岩石力学试验中试样选择和抗压强度预测方法研究

摘 要：岩石力学试验是验证工程好坏的一项重要指标，因此用心研究岩石力学中的知识是非常重要的。学习过岩石力学的人都知道，岩石力学试验的结果是会受到诸多因素影响的，因而实验的结果大都是离散型分布，甚至会出现和预期的情况恰恰相反的现象。通过多年的研究，现在较为常用的是超声-回弹综合法进行工程检测。本文将对岩石力学试验中试样选择和抗压强度预测的方法，进行深入的研究。

关键词：超声波；回弹法；试样选择；岩石力学；抗压强度

中图分类号：TU458 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）10-0142-02

对于岩石力学这门学科来说，进行试验是研究这门学科的基础，也是验证工程好坏的一项重要指标。随着科技的不断进步，我国的理论分析水平也变得相当准确，但对于岩石力学这个解决实际工程问题的学科来说，岩石力学试验仍然是不可替代的一种手段。而且随着人们对于水电的依赖性越来越强，国家又要在山区开展一大批水电工程项目，其中肯定会涉及到很多岩石力学方面的问题，因此，提升岩石力学试验的水平是势在必行的，我们要积极开展对于岩石力学的研究。

1 岩石力学试验简述

岩石力学试验是检测岩石的一种手段，我们可以通过试验的结果来确定岩石的参数，进而决定该如何设计工程。所以试验结果的准确性非常重要，这关系到工程需要投入多少的人力、物力和财力。而且岩石的情况非常复杂，即使在同一地点取的两块外观基本相同的岩石，检测出的结果也有可能是很不一样的。如果是从客观条件的角度来说的话，影响因素有：截面的大小、形状、试验体的体积等等；从测试技术的角度来说的话，影响因素有：加工的精确程度、饱和程度等等，这两方面的因素还可以通过将方案细化的方式来解决，但岩石的内部情况就很难解决了。本文就是想根据现有的无损技术，设计出一种岩石的试验方法，对岩石的内部情况进行检测，同时也能够对岩石的抗压强度进行预测。

2 现阶段岩石的无损检测技术

2.1 超声波无损检测法

超声波这种无损检测技术主要是通过岩石内部参数在检测前后的变化，间接地对岩石的情况进行推测性判定。而且超声波在岩石体中的传播速度能够反映岩石的材质和内部的情况，通过得到的这些信息，不仅可以判断岩石的强度，还可以知道岩石的内部是否存在缺陷。若是岩石内部有裂纹或者填充了某种物质，声波在传播到这个位置时会进行反射、散射等变化，传播的速度也会变慢，而且存在的缺陷越多，速度会越慢。自从人们将超声波这种技术应用到岩石检测上以来，已经成功的检测出了岩石内部的多种情况，解决了工程中的很多问题。但这种技术也有一点缺点，就是没法很好的反应岩石的塑性情况，而岩石的种类又非常多，它的塑性对强度的影响很大，因而对于岩石的强度预测可能存在较大的误差[1]。

2.2 回弹无损检测法

回弹法主要是通过岩体之间的回弹值和岩石的强度之间存在的特定规律，来推测岩石的强度，回弹值虽然主要是反映岩石的弹性，但也在一定程度上间接反映了它的塑性性质。很早就有学者注意到了岩石力学的重要性，研究出了关于岩石强度以及回弹值间的关系图。通过分析不同隧道的多个截面的数据，发现了这两者之间具备的较贴切的拟合关系。而且回弹值能够很好的反映岩石的强度以及风化程度等信息，成为岩石力学的主要检测方法之一。但任何方法都不可能是完美的，回弹法也是如此，它只能反映岩石表层三厘米附近的岩石状况，因此无法检测内部的构造，倘若单独采用这种方法，可能会产生很大的误差[2]。

2.3 综合无损检测法

利用无损检测技术判断岩石的抗压强度的时候，回弹值以及超声波的传播速度与岩石强度之间并不是簡单地对应关系，还有很多的影响因素存在，比如：含水率、湿度、风化程度等等。此外，从岩石本身这个角度来说，颗粒之间的结合性、两者间的空隙等，也是影响岩石强度的主要因素，这也是采用回弹无损检测法和超声波无损检测法产生如此大误差的原因。正是由于这两种方法测试岩石的情况刚好不同，在一定程度来说又是优势互补的，所以就有学者提出，要将两种方法结合起来进行岩石力学试验，这样就既能反应岩石的弹性，又能反应岩石的抗压强度。并且将这两种数据综合起来进行分析，可以更好地反映出岩石的情况，得到的岩石数据也能更为准确。

