王想 高貝貝

摘 要：目前大多數(shù)土木工程都是建在巖基上，巖石在載荷作用下發(fā)生變形、破壞，嚴重威脅工程建筑物的安全。掌握巖石的變形、破壞等力學特性可為工程的安全提供保障，使其經(jīng)濟合理。巖石力學發(fā)展到現(xiàn)在，一系列的測試方法被總結出來，應用于實際的工程之中，并且隨著科技的進步，新的儀器設備，新的測試方法不斷被提出來，總結和了解這些測試方法將有助于我們對巖石力學更進一步認識。

關鍵詞：巖石力學特性；測試方法；發(fā)展趨勢

1 巖石強度特性測試方法

1.1 巖石抗壓強度

經(jīng)典的巖石抗壓強度的測試是在實驗室內(nèi)的壓力機上進行測定的，試件用圓柱形或立方柱體。

圓柱試件的斷面尺寸一般采用直徑：D=5cm或D=7cm；高度：h=（2-2.5）D

立方柱體試件的斷面尺寸一般采用：5cm×5cm或7cm×7cm；高度滿足：h=（2-2.5）

對于圓柱形試件，沿試件各截面的直徑誤差應不大于0.3mm，兩端面的不平行度最大不超過0.05mm。試驗時以0.5-0.8Mpa/s的加荷速率加荷，直至試件破壞。實驗結果按下式計算抗壓強度：

Rc=P/A

式中 Rc——巖石單軸抗壓強度（Mpa）

P——巖石試件破壞時的載荷（MN）

A——試件的橫斷面面積（m2）

在此基礎上，曾偉雄等[1]提出了一種點荷載試驗方法測量破碎巖石的單軸飽和抗壓強度，解決了破碎巖石測量其單軸抗壓強度的難題。通過試件的浸水飽和來反映試件飽和抗壓強度的飽和狀態(tài)，接近實際情況，結果與經(jīng)典抗壓強度試驗符合的較好。

1.2 巖石抗拉強度

巖石的抗拉強度試驗方法最常用的是巴西試驗法，試件多是圓柱體，又稱巴西圓盤試驗法。試驗時沿著圓柱體的直徑方向施加集中荷載，試件受力后可能沿著受力方向的直徑裂開。根據(jù)彈性力學相關知識，最終得出抗拉強度公式：

Rt=2Pmax/ΠDL

式中 Pmax——破裂時的最大荷載（MN）；

D——圓柱形試件的直徑（m）

L——圓柱形試件的長度（m）

不過，試樣在集中載荷作用處會首先屈服碎裂。另一方面，加載軸線上除中心點壓、拉應力比等于3之外，其余都大于3，從 Griffith準則考慮，試樣并不是由中心起始的張拉破裂。

這就讓許多學者對劈裂試驗能否確定巖石的抗拉強度產(chǎn)生了懷疑。并對此進行了大量的理論和試驗研究，并尋找各種試驗方法 [2～7]，尤明慶，蘇承東等[8]的研究表明，巴西圓盤試驗中的集中載荷不容忽視，但并未得出具體的數(shù)值處理方法。向寶山[9]等人研究了巴西試驗改進方法。此外鄭州大學王志[10]通過計算截面形狀函數(shù)，確定最大拉應力出現(xiàn)的位置，建立了方形巖石劈裂抗拉強度計算公式。能真實反映巖石的力學性能，是測定巖石抗拉強度的一種有效方法。

1.3 巖石的抗剪強度

巖石的抗剪強度試驗分為室內(nèi)和現(xiàn)場兩大類。室內(nèi)試驗常采用直接剪切試驗、鍥形剪切試驗和三軸壓縮試驗測定巖石抗剪強度指標?，F(xiàn)場試驗主要以直接剪切試驗為主，也可做三軸強度試驗。直接剪切試驗的優(yōu)點是簡單方便在剪切儀上進行，無需特殊設備，缺點是不易反映層理面的抗剪強度。而三軸壓縮試驗可以很好的解決不連續(xù)面的抗剪強度測量問題。到目前為止抗剪強度的測量依然以以上三種方法為主。

2巖石的變形特性測試方法

巖石的變形指標以及應力-應變關系，可以在實驗室里測定，也可以在現(xiàn)場進行測定。試驗方法分為靜力法和動力法兩種。目前用的較多的是實驗室的單軸壓縮試驗、實驗室或者現(xiàn)場的波速測定法、用千斤頂或承壓板的現(xiàn)場試驗以及鉆孔膨脹劑法。此外，有時也做室內(nèi)的三軸試驗、彎曲試驗、現(xiàn)場水壓試驗等。國內(nèi)學者葛修潤[11]肖建清[12]等人分別研究了巖石疲勞破壞過程中的變形、常幅循環(huán)載荷下巖石的變形特性。

3結語

巖石力學性能的測試是巖石性能研究最基礎的工作。隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，新的儀器設備，新的測試方法不斷被提出來，對巖石力學特性的研究也不會不斷的精確和深入。

參考文獻

[1]曾偉雄.巖石單軸飽和抗壓強度的點荷載試驗方法設計與探討[J].巖石力學與工程學報，2003，22（4）：566-568

[2]豐興橋，曹復恩.用壓力機承壓板測定巖石劈裂強度的研究[J].西南交通大學學報，1999，34（3）

[3]劉勇軍，朱岳明，曹為民等.長方體劈裂試驗的可行性研究[J].河海大學學報（自然科學版），2001，29（5）

[3]張少華，繆協(xié)興，趙海云等.試驗方法對巖石抗拉強度測定的影響[J].中國礦業(yè)大學學報，1999，28（3）：243-246.

[4]王啟智，賈學明.用平臺巴西圓盤試樣確定脆性巖石的彈性模量、拉伸強度和斷裂韌度——第一部分：解析和數(shù)值結果[J].巖石力學與工程學報，2002，21（9）：1285-1289

[5]尤明慶，蘇承東.平臺圓盤劈裂的理論和試驗[J].巖石力學與工程學報，2004，23（1）：170-174.

[6]王啟智，戴峰，賈學明等.對"平臺圓盤劈裂的理論和試驗"一文的回復[J].巖石力學與工程學報，2004，23（1）：175-178.

[7]Tang CA，et al.Numerical studies of the influence of microstructure on rock failure in uniaxial compression - Part II：Constraint，slenderness and size effect[J].International journal of rock mechanics and mining sciences，2000，37（4）：571-583.

[8]尤明慶，蘇承東.平臺巴西圓盤劈裂和巖石抗拉強度的試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2004，（18）：3106-3112.

[9]王志.長方形巖石抗拉強度測試方法研究[J].地下空間與工程學報，2015，11（02）：370-374+403.

[10]向寶山.巴西試驗改進方法研究[D].西南交通大學，2012.

[11]葛修潤等.巖石疲勞破壞過程中的變形規(guī)律及聲發(fā)射特性[J].巖石力學與工程學報，2004，23（11）：1810-1814.

[12]肖建清，丁德馨，徐根等.常幅循環(huán)荷載下巖石的變形特性[J].中南大學學報（自然科學版），2010，41（2）：685-69

（作者單位：四川大學）