第六节 岩石试验检测

一、取样与试件制备

1.注意事项

①同一组试样的采取位置应相同，并具有同类地质条件或处于同一层位。

②当需保持天然含水率时，严禁采用爆破或湿钻法。

③对易崩解、易风化、易溶解或具有膨胀性的岩石，取样后应立即密封，避免受到温度和湿度的影响。

④含有软弱夹层或其他类型结构面的试样，在取样过程中应采取相应措施，保证试样的完整性，减少扰动。

⑤宜缩短取样时间，且取样全过程不宜超过两周。

⑥需进行岩体试验的工程项目，取样应在岩体试验部位进行。

⑦每一个试样均应编号；对需要考虑受力方向的试样，应在试样上标注。

2.试样种类

（1）钻孔岩心样：岩心样净长不宜小于100mm，直径不宜小于50mm；

（2）岩块试样：岩块试样不宜小于200mm×200mm×200mm，

用于弯拉强度试验的试样不宜小于300mm×100mm×100mm。

3.试件制备

    需考虑受力方向的试验，试件制备应采用岩块试样，根据试样上标注方向加工试件，并在试件上标明方向。

    不考虑受力方向的试件，岩心试样应按岩心轴线方向制备。

4.试件精度（规则形状）

①试件端面平面度公差不得大于0.05mm；

②试件高度、直径或边长误差不得大于0.3mm；

③上下端面应垂直于试件轴线，偏差不得大于0.25°

二、含水率试验

1.适用范围

本试验采用烘干法，适用于各类岩石。

2.仪器设备

（1）烘箱：能控温在105～110℃范围，最低控温能满足在60℃±5℃；

（2）干燥器；

（3）天平：分度值0.01g；

（4）称量盒；

（5）真空抽气设备。

3.试件制备

    试件最小尺寸应大于组成岩石最大矿物颗粒直径的10倍，每个试件的质量为40～200g，每组试验试件的数量应为5个。

4.试验要点

不含结晶水的岩石：105～110℃烘干至恒量，宜为24h；

含结晶水的岩石：宜在60℃±5℃烘24～48h或常温下用真空抽气干燥法。

5.数据处理

    公式略；求5个试件含水率的算术平均值，精确至0.01%。

三、吸水性试验

1.评价指标

吸水率 岩石吸水率采用自由吸水法测定；

饱和吸水率 饱和吸水率采用煮沸法或真空抽气法测定。

2.适用范围

本试验适用于不干缩湿胀和遇水不崩解、不溶解的岩石。

3.仪器设备

切石机、钻石机、磨石机、天平、烘箱（105～110℃）、干燥器、真空抽气设备、煮沸水槽、水中称量装置。

4.试验步骤

1.试件在105~110℃烘箱烘干大于24h，取出冷却至室温称重md。

2.将试件（高度为H）置于盛水容器内，先注水至1/4H，每隔2h分别注水至1/2H和3/4H，6h后加至高出试件顶面20mm。再自由吸水48h，水面始终高于试件顶面。

3.取出浸水试件，用拧干的湿纱布擦去试件表面水分，立即称其质量m1。

4.试件强制饱和，可采用煮沸法和真空抽气法。

5.然后置于水中称量装置上，在水中称量 m2，称量准确至 0.01g。

四、颗粒密度试验

1.目的和适用范围

    岩石的颗粒密度是评价岩体稳定性、确定围岩压力等必需的参数。本试验采用比重瓶法，适用于各类岩石。

2.仪器设备

    手锤、粉碎机、瓷研钵、玛瑙研钵，磁铁、筛（孔径0.25mm）、比重瓶、天平（分度值0.001g）、烘箱（105~110℃）、干燥器、煮沸设备或真空抽气设备、恒温水槽、温度计等；

3.试件制备

1.将试样敲成约5mm角砾→粉碎成岩粉→过0.25mm筛→磁铁吸去铁屑

2.含磁性矿物的岩石，应粉碎后使岩粉全部过0.25mm筛

4.试验步骤

（1）岩粉烘干（105~110℃）不少于6h至恒量；

（2）四分法取岩粉两份，每份约15g。

（3）称量岩粉m1装入比重瓶，注入蒸馏水或煤油至容量一半，摇动分散岩粉；含可溶盐、亲水性黏土矿物、有机质的岩石，用煤油作试液；其他可用蒸馏水。

（4）排除气体。煤油用真空抽气法（不小于1h）；蒸馏水可用真空抽气法（不小于1h）或煮沸法。

（5）继续注入试液至近满，置于恒温水槽内，使瓶内温度稳定，上部悬液澄清。

（6）塞好瓶塞，使多余的试液自瓶塞毛细孔中溢出，擦干瓶外壁，称比重瓶、试液和岩粉总质量m3，并测定瓶内悬液的温度，准确至0.5℃。

（7）洗净比重瓶，注入试液于比重瓶内，按上述第5、6条规定称比重瓶和试液的总质量m2。

    8.称量准确至 0.001g。

五、块体密度试验

密度种类：根据岩石含水状态可分为烘干块体密度、饱和块体密度和天然块体密度；

仪器设备：切石机、钻石机、磨石机、天平、烘箱（105～110℃）、干燥器、石蜡等。

以量积法为例介绍试验方法。

试验方法	适用条件
量积法	适用于能制备成规则试件的各类岩石。
水中称量法	水中称量法适用于除遇水崩解、溶解和干缩湿胀外的其他各类致密型岩石。
蜡封法	蜡封法适用于不能用量积法或直接在水中称量进行试验的岩石。

