DL 5006-1992（条文说明） 水利水电工程岩石试验规程(补充部分).pdf

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1、中华人民类和国行业标准水利水电工程岩右试验规程（补充部分）DL 5006-92 条文说明主编部门z成都勘测设计院批准部门s能源部水利部目次第一章岩块试验说明书.”.103 第一节含水量试验说明书.1()3第二节膨胀性试验说明书.104 第三节耐崩解试验说明书.”108第四节冻融试验说明书.”川110 第五节点荷载试验说明书，第六节岩石声波速度试验说明书.”.第七节岩石容重试验（高分子树脂胶涂料法）说明书.“121第八节变形试验（弹性常数测定仪法）说明书125 事二章岩体变形试验”.130 第一节岩体声波速度试验说明书叫.130 第二节钻孔岩体变形试验说明书142 扩第三节柔性承压板中心孔法试验

2、说明书151 第三章岩体强度试验说明书.156 第一节岩体三轴试验说明书156 第二节岩体沿软弱结构面直剪蠕变试验说明书.162 第三节岩体沿软弱结构面限胀直剪试验说明书.168 第四章岩体应力测试说明书.173第一节钻孔应力测试（压磁应力计法）说明书.173 第二节孔壁陀变测试（水下深孔法）说明书.178 第五章岩体原位观测说明书.184. 第一节洞室收敛观测说明书第二节钻孔岩体轴向位移观测说明书第三节钻孔岩体横向位移观测（测斜仪法说明书l 98 第四节钻孔岩体横向位移计观测（挠度计法）说明书.203 第五节岩体应变观测说明书第六节岩体压力观测滚压应力计法）说明书.218第七节岩体锚固荷载观

3、测说明书220主要参考文献10? 第一章岩块试验说明书第一节含水量试验说明书一、概述。本节含水量试验，是针对测定帖土质岩石在天然状态下的含水情而制订的。坚硬岩石般测定天然含水量的意义不大，而且通常由于用水作冲洗液钻取岩心或爆破取样，也不可能测得天然状态下的真实含水量。至于测定坚硬岩石的干容重或要求获得烘干状态时的试样（如比重、吸水率、崩解、单轴和三轴压缩下的强度与变形试验等），烘干标准在1981年规程和本规程的相应章节内分别作了规定，仍按原规起执行。二、保存试样水分的万击。岩石含水量的测定，能否反映天然状态下的实际情况，取决于取样、运输、储存和试样制备过程中保存试样的方法。过去一般用蜡封法，但

4、蜡必须在较高的温度（60左右）下才能熔化为液态，而且常常因封闭不严，引起岩石含水量的变化。随着高分子材料的发展，新的封闭材料己广泛用于岩土试验。BStimpson等人提出保持岩石试样水分的方法，是将试样置于筒内，灌注英国生产的RM114和RMII8，这是一种聚氨基甲酸酣（简称聚氨醋）的泡沫材料，可以在30min左右固化。美国水土保持局封闭原状土的材料，采用萨冉树脂（Mixingsaran ），这是氯乙烯与偏二氧乙烯经共聚而成的高分子树脂材料，使之溶解于甲基乙基甲酣溶液中，将它涂在试样表面晾干后即可防止试样含水量的变化。黄河水利委员会勘测规划设计院科学试验研究所（简称黄委设计院科研所，下同）也研

5、究了两种高分子耐脂材料，一种是聚氯乙烯树脂胶，另一种是氯乙烯丙烯酸楚丙醋共聚物树脂胶，将其涂在试样表面，一般涂两至三层即可保持试样水分不受到损失。这种涂料的配方和使用，在本规程第七节容重试验（高分子树脂涂料法）说明书内予以详细说明。三、烘干标准。试样烘干的标准，目前国内外有关规程中有两种规定：一种用时间控制，规定在指定温度下烘若干小时；另一种用称重控制，规定在指定温度下烘至恒重由于烘干时间受岩石类型、试样尺寸、试样原始含水量、烘箱的类型和容积：烘炜的温度及其它因素的影响，因此应根据试样和仪器的具体情况来判断对于作比重试验的岩粉和坚硬岩石的标准试样，曾进行过大量比较试验有条件规定烘干时间，而帖土

6、质岩石试样尺寸不一，原始含水量差别较大，过去对这类岩石仅作了少量的研究，因此目前还只能采用称重控制。如果对这类岩石进行较多工作后，取得了标准烘干时间的论证，也可以用烘干时间控制用称重控制时，需要反复烘烽称重每次烘炜的时间，国外有关规程也没有统一的规定国际岩石力学学会建议方法没有规定时间：国际材料与结构试验研究协会规定烘2-1小时后称重；美国试验与材料学会规定第一次烘16h，以后每隔0.5h称重；英国国家标准坝103 定每次烘4h称重基于这种情况，本规程只规定烘姆的温度，而不规定每次烘姥的具体时间，这样有利于积累资料为今后改用时间控制创造条件在称重控制中，对于恒重又有两种解释：一种认为两次称重之

