1/2、1等份浸水），自由吸水48h，然后用煮沸法或真空抽气法饱和试样。
2、描述试样
　　描述内容：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。
3、试样尺寸粗测
　　对岩芯样及规则样，分别量测各试样的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸；对不规则岩块样，可过试样中心点测量试样的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸。
4、安装试样
　　试样安装前，先检查试验仪器的上、下两个加荷锥头是否准确对中，然后将试样放置试验仪中，摇动手摇油泵升起下锥头，使加荷锥头与试样的最短边方向（即h方向）紧密接触，注意让接触点尽量与试样中心重合。若需要测定结构面（层理、片理、节理等）的强度则应确保两加点的連线在同一结构中，如图9-4所示。
5、加荷
试样安装后，调整压力表指针到零点，以在10~60秒钟内能使试样破坏（相当于每秒0.05-0.1MPa）的加荷速度匀速加荷，直到试样破坏，记下破坏时的压力表读数（F）。
6、描述试样破坏的特点
正常的试样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，如图9-5所示，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。
　　7、破坏面尺寸测量
　　试样破坏后，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）其方法见图9-3，图中分岩芯径向试验、岩芯轴向试验和不规则块体试验四种情况说明了D和Wf的测量方法，测量误差不超过±0.2mm。  

8、重复试验
　　重复步骤3~7对其余试样进行试验。
9、计算及成果资料整理
　　（1）按下式计算试样破坏荷载

式中：P――试样破坏时总荷载（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――试样破坏时的油压表读数（MPa）。

（2）按下式计算试样的破坏面积和等效园直径的平方值

式中：Af　――试样的破坏面面积（mm2）；
D――在试样破坏面上测量的两加荷点之间的距离（mm）；
Wf　――试样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园的直径（mm）。
（3）按下式计算岩石试样的点荷载强度

式中：IS――试样点荷载强度（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，最后结果取至小数后二位。

四、试验报告内容
1、整理记录表格，格式附表9-1。
附表9-1　　　　　　　　　点荷载试验记录表
1
试样编组

岩石
名称

采样
地点

仪器系
数　C

2
试样编号

3
试样形状

4
含水状态

5
加荷方向

6
试样尺寸
长L　（mm）

宽W　（mm

高h　（mm）

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
等效园直径平方

12
点荷载强度（ （MPa）

13
IS平均值（MPa）

14
试样破坏特征

试验：　   　　　　计算：　　　　  　　　校核：　　　   　　　年　　　月　　　日
2、整理试样描述资料。
3、思考题：
（1）点荷载试验是在怎样的应力状态下进行的？其试样破坏属于什么破坏形式？
（2）与劈裂法试验相比较有什么异同？

五、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、安装试样时，上、下加荷点应注意对准试样的中心，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，在测量加荷点是距离D时，应将卡尺对准试样破坏上加荷锥留下来的两个凹痕底进行量测。