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【摘 要】本文通过对岩石和土体的特点进行分析，对岩石的抗压强度、土体的液塑限指标和土体的抗剪强度性能检测技术进行了简要分析。
【关键词】岩石；土工；性能检测；抗压强度；抗剪强度
【Abstract】Based on the analysis of the characteristics of rock and soil， on the compressive strength of rock， soil liquid
plastic limit of soil shear strength index and performance testing technology is briefly analyzed.
【Key words】rock； soil； performance testing； compressive strength； shear strength
1 前言
一般情况下，在外载荷的作用下，岩石和土体的破坏实际上是结构缺陷的产生、变大、扩展和汇合的一个过程。岩石力学的基本问题就是对岩石的变形与破坏机理进行不断的研究，土体的基本问题就是对土体的液性，塑性指标及其结构进行研究，然而由于岩石和土体本身结构十分复杂，并且人们对其复杂多变的力学特性认识上存在着一定的不足，现阶段，更多的是通过实验的方法，进行合理的分析，来了解和认识岩石和土体的各项性能。对于岩石，常用的力学试验有抗拉强度试验，抗压强度试验，直剪强度试验，压缩变形试验等，对应土体的力学试验主要有抗压强度试验，抗剪强度试验，压缩试验等，因篇幅有限，以下仅从岩石的抗压强度的检测方法、土体的液塑限指标和土体的抗剪强度检测方法进行了分析，希望能为工程实践和岩石力学的研究提供一定的现实及理论依据。
2 岩石抗压强度的测定方法
为了确定岩石的力学性能，我们常规采用的方法是将岩石制成各种试件在实验室进行试验，如岩石单轴抗压试验，单轴压缩变形试验，三轴压缩强度试验，抗拉强度试验，直剪强度试验等等。岩石物理力学性质的重要参数之一是单轴抗压强度，它能够将岩石的坚硬程度直接反映出来。对于岩石的抗压强度测定，我们可以将制成规则的试件，采用岩石单轴抗压试验进行测定，岩石单轴抗压强度是试件破坏时的极限载荷与垂直于加载方向的截面积之比，也就是指岩石试件在无侧限条件下受轴向压力作用产生压缩破坏时单位面积上所承受的载荷。岩石单轴抗压强度可以采用直接压坏试件的试验方法来加以测定，选好了试验材料后，放在试验平台上，以每秒0.5-1.0MPa的速率加载直至破坏，岩石的单轴抗压强度和软化系数按以下公式计算：R=P/A，η=Rx/Rd。（R为岩石单轴抗压强度，P为破坏载荷，A为试件的截面面积，η软化系数，Rx饱和状态下单轴抗压强度平均值，Rd干燥状态下单轴抗压强度平均值）
3 快速测定岩石长期抗压强度的试验方法
岩石长期抗压强度的测定一直是相关研究的难点，为了测定岩石的长期抗压强度，我们可以采用一种新型的快速测定岩石长期抗压强度的试验方法，此方法的原理是建立在以破坏应变为准则的岩石蠕变破坏判据和
岩石破坏的依据。
图1 岩石变形破坏曲线示意图2、长期强度的确定。在恒温作用下，通过恒定载荷或梯级加载蠕变试验，测定不同应力水平下的弹性应变εt，第一蠕变阶段应变εI和稳态蠕变阶段应变率根据温度补偿时间的原理可以由以下公式计算温度T0条件下的等效应变率。logεⅡ’=logεⅡ-（T-T0）/C（式中C为温度补偿系数，T为试验温度），温度补偿系数根据不同温度条件下的岩石蠕变试验数据进行确定，C一般在50-200℃之间。最后根据试验结果，绘制不同温度下的应力水平σ与等效应变率εⅡ’的关系图。由以下公式计算稳态蠕变的破坏应变率
εⅡ’。εⅡ’=（εD-εe-εr）/[t]，在σ-εⅡ’图中，推断长期强度下的[σD]值。
很多试验研究结果表明，影响岩石抗压强度试验值的因素非常多。从整体上看，这些因素可分为两方面：一是岩石自身存在的因素，例如矿物成分、颗粒大小、密度、层理和裂隙的性质、卸荷强度及含水状态等；另一方面是试验方法中存在的因素，如试件形状、高宽比、试件加工方式等。无论是哪种岩石，它内部都存在如裂隙、变质等各种各样的地质缺陷，这些缺陷往往都会导致岩石抗压强度的降低。
4 土体的液塑限指标测定