7、差不超过o.osg即达到恒重：另一种规定是相邻24h两次称重之差不超过后一次称重的千分之一国外有关规程多数采用后一个标准，只是烘姆的时间略有不同而已黄委会科研所用此标准核算过容重的误差，其值在0.0020.003g/cm3之间，不影响测试成果的计算精度，而且后者还考虑了试样重量与时间的因素，因此认为这种规定比较合理四、含有结晶水矿物的岩石。含水量测定中，“水”的含义是指“孔隙”水或“自由”水，而不包括矿物结晶水，因此对于含有结晶水矿物组成的岩石，应降低温度进行测定美国试验与材料学会认为将烘箱温度保持在605、或用抽气干燥缸在真空度约1333Pa ( lOmmHg）及2360温度下使其干燥可能更

8、为合适。国际材料与结构试验研究协会对此规定干燥温度不应超过40，环境的相对湿度为40%55%.为了统一这类岩石的烘烤温度，故建议采用40土5五、结语用高分子材料保存试样所含水分，是最近几年来发展的新方法。这种高分子材料用途广泛，今后将有更多的品种出现，只要满足在常温下困化而能达到隔水的要求，均可活用采用称重控制烘干试样，需要反复烘姆和称重，手续烦琐，建议在实践中进行一些烘干时间的比较试验逐步积累资料，取得标准烘干时间的论证，为今后修改规程改用时间控制进行试验创造条件第二节膨胀性试验说明书一、概述。粘土质岩石，特别是含膨胀晶格的岩石在干和湿的交替作用下，容易膨胀松动和崩解，往往造成地表和地下建筑

9、物的破坏，所以测定这方面物理力学性能的专门试验是很必要的由于国内和国外不少单位在确定岩石试样的规格及含水量、测试设备等条件很不相同，进行本项试验采用统一测试技术是非常必要的二、使用仪器及测定方法（一）岩石胀膨仪是我国近来发展的新仪器，它的特点是采用电子仪器测量膨胀压力仪器体积小、重量轻、携带方便，但由于国际岩石力学学会推荐的土壤固结仪，已被国内外广泛使用，故建议除采用岩石膨胀仪外，土壤固结仪也可使用，但加压方法应改变表I-2-1是膨胀仪与土壤固结仪对比成果表（二）试验中应考虑仪器自身变形，仪器的系统刚度应在试验前进行率定，方法参见水利电力部土工试验规程SD128，水利电力出版社1987年第二版

10、。关于滤纸问题，由于普通滤纸的变形量大，影响成果精度，故建议用美浓纸（即打字蜡纸的中间垫层（三）测寇方法目前国内常用的方法有以下儿种s/04 表1-2-1膨胀仪与固结仪对比试验成果表（阜新矿院作容重岩石膨胀仪作土壤团结仪作容重岩石膨胀仪作土壤团结仪作岩石名称的膨胀压力的膨胀压力岩石名称的膨胀压力的膨胀压力Cg/cm) 16.4 595.3 17.S 562.9 土样18.0 488.4 20.8 441.S 25.8 158.9 27.5 66.7 小浪底周家庄T:1.652.46 238.3823.8 2.848.4 泥岩及粘士页岩烘干747.31451. 4 7.612.5 4、浪底P，新

11、鲜2.97 57,9170.6 。.032.02粘土岩烘干190. l411.9 2.994.46 一1j、浪底口25Ti一102.4 168 粉砂质粘土岩32.4 270.7 粉砂质粘士岩53.67 69.7 粉砂质粘土岩6 3.67 95.7 粉砂质粘丰岩83.67 92,7 .li06 备注湖北勘察院平衡加压法，土容重1.96g/cm 黄委会设计院科研所平衡力日压法2.两端不平行度，最大不超过o.o5mm.3.端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25。四、试样含水量对试验成果的影响。表l-2-2与表I-2-3列出了含有膨胀晶格的粘土岩和泥岩的岩石的膨胀压力和膨胀率与含水量的关系。从表

12、中可看出，泥岩、粘土岩及土样本身含水量的多少是对试验成果有很大影响的。所以规程中规定试样应用天然含水量的民样边行试验。试验前的含水量应尽量接近相对天然含水量，一般不超过1%. 1-2-3 不同含水量的原状、嚣搜试样与膨胀压力的关来一试验前膨胀压力膨胀压力土，s性含水量（原状样（重塑样备注%(kPa) (%) 1性分级5R6 l-99 扮砂岩I 97.a / 94.6 1 9!.l /”.2 I ”. 7 1 24 / 6 I 8 I咿高58G-I 101 粉砂附叶I95.7 I 9!.8 I 88.5 I川口了门7 1 10 I中高百寸面画士轩Igg.o I 91.1 l “. 7 I们.6I

