浅论如何消除岩石单轴抗压强度试验的影响因素

摘要：岩石单轴抗压强度指试件在无侧限条件下当受轴力作用破坏时试件的单位面积上所能承受的荷载。开展岩石单轴抗压强度试验是为了明确洞室、巷道或建筑物的地基稳定性。在岩石单轴抗压强度试验中，有一些内在和外界因素会对试验造成影响。本文就此及如何消除岩石单轴抗压强度试验的影响因素作了浅论。

关键词：岩石单轴抗压尺寸形状加荷速率

一、关于岩石抗压强度及岩石单轴抗压强度试验

在岩石力学强度中，岩石抗压强度是最基本的指标之一。在计算及评价洞室、巷道以及建筑物的地基稳定和选择建筑石材时，抗压强度是必须被考虑的一个必不可少的指标。

岩石单轴抗压强度指试件在无侧限条件下当受轴力作用破坏时试件的单位面积上所能承受的荷载。为了明确洞室、巷道或建筑物的地基稳定性，需要开展岩石单轴抗压强度试验。该试验是试件在单轴压力荷载下得出岩石的变形以及破裂状态的试验。该实验的目的是测定岩石受压破坏时的极限应力值。通过在室内对岩石进行单轴抗压强度试验能用肉眼能得到破损特性的资料，尤其能得到对岩石破坏程度的描述。

二、岩石单轴抗压强度试验的开展步骤

在开展岩石单轴抗压强度试验时，需要按如下步骤操作：

（一）制作试验试件。试件必须被加工成规则形状，可用岩芯和岩块制成。在选取及准备试件时，同种岩性每组试件最少得有三快。对于试件的尺寸范围，其允许变化范围不超过5%，在试验时取其平均值。

（二）确定试样精度。在确定精度时需要符合如下要求：第一，两端面的平行度会存在误差，但其最大误差不得超过0.05mm；第二，在试件的整个高度上，其直径误差不得超过0.3mm；第三，在进行试验时，试件端面应垂直于试件轴，其最大偏差不超过0.25度。

（三）描述。用2%的游标卡尺对试件量测尺寸后，要对其进行描述，描述的内容包括试件的颜色、矿物含量、结构、构造裂隙或节理发育程度以及风化程度、胶结物的性质、定名、试件加工精度等。在试验时按0.5MPa的加荷速率进行加压，一直到试件被破坏，然后记录下试样的极限破坏荷载（kN）。

三、消除岩石单轴抗压强度试验中的影响因素的措施

（一）明确内在及外界因素对岩石单轴抗压强度试验的影响

岩石抗压强度试验看似极其简单，但是实际应用上却并非如此。作为在工程地质条件的论述资料中不可缺少的一项，岩石单轴抗压强度试验看似简单，实际上其影响因素却非常多。首当一提的是试件本身性质，其次还有从采样到加工以及试验等一系列的影响。在这些因素中，概括来说，影响该实验的因素可分为内在和外界因素两种。内在因素如颗粒大小、结构、构造、矿物含量以及含水量、孔隙率等会对试验造成影响，此外，像试件的形态、径高比、加工精度及加荷速率等外界条件也会对试验结果产生很大影响。

第一，内在因素对岩石抗压强度试验的影响。岩石中总是含有很多不同的矿物成分，不同的矿物成分会对岩石单轴抗压强度试验造成不同的影响。其影响主要表现为：一般来说，岩石中石英、长石、角闪石、辉石等矿物成分含量越高，岩石的抗压强度就越高。如果岩石中云母、高岭石、蒙脱石、绿泥石、滑石等的含量越高，那么岩石的抗压强度就越低。岩石结构也是影响岩石抗压试验结果的内在因素之一。通常情况下，相同种类的岩石，细粒结构的岩石强度相对要高于粗粒结构的岩石。另外，岩石的含水量也是影响岩石强度的一个内在因素。一般，岩石的强度和含水量成反比，含水量越高，则岩石强度越低。还有，垂直层理受力的岩石强度要高于平层理受力的岩石。胶结物也是影响岩石强度的一个内在因素。在不同胶结物中，硅质胶结的强度最高，其次是铁质，再次是钙质，泥质胶结的强度最差。风化程度也会造成岩石强度的不同。弱风化岩石的抗压强度高，全风化岩石的抗压强度低。

第二，外界因素对岩石抗压强度试验的影响。影响岩石抗压强度试验的外界因素中首先不得不提的就是试件形态。岩石试件的相对尺寸、断面、形状、径高比以及加荷速率等都属于试件形态。试件的形状包括圆柱形、正方形以及立方形三种。这三种形状中，圆柱体属于比较好的试验形态。首先因为圆柱体样品制备费时少，经济，其次其应力分布属于轴对称的。由此，圆柱形试件形态深受国际岩石力学学会推崇。除了外在形态，试件样品的强度通常随着尺寸的增大而减小。径高比也是影响岩石抗压强度试验的一个外界因素。通过不同条件下的多个试验可知，当试件的径高比大于一时，岩石的抗压强度有很大的下降。但当径高比达到一定值时，岩石的抗压强度就不再持续那种很大的下降幅度了，而是减少甚微，甚至趋于稳定状态。加荷速率对岩石抗压强度的影响主要表现为：随着加荷速率增快，岩块的单轴抗压强度也随之增高。当岩块的加荷速率超过了岩石的变形速率，也就是说岩石变形尚未达到稳定就继续加荷，一直至试件内将要出现变形滞后于应力的情况，塑性变形来不及发生和发展，岩块的强度就增大了。因此，对静力而言，岩石试件的加荷速率应限制在某一限度以内。

（二）采取消除岩石单轴抗压强度试验结果影响因素的措施

针对上述影响因素，在岩石单轴抗压强度试验中，可采取如下措施尽量消除试验中的影响：

第一，提高试验人员的素质。在岩石单轴抗压强度试验中，影响因素固然很多，但试验人员自身对于试验的影响也是不可忽视的。因此，要努力提高试验人员的素质，在对试件的结构特征以及矿物组成等方面进行描述时，除了专业还有精准。

第二，试验时严格遵守规程制样。正如上述分析，影响岩石单轴抗压强度试验的因素除了试件本身的因素之外，试验过程的影响也是在所难免的。因此，在试验条件方面，要严格遵守相关试验规程。在制样时，尽量选用圆柱形试件，径高比要居于2到2.5之间。这个径高比的状态下试件内应力分布相对比较均匀，易处于弹性稳定状态。如果一旦选用了尺寸不标准的试件，要在试验前采用可靠的经验公式对其进行校正。因为加荷速率也是影响试验结果的因素之一，因此，在试验中，进行加荷速率时要严格按规范执行。

第三，引进精密的加工设备。为了尽量减少甚至消除试验过程对试验结果的影响，要积极引进精密的加工设备。在试验中，利用精密设备可以尽量减少对试验的影响。

参考文献：

[1]燕静李祖奎李春城赵秀菊翟应虎王克雄.用声波速度预测岩石单轴抗压强度的试验研究.西南石油学院学报.1999.02期

[2]李应涛邓林顾和孝.侏罗系紫红色泥岩含水性与抗压强度的相关性初探.贵州省岩石力学与工程学会2010年学术年会论文集.2010年

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