试验1：测定岩石的点荷载强度指标
抗压强度测试主要有两种方法：一种是在材料试验机上进行测试, 此种方法
岩石试件的受力状态较好, 测试精度高, 但试样需进行严格的加工；另一种方法是用点荷载仪测试。
优点：点荷载法与材料试验机测试法所测的岩石抗压强度相比,具有试验成本低、时间短、试验样品加工要求不高或不需加工以及在施工现场可随时提供数据的优点。
缺点：测试精度不高, 适用性是有限的, 如果不分岩性, 不视工程的重要性, 都采用该方法测出的试验结果进行工程设计, 将会给有些工程带来质量隐患, 甚至会出现严重的事故。
试验目的：1、掌握点荷载仪的工作原理；
2、掌握点荷载仪的实用方法及注意事项； 3、试验数据的处理。
一、基本原理
点荷载试验是将岩石试件置于两个球形园锥状压板之间，对试件施加集中荷载，直至破坏，然后根据破坏荷载求得岩石的点荷载强度。
点荷载强度，可作为岩石强度分类及岩体风化分类的指标，也可用于评价岩石强度的各向异性程度，预估与之相关的其它强度如单轴抗压强度和抗拉强度等指标。
二、仪器设备
1、点荷载试验仪：如下图所示，它包括：
（1） 加载系统，由摇式加压杆、承压框架，球端圆锥状压板组成。油泵
出力一般约为50kN；加载框架应有足够的刚度，要保证在最大破坏荷载反复作用下不产生永久性扭曲变形；球端圆锥状压板球面曲率半径为5mm，圆锥的顶角为60°（见下图），采用坚硬材料制成。
（2）标距测量部分：采用0.2mm刻度钢尺或位移传感器，应保证试件加荷点间的测量精度达±0.2mm。
2、卡尺或钢卷尺；
3、地质锤。
三、操作步骤
1、试件制备
（1）试件分组：将肉眼可辨的、工程地质特征大致相同的岩石试件分为一组，如果岩石是各向异性的（如层理、片理明显的沉积岩和变质岩），还应再分为平行和垂直层理加荷的亚组，每组试件约须15块。
（2）本试验可用岩芯样，规则或不规则岩块样，对不同形状试件的尺寸要求如下：岩芯径向试验，试件的径长比应大于1.0；轴向试验，试件的径长比应等于或小于1.0；不规则岩块样，其长（L）、宽（W）、高（h）应尽可能满足L≥W≥h，试件高度（h）一般控制在0.5~10cm间，使之能满足试验仪器加载系统对试件尺寸的要求，另外，试件加荷点附近的岩面要修平整。
（3）根据试验要求对试件进行烘干或饱水处理。烘干试件：是在105~110℃温度下烘干12h；饱水试件，是先将试件逐步浸水，按试件高的1/4、1/2、3/4及4/4等份用6h将试件全部浸入水中（如试件高度很小，允许分1/2、1等份浸水），自由吸水48h，然后用煮沸法或真空抽气法饱和试件。
2、描述试件
描述内容：除岩性外，重点应对其结构构造特征（如颗粒粗细，排列以及节理、层理等发育特征）及风化程度等进行描述。
3、试件尺寸粗测
对岩芯样及规则样，分别量测各试件的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸；对不规则岩块样，可过试件中心点测量试件的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸。
4、安装试件
试件安装前，先检查试验仪器的上、下两个加荷锥头是否准确对中，然后将试件放置试验仪中，摇动加压杆升起下锥头，使加荷锥头与试件的最短边方向（即h方向）紧密接触，注意让接触点尽量与试件中心重合。若需要测定结构面（层理、片理、节理等）的强度，则应确保两加点的連线在同一结构中，如图9-4所示。
5、加荷
试件安装后，调整压力表指针到零点，以在10~60秒钟内能使试件破坏（相当于每秒0.05-0.1MPa）的加荷速度匀速加荷，直到试件破坏，记下破坏时的压力表读数（F）。
6、描述试件破坏的特点
正常的试件破坏面应同时通过上、下两个加荷点，如果破坏面只通过一个加荷点，便产生局部破坏，则该次试验无效，应舍弃，破坏面的描述还应包括破坏面的平直或弯曲等情况。 7、破坏面尺寸测量
试件破坏后，须对破坏面的尺寸进行测量，测量的尺寸包括上、下两加荷点间的距离（D）
8、重复试验
重复步骤3~7对其余试件进行试验。
9、计算及成果资料整理