13、川I34 I 19 T王im仙l柏士页岩i川I 75.2 I “. I I 川I 盯.6I 23 I s I s 中等附141I泥岩I94.1 I 88.3 I “ .o I川I2. 6 I 24 I 附1-142 粘土岩川I82.4 I 79.7 I刊.II川24 I 5七三中高凡4(2)粘土岩I 95.2 I 84.1 I川I11. 7 I川22 1 6厂古？豆从表I-3寸可以看出胶结较好的岩石并不是一次干燥浸水循环便能达到浸水崩航的108 而往往需要几个循环，所以用此种方法可以得到满意的结果三、烘干标准。烘干试样的标准，有时间控制和称重控制两种规定国际建议方法中规定，在祖度105下烘干到

14、恒重。目前对帖土质岩石研究尚不多，但从小浪底少数实测资料来看，用时间控制还是可以的。粘土质岩石烘干lOh能够满足要求一般情况下，烘干lOh与烘干他相比，其烘干失水量的误差小于5%，见表I-3-2.寝1-32烘干失水量与烘干时间对比寝烘前重烘干失水量也编号岩石名称备注(g 4(h) 6(h) 自（h)II2s-10-1 粘土岩61.45 0.68 0.14 0.10 0.05 0.03 1125” 10 2 粘土岩53.17 0.65 0.11 0.06 0.03 0.02 1125-11)-3 粘土岩64.13 o. 75 0.14 0.10 0.03 0.03 1125-10-4 粘土岩59

15、.81 0.65 0.10 。.08。.030.03 II25-10-5 粘主岩64.:n 。.860.15 。.100.03 0.03 ll25-10-6 粘土岩68.77 0.72 0.14 o.o9 0.04 0.03 四、关于采用烘干样品作为干湿循环试样（一）国外已进行过的试验表明，风干与烘干样品浸水后含水量没有明显不同，但风干需要很长时间，所以采用烘干样品作为标准试样（二）黄委会设计院科研所于1986年将四块粉砂质帖土岩试样白天放在室外，晚上放到干燥器内，同时观测一个月，然后将其中1飞俨两个试样在105烘箱中烘干24h冷却称重后浸入水中48h，擦干称其重量；另将3馨、俨两个试样风干后

16、直接放入水中48h，擦干称其重量。从表1-3-3所列试验资料说明，烘干的1飞俨两个试样的吸水率平均值为3.625%，比3辑、4吸水率平均值2.79%大0.835%，而烘干试样所测定的含水量（平均值1.31% ）与！同一试样风干时所测定的含水量（平均值0.57%）相比约2.3倍，虽然二者含水量之差的绝对值仅为0.74%，但风干受环境温度与湿度的影响极大，对试样的风干标准不易掌握所以采用烘干试样作为标准是合适的表1-3-3鼠干与烘干含水量丑吸水率对比表岩石岩样厉试样重风干重烘干重吸水后试吸水率风干含；j(f在烘干含；k:,1 含水Jj己22值名称编号Cg) Cg) Cg) 样重Cg)(% 粉1#-

17、 .346. 86 344.82 342.15 354.64 3.65 0.59 1.36 o. 77 砂2#-346.2 44.49 341.93 354.23 3.60 0.55 I. 26 。.71质帖3#- 379.74 376.77 387.20 2.77 :t 髦4#- 116.54 ! !5.85 119.10 2.81 109 第四节冻融试验说明书概述。冻融试验分为直接冻融和间接冻融二种z直接冻融是试样放在空气中（慢冻）或水中（快冻）冻融的方法。间接冻融法也叫刮定性试验，是用硫酸铀溶液浸泡i式样，岩石浸入到硫酸铀榕液中，在岩石空隙中结晶时体积迅速膨胀而破坏岩石。考虑到水电工程中

18、岩石与水的密切关系，故采用直接冻融方法，但在做直接冻融试验条件不具备时（如没有冰箱或冷库时，则可用间接方法作为参考，当两者成果有矛盾时，以直接冻融为准。直接法又分慢冻和快院两种方法。慢冻法是在空气中冻4h水中融4h，每一次循环为Sh;快冻法是将试样放在装有水的铁盒中，铁盒放在冻融试验槽中，往槽中交替输入冷、热氧化钙溶液，使岩石冻融，每循环为2h.慢冻法和快冻法均以重量损失率和单轴抗压强度下降率作为评定指标。东北院科研所用边长7.07cm砂浆立方体试样，在冷库温度为一20时，做快慢冻融试验比较，测到试样中心温度过程线见图I-4-1.从图中可见，不管是快冻或慢冻，i式样受冻融破坏的机程是一致的，只