3 应用实例分析

本文通过对一处弱风化砂岩的岩石进行试验，得出了以下的数据。采样分析过程选择的岩石是处于同一地点、同一块岩石上面的样品，它们的纹理、结构基本相同，不存在什么区别的岩石。但在最初的实验结果看，数据的离散分布性还是很强的，这样的结果并不存在很大的意义，所以为了减小这种离散性，我们对原因进行了集中性分析，通过分析发现，将回弹法和超声波法进行综合，可以使试验结果的离散性明显减小，得到的数据也较为准确。通过得到的数据，我们还制定出了岩石强度以及回弹值之间的关系曲线，通过观察关系曲线，能够较快的判断出岩石体的特征。此外，人们也通过这些数据研究出了预测岩石强度的公式，通过对相应数据的测量，可以很快判断出岩石的抗压强度，使工程能够得到较快的开展，从而更好地开发我国的水利工程[3]。

起初，人们并不确信这个公式，虽然结果的离散性已经有了明显的减小，但是并不代表不是偶然出现的，所以有的人并不太认可。为了打消人们的这种顾虑，我们使用这个公式计算出岩石的抗压强度，然后在通过回弹-超声波综合法对岩石的抗压强度以及其他数据进行研究，为了避免偶然性，进行了多次试验，结果与计算结果存在较小的误差，由此，人们才相信这个公式的准确性。不过，我们刚好能证明回弹-超声波综合法，已经能够较好反映岩石表层以及内部的情况了。

4 有关综合法的情况

回弹-超声波综合法关于岩石的纵波速度、抗压强度以及回弹值等，得到的数据已经进行多次验证了，受到了很多专业学者的认可。但这种方法并不是无懈可击的，有的学者通过试验得到了其他情况，就想要推翻这种方法，这也是不理智的。毕竟，影响岩石性质的因素多种多样，可能是由于岩石表面分布不均匀，也有可能是因为岩石接触水珠后性质发生了变化。因此，若想得到比较完善、准确的抗压强度预测公式，最好的方法是对种类不同、位置不同的多种类型的岩石都进行研究，且研究的数量也要呈现量级，这样才能尽可能的避免偶然性的发生。此外，也可以对不同类型的岩石，分别作出一个岩石强度预测公式，不同的种类用不同的公式，这样也能够使结果比较客观、理想[4]。而且，测验中需要注意控制的因素也非常多，比如：温度、湿度、试样的饱和度等等，都会对测量参数产生较大的影响，测试规律也会有很大的变化。

此外，在之后的研究中发现，当内部裂缝的若面和超声波的传播方向相同时，裂缝对于声波的传播速度的影响非常小。当裂缝的方向和超声波的传播方向垂直时，裂缝对于声波的传播速度的影响会非常大。所以，我们所说的回弹-超声波综合法虽然已经较为完善，但是仍然存在着一定的局限性，有些地方是我们顾及不到的。因此，若是测试所用的岩石存在裂纹、内部的裂缝出现上述情况时，它的预测结果将会出现很大的误差。若是没有以上问题，那么得到的数据还是比较可信的。所以，我们可以保留这两种情况下的数据，若是得到的数据与此相同，我们也可以加以区分，是否可信。毕竟，没有什么东西是完美的，其他东西尚且如此，科学数据更是如此，我们要在一定程度上给予认可。

5 结语

本文从超声波无损检测、回弹无损检测以及将两者结合起来的综合无损检测法，对岩石力学试验等角度，对岩石力学试验中试样选择和抗压强度预测方法进行了研究，希望能对水电工程的开展起到作用，为国家的发展做出一定贡献。

参考文献

[1]张征，贺桂成，张志军.铀矿堆浸尾渣胶结充填体强度特性试验及其应用[J].有色金属（矿山部分），2017，（1）：4-9.

[2]陈兴，卢玉斌，滕骁.砂浆-花岗岩界面过渡区的劈裂拉伸试验研究[J].混凝土与水泥制品，2016，（4）：10-16.

[3]王伟，李小春，袁维.低渗透砂岩型铀矿床爆破增渗模型试验及增渗机制研究[J].岩石力学与工程学报，2016，（8）：1609-1617.

[4]刘泉声，潘玉丛，孔晓璇.TBM滚刀贯入过程中泥岩破坏特征试验研究[J].岩土力学，2016，（s1）：166-174.

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