（1）按下式计算岩石试件的点荷载强度指标
IS=P/D2
式中：P――试件破坏时总荷载（N）；
D――在试件破坏面上测量的两加荷点之间的距离（mm）；
IS――试件点荷载强度（MPa）。 （详细可参看蔡美峰《岩石力学与工程》） （4）求平均值
当测得的点荷载强度数据在每组15个以上时，将最高和最低值各删去3个，如果测得的数据较少时，则仅将最高和最低值删去，然后再求其算术平均值，作为该组岩石的点荷载强度，最后结果取至小数后二位。
四、试验报告内容
1、整理记录表格，格式附表1。
附表1 点荷载试验记录表
试验： 计算： 校核： 年 月 日2、整理试件描述资料。
五、注意事项
1、由于岩石点荷载强度一般都比较低，因此在试验中一定要控制好加荷速度，慢慢加压，使压力表指针缓慢而均匀地前进。
2、安装试件时，上、下加荷点应注意对准试件的中心，并使其加荷面垂直于加荷点的连线。
3、在对软岩进行试验时，加荷锥头常有一定的嵌入度，因此，在测量加荷点是距离D时，应将卡尺对准试件破坏上加荷锥留下来的两个凹痕底进行量测。
4、强度大的岩石试件，注意临界强度时以防岩石破裂蹦溅伤人。
六、思考题
1、点荷载试验是在怎样的应力状态下进行的？其试件破坏属于什么破坏形式？
2、与劈裂法试验相比较有什么异同？
试验4：测定岩石的点荷载强度
一、基本原理
点荷载试验是将岩石试件置于两个球形园锥状压板之间，对试件施加集中荷载，直至破坏，然后根据破坏荷载求得岩石的点荷载强度。
点荷载强度，可作为岩石强度分类及岩体风化分类的指标，也可用于评价岩石强度的各向异性程度，预估与之相关的其它强度如单轴抗压强度和抗拉强度等指标。
二、仪器设备
1、点荷载试验仪：如下图所示，它包括：
（1）加载系统，由摇式油泵、承压框架，球端园锥状压板组成。油泵出力一般约为50kN；加载框架应有足够的刚度，要保证在最大破坏荷载反复作用下不产生永久性扭曲变形；球端园锥状压板球面曲率半径为5mm，园锥的顶角为60°（见下图），采用坚硬材料制成。
（2）油压表：量程约为10MPa，其测量精度应保证达到破坏荷载读数（P）的2%，整个荷载测量系统应能抵抗液压冲击和振动，不受反复加载的影响。
（3）标距测量部分：采用0.2mm刻度钢尺或位移传感器，应保证试件加荷点间的测量精度达±0.2mm。
2、卡尺或钢卷尺； 3、地质锤。
三、操作步骤
1、试件制备
（1）试件分组：将肉眼可辨的、工程地质特征大致相同的岩石试件分为一组，如果岩石是各向异性的（如层理、片理明显的沉积岩和变质岩），还应再分为平行和垂直层理加荷的亚组，每组试件约须15块。
（2）本试验可用岩芯样，规则或不规则岩块样，对不同形状试件的尺寸要求如下：岩芯径向试验，试件的径长比应大于1.0；轴向试验，试件的径长比应等于或小于1.0；不规则岩块样，其长（L）、宽（W）、高（h）应尽可能满足L≥W≥h（图9-3d），试件高度（h）一般控制在0.5~10cm间，使之能满足试验仪器加载系统对试件尺寸的要求，另外，试件加荷点附近的岩面要修平整。
（3）根据试验要求对试件进行烘干或饱水处理。烘干试件：是在105~110℃温度下烘干12h；饱水试件，是先将试件逐步浸水，按试件高的1/4、1/2、3/4及4/4等份用6h将试件全部浸入
水中（如试件高度很小，允许分1/2、1等份浸水），自由吸水48h，然后用煮沸法或真空抽气法饱和试件。
2、描述试件
描述内容：除岩性外，重点应对其结构构造特征（如颗粒粗细，排列以及节理、层理等发育特征）及风化程度等进行描述。
3、试件尺寸粗测
对岩芯样及规则样，分别量测各试件的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸；对不规则岩块样，可过试件中心点测量试件的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸。
4、安装试件
试件安装前，先检查试验仪器的上、下两个加荷锥头是否准确对中，然后将试件放置试验仪中，摇动手摇油泵升起下锥头，使加荷锥头与试件的最短边方向（即h方向）紧密接触，注意让接触点尽量与试件中心重合。若需要测定结构面（层理、片理、节理等）的强度，则应确保两加点的連线在同一结构中，如图9-4所示。