19、是破坏速度的快慢不同而己，也就是说快冻可以代替慢冻。快速冻融方法与慢冻方法相比较，具有试验周期短劳动强度低等优点，但有一个最大缺点是需要有个比较大的冷库和相应的一套设备，为此不能普遍开展这项试验。而慢冻法只要有一个冰箱或较小的冷库就能做试验由于以上原因，我们选择以慢冻为本规程中推荐的方法，如具备条件，也可用快速冻融方法25胁 5 440时间圳的。，“，ARPV组铜-10 -15 p 8 飞d4 也到弱。2飞40EO 60 -4 -8 -12 -15 图I-4-1试件中心温度过程线）快lfj;(b）慢冻110 二、冻融试验后的单轴抗压强度。19明年的规程（草案）规定冻融试验后测试样烘干状态的单轴

20、抗压强度，本规程w规定测定栋融后饱和状态下的单轴抗压强度因为烘矛状态抗压强度一般情况下犬于饱J和状态抗压强度，所以采用冻后饱和抗压强度比较合理，法样间组试样的三者单轴抗压强度就有如下规律z烘干抗压强度饱和抗压强度冻融抗压强度，更有利于正确地判断岩石的强度特性，因此冻融系数由原来的冻后和未冻的烘于抗压强度之比改为冻后和未冻的饱和状态的抗压强度之比，重量损失也由原来的烘干试样重量之差改为饱和试样重量之差，但必须注意，冻融试验时的试样必须充分饱和，即继续浸水到试样不再增加吸水量时，才可进行冻融试验，否则会出现冻融后试样重量大于冻融前试样重量的反常现象。有时虽注意；冻融前试样己充分饱和，还是出现冻融后

21、试样的重量大于冻融前，那是因为有些岩石经冻融后，它的微小裂隙增大，使吸水量增加，若试样没有发生掉块现象而重量增加，可以认为重量损失为零。三、冻融次数本规程中对冻融次数没有作明确的规定，应视工程需要，确寇其具体冻融次数以下规定可作参考z（一）一般情况下，以冻融25次为宜（二）严寒地区，可采用冻融50次（三）特殊情况下，冻融次数也可在50次以上岩石的冻融破坏是由于裂隙中的水结冰，体积膨胀，从而使岩石胀裂，因此当岩石的吸水率小于0.05%时，不必做此项试验第五节点荷载试验说明书一、概述。将岩石试样置于上下两个球端圆锥之间，对试样施加集中荷载，直至试样破坏，并测定其点荷载强度指数的试验，称为点荷载试验

22、点荷载试验实质上是“间接拉伸”试验的一种形式由于岩石的抗拉能力特别小，在集中荷载作用下，岩石试样内部产生的拉应力，导致了岩石发生拉断破坏，处于这种荷载状态下的岩石，大都具有脆性破坏的特征.50年代末和60年代初，苏联的普罗托季雅何诺夫（口p0TO)l;b5!KOHOB）和英国的霍布斯（Hobbs）公布了这项试验的最早成果，后经布劳奇（Broch）和富兰克林（Franklin）的研究和发展，现已作为岩石强度指标的一种表达形式点荷载试验是为岩石分类而建立的一种指标试验，同时还可用它预估与之相关的其它强度参数，例如单轴抗压和抗拉强度成都地质学院的对比试验表明：岩石的单轴抗压强度约为标准点荷载强度指数

23、I,c so的18.9倍：而I,(6川约为单轴抗拉强度的0.86倍布劳奇和富兰克林对15种岩石进行对比试验的结果是：单轴抗压强度为点荷载强度指数的23.7 倍，对不同类型的岩石或各向异性岩石，此比值还可变化在1550之间点荷载试验的优点是：试验设备小型轻便，现场和试验室均可进行，可用岩心、方块体和不规则岩块进行试验，因而大大降低了试验成本，缩短了试验周期，而且还能对常规武验无法进行的低强度和严重风饨的岩石进行测定),1,l 影响点荷载试验成果的因素有：试样的形状及尺寸、试样的含水状况、加荷速率等其中试样形状及尺寸是最关键的因素，因而，必须进行尺寸修正本规程规定尺寸修正的参考性直径为50mm，并

