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岩石力学试验规程

2021-12-11 08:26:25

为了能够比较不同试验中得到的结果,在进行岩石力学性质试验时,岩样的形状、尺寸及加工精度必须统一,试验过程和结果处理也必须一致。自1979年起,国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会(International Society for Rock Mechanics Commission on Standardization on Laboratory and Field Tests),就各种岩石力学试验方法提出了建议[57]。多年来,我国的煤炭、地质和水利等部门均对岩石力学试验作出了详细规定[58~63],如对压缩试验而言,最常用的试样有两种,一是边长为5cm的立方体,主要用于单轴压缩;另一种是直径为50mm或54mm(与现场取得岩心的方法有关),长度为直径的2~3倍的圆柱体。对间接拉伸试验(Brazil test),则采用厚度为直径的1/2~1圆柱体。对岩样加工精度的一般要求是,端面不平整度误差不超过0.02mm,侧面不平整度不超过0.3mm等。不过,不同行业制订的规程也不尽相同,规程也不断进行修改[57,64]

从岩块钻孔得到的圆柱经圆盘锯切割之后,必须对端面进行磨削。笔者的磨床具有2个平行的旋转砂轮,试样作往复运动时同时加工2个端面,砂轮通过手动进给。利用百分表测量试样的端面,表针指数变化不超过0.05mm,即不平整度小于0.05mm。由于加工设备的限制,这一精度难以改变(如果加工不够仔细还会稍大一些)。不过,各个规程对试样加工质量的要求不很相同。在研究岩样长度对单轴压缩强度的影响时,文献[65]比较了不同规程对岩样端面不平整度的要求。

《水利水电工程岩石试验规程》要求“试件两端面的不平整度允许偏差为±0.05mm”[60],《煤与岩石物理力学性质测定方法》要求与此相同[61],而《工程岩体试验方法标准》要求“试件两端面不平整度误差不得大于0.05mm”[62],精度提高了一倍。《岩石物理力学性质试验规程》要求“(试件)两端面不平行度误差,不超过0.05mm;端面不平整度误差,不超过0.02mm”[63]。这似乎更为准确,因为即使试样两端面不平行度较大,只要端面本身具有较好的平面度,那么试验机球头的调整可以使压头与试样端部均匀接触,而不平整度是不能利用球头来调整的。国际岩石力学学会(简称ISRM)对单轴压缩试验建议方法草案称,“The ends of the specimen shall be flat to±0.01mm”[64](其中文译稿[66]“试件两端必须加工至±0.001mm的平整度”,其中数字印刷有误,相差10倍),这与《岩石物理力学性质试验规程》要求相当。不过,现在在机械形位公差中,对平面之间的关系有平行度,对表面质量有粗糙度、波纹度及平面度等概念,并不使用“平整度”或“不平整度”这样的名称。

这些都是对标准长度试样而言的。不过,试样长度较小时压缩变形量也减小,端面加工质量的影响相对增大。因而部分长径比小于1的试样初期非线性变形显著,平均模量偏低。这对强度也有一定的影响。此外,还应根据达到应力峰值时需要的变形量大小确定试样端面的加工质量,如单轴压缩强度200MPa以上硬脆性的花岗岩,其试样加工质量显然应该高于强度40MPa的风化砂岩。

为岩体工程提供岩性参数的试验固然要完全遵循相关行业的试验规程,而进行岩石力学性质的试验研究时,可以根据具体情况适当调整,但必须理解规程的各项要求。

 


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