5、加荷
试件安装后，调整压力表指针到零点，以在10~60秒钟内能使试件破坏（相当于每秒0.05-0.1MPa）的加荷速度匀速加荷，直到试件破坏，记下破坏时的压力表读数（F）。
6、描述试件破坏的特点
正常的试件破坏面应同时通过上、下两个加荷点，如果破坏面只通过一个加荷点，如图9-5所示，便产生局部破坏，则该次试验无效，应舍弃，破坏面的描述还应包括破坏面的平直或弯曲等情况。
7、破坏面尺寸测量
试件破坏后，须对破坏面的尺寸进行测量，测量的尺寸包括上、下两加荷点间的距离（D）和垂直于加荷点連线的平均宽度（Wf），其方法见图9-3，图中分岩芯径向试验、岩芯轴向试验和不规则块体试验四种情况说明了D和Wf的测量方法，测量误差不超过±0.2mm。
8、重复试验
重复步骤3~7对其余试件进行试验。
9、计算及成果资料整理 （1）按下式计算试件破坏荷载
式中：P――试件破坏时总荷载（N）；
C――仪器标定系数（为千斤顶的活塞面积，mm2），一般在各仪器的说明书都有该仪器的
标定系数供参考；
F――试件破坏时的油压表读数（MPa）。
（2）按下式计算试件的破坏面积和等效园直径的平方值
式中：Af ――试件的破坏面面积（mm）；
2
D――在试件破坏面上测量的两加荷点之间的距离（mm）； Wf ――试件破坏面上垂直于加荷点连续的平均宽度（mm）； De ――等效园直径，为面积与破坏面面积相等的园的直径（mm）。
（3）按下式计算岩石试件的点荷载强度
式中：IS――试件点荷载强度（MPa），其余符号同前。
（4）求平均值
当测得的点荷载强度数据在每组15个以上时，将最高和最低值各删去3个，如果测得的数据较少时，则仅将最高和最低值删去，然后再求其算术平均值，作为该组岩石的点荷载强度，最后结果取至小数后二位。
操作演示
四、试验报告内容
1、整理记录表格，格式附表9-1。
附表9-1 点荷载试验记录表
月 日
试验： 计算： 校核： 年
2、整理试件描述资料。
五、注意事项
1、由于岩石点荷载强度一般都比较低，因此在试验中一定要控制好加荷速度，慢慢加压，使压力表指针缓慢而均匀地前进。
2、安装试件时，上、下加荷点应注意对准试件的中心，并使其加荷面垂直于加荷点的连线。 3、在对软岩进行试验时，加荷锥头常有一定的嵌入度，因此，在测量加荷点是距离D时，应将卡尺对准试件破坏上加荷锥留下来的两个凹痕底进行量测。
六、思考题
1、点荷载试验是在怎样的应力状态下进行的？其试件破坏属于什么破坏形式？ 2、与劈裂法试验相比较有什么异同？
第２９卷第１期
２００８年１月东北大学学报（自然科学版）Ｖ０１．２９．Ｎｏ．１ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｊａｎ．２００８
岩石点荷载试验若干问题的研究
王茹１，唐春安２，王述红１
（１．东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳１１０００４；２．大连理工大学土木水利学院，辽宁大连１１６０２４）
摘要：为了推进使用国家标准《工程岩体分级标准》和岩石强度的现场试验方法，研究了点荷载试验的
ＩＳＲＭ方法和《工程岩体分级标准》方法．指出了有两大关键问题影响点荷载试验的推广．提出了用ｊ。的平均值确定Ｊ们。）的方法，通过岩石不规则试件和规则石膏模型试件的点荷载试验证实，在Ｄ值大于５０ｎｌｔｎ的试件个数１１２和Ｄ值小于５０ｎｌｒｎ的试件个数咒３大致相等的条件下，本文的方法和传统方法的相对标准差相差不到２％．最后提出了制定岩石点荷载试验国家标准的建议，并总结了点荷载强度指标的应用范围．这对于岩石点荷载试验的发展和创新具有重要意义．
关键词：点荷载试验；点荷载强度指标；岩体分级；抗压强度；抗拉强度
中图分类号：ＴＤ３１３文献标识码：Ａ文章编号：１００５—３０２６（２００８）０１—０１３０—０３
Ｓｔｕｄｙ
ＷＡＮＧｏｎＳｅｖｅｒａｌＰｒｏｂｌｅｍｓＡｂｏｕｔＰｏｉｎｔＬｏａｄＴｅｓｔｏｆＲｏｃｋＲｕ１，ＴＡＮＧＣｈｕｎ—ａｎ２，ＷＡＮＧＳｈｕ—ｈｏｎ９１