24、将岩心直径为50mm时所测得的点荷载强度指数称作标准点荷载强度指数I,cooi.对于任何直径岩心或岩块所测得的点荷载强度指数I，均应修正为I,o. -二、试验机及测量精度点荷载试验可在赏验室的压力机上进行。为了现场试验携带方便，一般设计专门的点荷载试验机目前，国内外所使用的点荷载试验机，其主要工作原理和结构基本相同，其中有些配有自动测记整理资料的装置（例如瑞典生产的轻便岩:i多用仪）点荷载试验机的结构大致分兰个部分2（一）加荷部分主要包括承载框架、油压活塞和加荷器对承载框架的要求是r有足够的刚度（一般按压力试验机的刚度要求设计），不致在加荷过程中发生过大变形，应能调节上、下加荷点之间的距离，可

25、以容纳不同尺寸的试样（一般这种调节范围为15lOOmm）。对于比较坚硬的岩石，要求试验机的荷载容量达到50kN.试样的最大尺寸由试验机的容量来定，而最小尺寸则取决于试验机的荷载和距离测量的灵敏度对软弱岩石和小尺寸试样，必须提高荷载和距离测量的灵敏度各研究者所采用的加荷器的形状和尺寸是不一致的赖克马特（Reichmuth ）对平面试样采用了球端圆杆（直径为3/8in），而对曲面试样则采用棍子（直径为3/8in）；在平松和冈的试验中则采用曲率半径为7.5mm的球状凸起模板z布劳奇和富兰克林用球端困锥状和模状两种加荷器作了对比试验，认为前者具有较多的优点，并将其标准化z球端的曲率半径为5mm，圆锥体

26、的顶角为60。选用这种顶角对试验软岩有特别重要的意义，因为软岩会发生贯人现象。球端部分应硬化，以保证经反复试验而不发生变形和不受损伤；上、下两个球端锥体应对准在同一轴线上，误差不应超过o.2mm；加荷系统中，不允许有球座或其他非刚性构件。（二）荷载测量部分，一般采用压力表或与加荷器连接的传感器。布劳奇等人提出z压力表应保证破坏荷载读数的精度达到土2%，在压力表上，应有一个最大值的指示装置，以便在试样破坏后保留破坏荷载值，荷载测量部位应避免振动和冲压的影响。（三）距离测量部分，用以量测试样破坏瞬间上、下锥体之间的距离若岩性坚硬而不发生贯人，采用其初始读数是足够精确的，而对软岩，试样破坏时，已发生

27、贯入，这时则要尽量测得试样破坏时已发生贯人的距离在本规程中以D作为初始读数、以D作为破坏瞬间的读数方块体和不规则岩块的试验，还需测庭垂直于加荷方向的试样菇度w.三、试样形态及试验条件（一）试样形态要求试样形态尺寸对试验结果的影响包括下述情况z1.试样半轴长L与直径D之比变化圆柱状试样）或试样最长的半轴L与最短半轴D之比llZ 2.L/D比值不变，L和D发生变化。关于径向试验z为了研究尺寸效应，布劳奇等人利用直径38mm、长度不同的砂岩和粗粒玄武岩试样进行了径向试验的研究。从固I-5-1可以看出2当L/D注0.5时，L基本保持不变；若L/Do.7时，若保持L/D值不变，则I，值随试样尺寸的增加而

28、降低，显然利用不同直径的岩心所测得的强度值就无法比较为此，布劳奇和富兰克林提出来用50mm的岩心直径作为“参考性直径”其他尺寸的岩心所测得的强度值应修正为“参考性直径”的强度值此外，上述研究者还发现，当这样尺寸过小时，所测得的强度值离散性较大因此，提出直径不应小于25mm，而比尼亚斯基则主张不能小于变化（方块体或不规则块体）$15 -. . : . . 宫内阳军: 10 . . 租粒玄武岩217 E-u . 向Hvda - nu 句a- OU F句“0.6 0.7 0.8 L/D i：二矿r：,-.i忏。L/D 图l-5-1破坏荷载与L/D的关系42口1口1关于轴向试验：方块体试验与不规则岩块

29、试验中试样尺寸形状的影响问题，许多研究者的看法不一，其中最关键的是对沿试样的长轴还是沿短轴加荷的看法不一致平松良雄、冈行俊、术宫一邦、迪尔纳（Diernat），迪福（Duffaut）和莫里（Maury）等人用光弹试验进行了应力分析，主张沿试样最短轴加荷木宫一邦指出啻只有如此才能使以加荷点间距为直径的理想球体完全包含在试样内的应力分布与球体内的应力完全相同z成都地质学院进行的光弹应力分析，也得出了应沿短轴加荷的结z普罗托季雅柯诺夫、布劳奇和富兰克林等人的试验都是沿着试样的最长轴加荷的，发现当长度与直径之比为1.10士0.02时，径向试验与轴向试验的结果相同；法国的研究者对花岗岩的试验表明z沿短轴