众所周知，用液性指数来评价粘性土稠度状态具有非常重要的作用。一般情况下，粘性土中的天然含水量发生变化就会使得该种土显著地表现出不同的物理状态和性质，同时随着含水量的逐渐增加，粘性土的状态就会从坚硬、半坚硬状态转变为可塑状态，还有可能是流塑状态。粘性土的稠度是土的工程性质的一项重要指标。我国建筑地基基础设计规范中规定用液性指数判断粘性土的稠度状态，并用来评价粘性土的承载力基本值，这是在充分考虑了水对地基土层的重要影响的前提下而产生的评价方法。我们一般采用液、塑限联合测定法进行试验测定，根据规范要求，所选用的土样经过0.5mm的筛，界限含水率中的液限可以采用圆锥仪或碟式仪法，塑限可以采用滚搓法，这种联合测定法是为了改进蝶式仪液限和滚搓法塑限而提出的一种试验方法。
5 土体的抗剪强度测定方法
土体的一重要力学性能就是土的抗剪强度，在实际工程中，没有准确估计土体的抗剪强度，都会对工程造成重要的影响，提供准确的抗剪强度指标在工程中具有重要的意义。对应抗剪强度常用的方法是采用直接剪切试验、无侧限抗压强度试验，三轴压缩试验等等，以下主要是对这些剪切试验进行了说明。
1、直接剪切试验
国内多采用结构简单的应变控制式直剪仪，将试样置于一定的垂直应力下，在水平方向上向试样施加剪应力进行剪切，求得破坏时的剪应力，最后根据库伦定律确定图的抗剪强度指标，内摩擦角Ф和凝聚力C。
2、三轴压缩试验
三轴压缩试验是测定抗剪强度的另一种方法，通常采用圆柱形试样，在不同的恒定压力作用力下，施加轴向压力，进行剪切直到破坏，进一步根据相应的公式求得抗剪强度参数。
3、无侧限抗压试验
无侧限抗压试验是三轴压缩试验的一种特殊情况，周围的压力为零，测定饱和的土体不排水强度，比如淤泥等，对于这种测定方式，还需要结合现场的原位十字板剪切试验，因为在制备取样的过程中，土体容易发生扰动，算出的不排水强度会偏大。
6 结束语
现阶段岩石和土工性能的检测方法也存在着一些未能解决的难题，例如易受外界干扰、不能对岩体内部破坏准确定位等。因此除了采用有效的试验方法外，也会结合采用一些高科技手段，如光学检测法，CT检测法，声发射法，电磁辐射法，红外检测法等。只有通过对目前的一些检测方法进行深入研究，才能找到更为有效的检测方法。
参考文献
[1]柴敬.层状岩体变形与破坏光纤传感检测基础实验研究[D].西安：西安科技大学，2003
[2]谢和平.岩石混凝土损伤力学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1990
[3]孙广忠.岩体结构力学[M].北京：科学出版社，1988
【关键词】岩石；土工；性能检测；抗压强度；抗剪强度
【Abstract】Based on the analysis of the characteristics of rock and soil， on the compressive strength of rock， soil liquid
plastic limit of soil shear strength index and performance testing technology is briefly analyzed.
【Key words】rock； soil； performance testing； compressive strength； shear strength
1 前言
一般情况下，在外载荷的作用下，岩石和土体的破坏实际上是结构缺陷的产生、变大、扩展和汇合的一个过程。岩石力学的基本问题就是对岩石的变形与破坏机理进行不断的研究，土体的基本问题就是对土体的液性，塑性指标及其结构进行研究，然而由于岩石和土体本身结构十分复杂，并且人们对其复杂多变的力学特性认识上存在着一定的不足，现阶段，更多的是通过实验的方法，进行合理的分析，来了解和认识岩石和土体的各项性能。对于岩石，常用的力学试验有抗拉强度试验，抗压强度试验，直剪强度试验，压缩变形试验等，对应土体的力学试验主要有抗压强度试验，抗剪强度试验，压缩试验等，因篇幅有限，以下仅从岩石的抗压强度的检测方法、土体的液塑限指标和土体的抗剪强度检测方法进行了分析，希望能为工程实践和岩石力学的研究提供一定的现实及理论依据。
2 岩石抗压强度的测定方法
为了确定岩石的力学性能，我们常规采用的方法是将岩石制成各种试件在实验室进行试验，如岩石单轴抗压试验，单轴压缩变形试验，三轴压缩强度试验，抗拉强度试验，直剪强度试验等等。岩石物理力学性质的重要参数之一是单轴抗压强度，它能够将岩石的坚硬程度直接反映出来。对于岩石的抗压强度测定，我们可以将制成规则的试件，采用岩石单轴抗压试验进行测定，岩石单轴抗压强度是试件破坏时的极限载荷与垂直于加载方向的截面积之比，也就是指岩石试件在无侧限条件下受轴向压力作用产生压缩破坏时单位面积上所承受的载荷。岩石单轴抗压强度可以采用直接压坏试件的试验方法来加以测定，选好了试验材料后，放在试验平台上，以每秒0.5-1.0MPa的速率加载直至破坏，岩石的单轴抗压强度和软化系数按以下公式计算：R=P/A，η=Rx/Rd。（R为岩石单轴抗压强度，P为破坏载荷，A为试件的截面面积，η软化系数，Rx饱和状态下单轴抗压强度平均值，Rd干燥状态下单轴抗压强度平均值）