1.适用范围

  适用于能制备成规则试件的各类岩石。

2.试件制备

（1）试件尺寸应大于岩石最大矿物颗粒直径的10倍，最小尺寸不宜小于50mm。

（2）试件可采用圆柱体、方柱体或立方体。

（3）试件精度应符合本规程有关规定。

3.试验要点

（1）量测直径/边长：量取试件两端和中间三个断面上互相垂直的两个方向，按平均值计算截面积；

（2）量测试件高度：量测试件两端面周边对称四点和中心点的五个高度取均值；

（3）测干密度时在105~110℃烘干 24h，取出干燥冷却，称重；测饱和密度时，预先强制饱和再取出并沾去表面水分称重；

（4）强制饱和。煮沸法≥6h或真空抽4h再常压静置4h。

4.结果整理（略）

六、单轴抗压强度试验

1.试验目的

    单轴抗压强度试验是测定规则形状岩石在无侧限条件下，受轴向压力作用破坏时，单位面积上所承受的载荷，主要用于岩石的强度分级和岩性描述。本试验适用于能制成规则试件的各类岩石。

2.仪器设备（略）

3.试件制备与描述

    用岩心或岩块加工制成。对于各向异性岩石，应按要求的方向制备试件；干缩湿胀和遇水崩解的岩石，应采用干法制备试件。

（1）试件尺寸

①岩石试验采用圆柱体作为标准试件，直径为50mm±2mm，高度与直径之比值为 2.0。

②砌体工程用的石料试验，边长70mm±2mm的立方体试件。

③混凝土骨料试验，采用圆柱体或立方体试件，边长或直径取50mm±2mm。

（2）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、干湿循环后状态。

（3）试件个数

当单独测定单轴抗压强度时，不同状态每组试件为6个；

当测定软化系数时，烘干状态和饱和状态下的试件个数分别为3个。

4.试验步骤

（1）用游标卡尺量取试件尺寸，准确至0.1mm，计算抗压强度所用的截面积A。

（2）将试件置于材料试验机的承压板中心，对正上、下承压板，不得偏心，承压板边长不大于2倍试件边长，垫板面积等于或略小于承压板厚度为2~3cm。

（3）开动材料试验机，使试件端面与上、下承压板接触均匀密合，然后在试件周围挂上铁丝网或有机玻璃防护罩。

（4）以0.5~1.0MPa/s速率加载至破坏，记录破坏荷载P及加载过程中出现的现象。对于软质岩应适当降低加载速率。

七、抗冻性试验

1.目的和适用范围

    抗冻性用来评估岩石在饱和状态下经受规定次数的冻融循环后抵抗破坏的能力。本试验采用直接冻融法，适用于能制成规则试件的各类岩石。

2.仪器设备

    切石机、钻石机及磨石机、测量平台、角尺、游标卡尺、冻融装置（能控制最低温度-24℃）、天平（0.01g）、烘箱（105~110℃）、干燥器、试件饱和及融解设备、材料试验机。

3.试件准备：每组试件应为6个；

4.试验步骤

（1）计算试件受压面积，烘干24h冷却至室温，称干质量 md。

（2）让试件强制吸水饱和，取出擦去表面水分，放在铁盘中备用，试件与试件之间应留有一定间距。

（3）取3个经过强制饱和的试件测定冻融前的饱和单轴抗压强度 Rc。

（4）另外3个经强制饱和的试件，待冻融装置温度下降到-18℃以下时，将铁盘连同试件一起放入并计时。在-20℃±2℃下冻结4h取出，放入 20℃±2℃恒温水中融解 4h，如此反复冻融至规定次数。

严寒地区（最冷月的月平均气温低于-15℃）为25次；

寒冷地区（最冷月的月平均气温低于-15~-5℃）为15次。

（5）每隔一定的冻融循环次数,检查试件有无剥落、裂缝、分层及掉角,并记录。

（6）称量冻融试验后的试件饱水质量m'f,再将其烘干至恒量,称其质量mf,并测定冻融试验后的试件饱水抗压强度Rf。试验中质量称量准确至 0.01g

5.结果整理

计算三个试验参数：质量损失率；冻融后吸水率；冻融系数；

判断岩石抗冻性好坏的指标：冻融后强度变化、质量损失、外形变化。      

一般认为冻融系数大于 75%，质量损失率小于2%时，为抗冻性好的岩石；吸水率小于0.5%，软化系数大于0.75 以及饱和系数小于0.8的岩石，具有足够的抗冻能力。