30、i加荷比沿长轴加荷其强度可增加一倍：某大学用边界型最小二乘配点法研究了岩石点荷载试样的应力状态表明：球形试样的破裂需要较大的极限荷载，而半轴比为1:2及2:1的椭球试样的破裂就只需球形试样极限荷载的1/2.从计算数据看，不能说明沿长轴还是沿短轴加荷好中国矿业学院对五种形状（近球形、椭球形、民方体、多棱体和四面体）的模型作有限元应力分析得出z试块的挺高比和形状不同，对应力分布影响代大即点荷载试验所采用的试块与形状元关可以看出z各研究者的研究方法和出发点不同，主张也各异本规程对轴向、方块体和不规则块体试验的试样，尺寸及加荷方向的规定是以“等价岩心直径概念为根据的从而，使轴向试验、方块体和不规则抉体

31、试验同径向试验一样，其试验成果均是等效的lls. （二）试样的含水状态点荷载强度指数与试样的含水状态有关i干试样通常较温试样强度高在豆子奇和富兰克林建议：在对岩石进行标准强度分类时，除专门要求用干岩石试样进行试验外，通常应采用饱水试样强度的数值若试验要求在天然含水状态下进行，应提供试验时的含水量，并在报告中说明测定这个指标的情况（三）关于试验数量。为保证成果的精度或质量，应有一定的试验数量。布劳奇和富兰克林用直径25mm的砂岩岩心进行了大量的试验。当试验数量超过1015块以后，再增加试验数量对提高成果精度的意义不大（图I-5-2）.本规程规定一组试验的敛量；岩心斗式样1015块；不规则岩块试样

32、应在20块以上。I附注？泣。；.，；-o一飞4以品子曳二气牛？气号伊；二晶膏。s 10 20 一一中值平均值30 40 试验敬囊图I-5-2 试验数量与强度值的关系（根据布劳奇等中值；平均值 成果的精度与计算方法有关。本规程规定一组试验成果平均值的计算方法，是在舍去两个最大值和最小值后再求平均值，这样就可以去掉那些最极端的成果的影响。在径向试验中，直径D一般是常数，可以按上述方法先求破坏荷载P的平均值，再计算强度值并进行尺寸修正，以便简化计算在其他方法的试验中，加荷点之间的距离D是变数，必须先计算出每一个试样的强度值并进行尺寸修正，然后求其平均值。四、尺寸修正。（一）通过加荷点平面的最小横截面

33、积问题。1982年格里敏（Greminger ）的报告中，根据实验资料作出了图I5-3.图中表明：甚至断裂面积六倍于试样的最小横截面积，试样的破坏荷载仍然由最小横截面积所控制。（二）关于试样W的测量对于测量哪种W值作为最小尺寸，有的主张与其测量试样破坏之前的，不如测量破坏面上的（例如德国标准的试验）；也有的认为计算点荷载强度指数，无论用哪种定义的W值差别不大。本规程规定采用破坏前垂直于加荷方向的最小试样宽度W，这样测量方便，特别是在现场遇到容易掉落碎块的试梓尤其如此。（三）尺才修正参数。对于公式F=(D./SO)m中的指数m值，最可靠的方法是对具有不同D就D，值四瑞样进行试验，建芷：D；与破蛛

34、精载P的关系并绘制PD；关系曲线。若在双对数坐标上点绘，则通常是一直线，见图I-5-4.所以尺寸修正系数中的m=2(1时，其U4 。一正确，量小确载面狈50 军20、10 6 4 3 . 画7 、. 8 5 4 2也骂vsgd1000 2500 D =7 .2MPa 圈1-5-3Bralchgoch岩块的I,c s ，值表明强度对实际断裂面积无关中系双对数坐标中D；P关系为直线时的斜率。布洛克（Brook对花岗岩和灰岩作的拭验给出的斜率n分别是0.839和0.700，平均的值约为0.770，所以，在国际建议方法中的m值取0.45.成都地质学院对花岗岩、粉砂岩、石英岩砾石等所作的试验，其斜率的平

35、均值约为o.8 （表I-5-1），因而，m值取0.4.通过验算，如果m取0.4，则与国际建议方法所提供的曲线吻合得更好m ” 的石岩种各寝1-5-1岩石名称源来料资” 均平叮试验次数民mnuoum唱io。nv. uh仙U65 峨媚花岗岩44 粉砂岩明.80039 粉砂岩一成都地质学院0.807 。.75420 粉砂岩二0.959 20 石英岩砾石三。.61日lq 矿铜NBrook o. 770 0.83臼9 花岗岩o. 700 （四）用于软岩的专门修正方法。用于计算点荷载强度指数的D值，应是试样破坏瞬间加荷点之间的距离一般情况下，取加荷前的初始距离值，但对软岩进行试验时，会发Jl5 8 岩灰坐