3 快速测定岩石长期抗压强度的试验方法
岩石长期抗压强度的测定一直是相关研究的难点，为了测定岩石的长期抗压强度，我们可以采用一种新型的快速测定岩石长期抗压强度的试验方法，此方法的原理是建立在以破坏应变为准则的岩石蠕变破坏判据和
岩石破坏的依据。
图1 岩石变形破坏曲线示意图2、长期强度的确定。在恒温作用下，通过恒定载荷或梯级加载蠕变试验，测定不同应力水平下的弹性应变εt，第一蠕变阶段应变εI和稳态蠕变阶段应变率根据温度补偿时间的原理可以由以下公式计算温度T0条件下的等效应变率。logεⅡ’=logεⅡ-（T-T0）/C（式中C为温度补偿系数，T为试验温度），温度补偿系数根据不同温度条件下的岩石蠕变试验数据进行确定，C一般在50-200℃之间。最后根据试验结果，绘制不同温度下的应力水平σ与等效应变率εⅡ’的关系图。由以下公式计算稳态蠕变的破坏应变率
εⅡ’。εⅡ’=（εD-εe-εr）/[t]，在σ-εⅡ’图中，推断长期强度下的[σD]值。
很多试验研究结果表明，影响岩石抗压强度试验值的因素非常多。从整体上看，这些因素可分为两方面：一是岩石自身存在的因素，例如矿物成分、颗粒大小、密度、层理和裂隙的性质、卸荷强度及含水状态等；另一方面是试验方法中存在的因素，如试件形状、高宽比、试件加工方式等。无论是哪种岩石，它内部都存在如裂隙、变质等各种各样的地质缺陷，这些缺陷往往都会导致岩石抗压强度的降低。
4 土体的液塑限指标测定
众所周知，用液性指数来评价粘性土稠度状态具有非常重要的作用。一般情况下，粘性土中的天然含水量发生变化就会使得该种土显著地表现出不同的物理状态和性质，同时随着含水量的逐渐增加，粘性土的状态就会从坚硬、半坚硬状态转变为可塑状态，还有可能是流塑状态。粘性土的稠度是土的工程性质的一项重要指标。我国建筑地基基础设计规范中规定用液性指数判断粘性土的稠度状态，并用来评价粘性土的承载力基本值，这是在充分考虑了水对地基土层的重要影响的前提下而产生的评价方法。我们一般采用液、塑限联合测定法进行试验测定，根据规范要求，所选用的土样经过0.5mm的筛，界限含水率中的液限可以采用圆锥仪或碟式仪法，塑限可以采用滚搓法，这种联合测定法是为了改进蝶式仪液限和滚搓法塑限而提出的一种试验方法。
5 土体的抗剪强度测定方法
土体的一重要力学性能就是土的抗剪强度，在实际工程中，没有准确估计土体的抗剪强度，都会对工程造成重要的影响，提供准确的抗剪强度指标在工程中具有重要的意义。对应抗剪强度常用的方法是采用直接剪切试验、无侧限抗压强度试验，三轴压缩试验等等，以下主要是对这些剪切试验进行了说明。
1、直接剪切试验
国内多采用结构简单的应变控制式直剪仪，将试样置于一定的垂直应力下，在水平方向上向试样施加剪应力进行剪切，求得破坏时的剪应力，最后根据库伦定律确定图的抗剪强度指标，内摩擦角Ф和凝聚力C。
2、三轴压缩试验
三轴压缩试验是测定抗剪强度的另一种方法，通常采用圆柱形试样，在不同的恒定压力作用力下，施加轴向压力，进行剪切直到破坏，进一步根据相应的公式求得抗剪强度参数。
3、无侧限抗压试验
无侧限抗压试验是三轴压缩试验的一种特殊情况，周围的压力为零，测定饱和的土体不排水强度，比如淤泥等，对于这种测定方式，还需要结合现场的原位十字板剪切试验，因为在制备取样的过程中，土体容易发生扰动，算出的不排水强度会偏大。
6 结束语
现阶段岩石和土工性能的检测方法也存在着一些未能解决的难题，例如易受外界干扰、不能对岩体内部破坏准确定位等。因此除了采用有效的试验方法外，也会结合采用一些高科技手段，如光学检测法，CT检测法，声发射法，电磁辐射法，红外检测法等。只有通过对目前的一些检测方法进行深入研究，才能找到更为有效的检测方法。
参考文献
[1]柴敬.层状岩体变形与破坏光纤传感检测基础实验研究[D].西安：西安科技大学，2003
[2]谢和平.岩石混凝土损伤力学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1990
[3]孙广忠.岩体结构力学[M].北京：科学出版社，1988