36、贯人当贯入的深度足够大时，用于计算的D值应取试样破坏瞬间的D值如试样小，于zsrnm时，为获i导所求的测量精度，最好采用电测设备，记录出破坏瞬间的D值五、结语岩ii点荷载强度指数属于岩石强度分类性指标，它是岩石在一个指定的测试条件下的特征值，采用通过加荷点平面的“最小横截面积”整理资料并进行尺寸修正，求得岩石的标准点荷载强度指数I.-肖除了本项试验的试样尺寸形状对成果的影响，从而使本项试验能够标准化第六节岩石声波速度试验说明书概淀。本规程中的声波测试方法，只涉及到测试岩石声波运动学指标，即纵波速度（Vp）、横波速度仰，）及动弹性模量（Ed）等。事实上接收到的声波讯号中，包含着极其丰富的能反映岩

37、石工程特性和力学特性的信息。过去，由于测试设备和技术水平的限制，未能开展声披频谱特性的研究工作。随着科学技术的进步，尤其是微型计算机的普及，目前已开始对超声披频谱特性进行研究，但试验设备和方法尚待进一步完善，成果解释还不成熟，因此有关声波频谱特性的试验方式，未列入本规程。岩石声波速度试验，一般采用脉冲超声波法。对于脉冲超声法，能否准确测读声波到达时间，将直接影响到测量精度，工作中应予特别重视纵波最先到达、较易识别；而横披在后，受到纵波余振及其它因素干扰，往往难于准确识别它的初至波到达的时间，给测量带来困难和误差，采用切变振动和扭转振动模式的专用横波换能器，是测读横波的一种有效方法。目前，共振法

38、在岩石试样中的应用尚不多见二、测试设备的选择和使用（一）在小尺寸的岩石试样上进行声波测试时，如要模拟无限介质的条件，则必需配备能满足测量精度的超声仪与其配套的换能器，因此，只要满足规程中要求的测试整机或组合配套设备，均可用来进行岩石试样的测试（二）仪器的使用，视具体情况而定，如同步触发脉冲的重复频率应选择适当。一方面要保证通过试样的超声波（特别是初至波）不受前一项余振的影响，又要使荧光屏上有足够的亮度（特别是快速扫描。一般同步触发以soHz为宜，适当调整激发脉冲电压和脉冲宽度，可使发射换能器输出的功率最大另外，还要合理调节扫描延时和选择放大器增益，使荧光屏上的波形清晰可见，便于准确判读。（三）

39、换能器。换能器是测试中的关键设备，发射换能器，是将脉冲发射系统输出的电脉冲信号，转换成声信号辐射给岩石试样：接收换能器是将岩石试样传播来的声信号，转换成电信号，送入放大器。换能器的种类很多，用于岩石试样的通常用压电陶瓷晶片做成的压电换能器，振动模式多为厚度振动型。专用横波换能器分为切变振动型、扭转振动型、横波转换型等由于我国在压电晶片切向极化二次被银工艺等生产上的问题己解诀，因此对岩石试样可直接用横披换能器测横波利用扭转振动型换能，器测试简便可靠，井有以下优点z116 l.测得的波速值就等于岩石试样横波波速值2.无频散l测得的披速值与使用的声波频率（披长）无关3.测量精度高对接收模能器的要求是

40、灵敏度高，通频带宽而平坦，指向性好以及有大的动态范围等对发射型的要求是机械品质系数Q值高，额定功率大，电声转换效率高，指向性好以及非线性失真小等换能器应有各种不同频率的规格，以满足不同要求的测试。需要特别注意的是共振法所用的换能器，其机械品质系数Q值越小越好。测试岩石试样的换能器一般为弯曲式，结构如图1-6-1所示为了减小换能器的余振，同时使接1 2 图1-6-1弯曲式换能器l一压电陶瓷片zZ一保护膜收的初至波峰大而清晰，要在换能器壳体内，晶片的背面填充吸声材料弯曲换能器结构简单、使用方便。在换能器需要受力时，应选用承压型换能器（四）关于D与、与d、L与D关系声波在试样中传播时，其波动方程是很

41、复杂的，一般情况下已不符合平面场的理论。若想符合平面场理论，必须提高声波的发射频率，使吉样边界对波速的影响降到可以忽略不计的程度，理论上要求D儿对于室内岩样，一般D为5叽若D10人即o.scm.当V,=500叫，那么子，则f=!MHz, 一般情况下难以达到经试验研究表明（表1-6-1），只要D注（23），就可以按平面场理论计算岩样波速，所测披速认为是岩样的真正波速测试中如果还达不到D（23）时，特别是当接近D时，岩样的边界将对声波的传播产生制导，出现制导披制导波的波速不等于纯纵波和纯横波的速度，它比岩石的披速低日本国资源研究所绪方义弘等人，用直径为争10、20、30、。40及何Omm规格的铝棒

42、做过这方面试验，使用的工作频率为200、100、50及40kHz，成果如图I-6-2所示从图中可以看出，当试样直径逐渐增大时，四种发射频率的波速值逐渐增加，当直径增到80mm时，各种发射频率的波速值，均接近于无限大介质的波速值仰，6000m/s）.对于同一直径的试样，不同的发射频率有不同的波速值频率越低，波速值下降的就越多（图I-6-3）.当频率超过lOOkHz时，频率变化引起波速值的变化不明显因此，当与D之比达不到要求时，应采用提高立射的频率或加大试样几何尺寸等措施试验结果是否可靠，可用公式（I-6-1 ）验证v,T 式中T一一接收到的信号初至波的周期时间（S) I 一一波长（m); rrp

43、一利用公式（I-6-1 ）求得的披速值（m/s). (I-6-1) 对于与d、L与D的关系，国内学者作过许多研究目前国内大多数学者认为，( 23)d时即可达到要求11 l 国内外对岩石试样几何尺寸及商测频率有关规定览寝位吗品自辛苦件试样叫能帮频率tI 备注国际岩石力学学会、室频率：IOOkHz2MHz矩形、圆柱形、球形试样D一试样值径或最小横I 内试验委员会77-4号文件DIO，L注IOdd?-丁D主注目，主3dL一试样长度2 sDL注IOd.；飞I；呈一5一!Jp一T一试样半径常用t=7SkHz 3MHz I一频率苏B.B赫舍夫斯基DlOd, r， t e二u，一纵波速度L3人，d一岩石颗粒

44、直径3 细粒结构岩石：D=4 6CID L= 10 ccm 中国电子学会应用声学试样尺寸：“岩体声波检测专题讨论:icmx 5，5CIDlOCm 会7Cm7，7Cml4Cm 或相应尺寸的方试件、换能器频率。换能i=50kHz I MHz 第二次全国声波探测技i试样尺寸：术交流会建议5X5CIDX scm 5 5CID IOcm 5X5CmX 15Cm 5 7CID14Cm scm14Cm 换能帮频率f；兰sookHz水电部成勘院科研所scmx iocm fiX5CIDlOC口16 5 5Cm 15CID J = I98kHz, 2sokHz 水电部华东院科研所DIOdj注500kfl738X

45、lOCm 1二三GookHz D3 1d一3一；f二去p 8 研所中国科学院地质研究所Ll队，DIO-5crnx scm圆柱体9 5 IO CID立方体试样: =1.oMHz 长办科学院岩基室L;.2、DRMFDmwhud c21 巧PTIATJm用用:a uvuiu 14 15 I时划院科研所l5x1ocm f = 16okHz, 2ookHz 。UAU nr tE工属600 A nU nH ”, 回MV属6000 昌、姿态飞快飞飞岳飞600 lO 20且040 80 .径（mm)50000 10 20 图1-6-2铝棒直径D与波速U，的关系1-2okHz; 2一sokHz;3一lOOkHz

46、;4-200kHz 图I-6-3试祥长度与町的关系一2ookHz;一一1ookHz;-sokHz 三、纵、横波测试。1.岩石试样的声波测试，当采用“直达波法”（又称直透法）测试时，发射换能器与接收换能器应安放在试样相对的两个端面的中心轴上，端面间的轴线长度即为测距，换能器作用面与中心线的偏差角不得大于20、横波测试不得大于o.5.距离测量精度应达到0.1%. 2.“平透法”与直达披法相比，后者接收到的能量强，因而波幅大，波的初至点清晰易识别3.在横波测试中，目前普遍采用切变振动模式横披换能器，也可采用“临界角法”测试横波。临界角法是利用声波在两种不同介质传播的折射原理，如图I-6-4所示，可用下式表示ss1na v1 飞函宫亏了式中一入射角（声波传播方向与界面法线的夹角）I 119 一一透射角（透射方向与法线夹角）J V1一一第一介质的声波速度：Vz第二介质的声披速度当v2v1时，则。，因此增大到使90。时有。一、自in临丁了vz 此时透射波将沿界面试样表面滑行而无透射，这时的角即为临界角。这种只有横波透射到岩石试样的方法称为“临界角法”P披/1 、 2/ 图I-6-4测横波的临界角法图I-6-5岩石试样的横波测试1-Zt射换能器；2一接收换能器测试装置如图1-6-5所示此种方法临界角度不易控制，声波行走路径的长度量测不准，测得的波速不够准确横披在纵