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓ＆ＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０００４，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌ＆ＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２４，Ｃｈｉｎａ．Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ：ＷＡＮＧＲｕ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｒｕ４４７６＠ｓｉｎａ．ＣＯｒｎ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｔｕｄｉｅｓｔｈｅｆｉｅｌｄｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒＩＳＲＭ（ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｏｃｉｅｔｙｆｏｒｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓ）ａｎｄｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｆｏｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＲｏｃｋＭａｓｓｅｓ．Ｔｈｅｐｏｉｎｔ１０ａｄｔｅｓｔｉｓｔｈｕｓｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ．ｂｕｔｔｗｏｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｓｒｅｔａｒｄｉｔｓｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ｈｉｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｒｏｃｋｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｄｅｘｕｎｄｅｒｐｏｉｎｔｌｏａｄ，ｓｆ５０）ｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅｏｆＩｓ．
Ｔｈｅｎ，ｂｙｔｈｅｐｏｉｎｔｌｏａｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｉｒｒｅｇｕｌａｒｒｏｃｋｓｐｅｃｉｍｅｎｓａｎｄｒｅｇｕｌａｒｇｙｐｓｕｍｍｏｄｅｌｌｅｄｓｐｅｃｉｍｅｎｓ，ｉｔｉＳｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｕｇｇｅｓｔｅｄｆｒｏｍｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｉＳ１ｅｓｓｔｈａｎ２％ｉｆｔｈｅｎｎｍｂｅｒｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ咒，ｗｈｏｓｅＤｖａｌｕｅ＞５０ｍｉｌｌｉｓｅｑｕａｌｔｏｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓｎ３ｗｈｏｓｅＤ＜５０ｌ＂ｎＩｎｏｎｔｈｅＷｈｏｌｅ．Ｉｔｉｓａｌｓｏｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｏ
ｆｏｒｒｏｃｋｍａｓｓｅｓ．ｗｉｔｈｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｃｏｐｅｏｆｔｈｅ
ｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｄｅｘｕｎｄｅｒｐｏｉｎｔｌｏａｄｄｅｆｉｎｅｄ．ｗｈｉｃｈｉＳｏｆｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｏｉｎｔｌｏａｄｔｅｓｔｆｏｒｒｏｃｋｍａｓｓｅｓ．ｆｏｒｍｕｌａｔｅａｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｏｆｐｏｉｎｔ１０ａｄｔｅｓｔｓ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｉｎｔｌｏａｄｔｅｓｔ；ｐｏｉｎｔｌｏａｄｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｄｅｘ；ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｒｏｃｋｍａｓｓｅｓ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ
点荷载试验是一种使用便携式轻便仪器的强
度试验方法，可以使用现场的不规则试件或岩芯
试件进行测试．１９８５年国际岩石力学学会（ｔｈｅ
ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｏｃｉｅｔｙｆｏｒ５０２１８－－９４）在确定岩石坚硬程度时，允许使用点荷载试验．该国家标准的３．４．１条规定，岩石单轴饱和抗压强度Ｒ，应采用实测值．当无条件取得实测值时，也可采用实测的标准岩石点荷载强度
指标（ｊ。（５０））的换算值，并按式（１）换算：
Ｒ。＝２２．８２』ｉｏ。（．５７０５）．ｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ＩＳ蹦）公布了《测定点荷载强度的建议方法》Ｌｌｊ（ｓｕｇｇｅｓｔｅｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｐｏｉｎｔｌｏａｄｓｔｒｅｎｇｔｈ），该方
法又被称之为ＩＳＲＭ方法．１９９５年７月１日开始（１）
实施的国家标准《工程岩体分级标准》（ＧＢ
收稿日期：２００７，０１—３０式中，Ｉｓ（５０）为Ｄ＝５０ＦｎＩｎ时的工。．从２０世纪７０年代开始，岩石点荷载试验就
基金项目：国家自然科学基金资助项目（４０６３８０４０）．
作者简介：王茹（１９８０一），女，辽宁沈阳人，东北大学博士研究生；唐春安（１９５８一），男，湖南黔阳人，大连理工大学教授，博士生导师．
第１期王茹等：岩石点荷载试验若干问题的研究１３１引起了国际岩石力学界和工程界的普遍关广使用ＩＳＲＭ方法．文献［８］认为，将点荷载方法注Ｌ２＿３Ｊ，并开始在工程中应用．但是在某些问题测定的岩石抗压强度作为设计依据时应慎重．上尚没有共同的认识．因此，进一步深入研究岩石２．２岩石点荷载试验应用的若干问题
点荷载试验的关键问题，对于推广点荷载强度指目前有两大关键问题影响点荷载试验的推标和工程岩体分级都具有重要意义．广：
１点荷载试验方法简介１）ＩＳＲＭ方法虽然试验结果的误差较小［７Ｉ，
但需要测试通过压头接触点平面的最小横截面积
岩石点荷载试验是将规则的岩芯或不规则的Ａ，这既困难又不准确；
岩石块体置于上下两个球端加荷器之间，通过球２）《工程岩体分级标准》规定的点荷载试验端加荷器对试件施加竖向压力，直至试件破坏．岩确定Ｉｓ（ｓｏ）方法十分复杂，其修正方法很难消除Ｄ石点荷载仪的加荷器一般均采用标准加荷器．试值的大小对试验结果的影响，其所规定的Ｒ，计件有规则试件和不规则试件（图１）两种．其试验算公式，许多研究者并不赞同．
方法和强度计算主要有两大系统，即ＩＳＲＭ系统
和工程岩体分级系统．３制定岩石点荷载试验国家标准的建议
岩石点荷载试验的发展已有４０多年，其优缺
点已经十分明确．因此，建议建设部制定我国的岩
石点荷载试验国家标准，国际权威部门也应开展
这方面的工作．对此，作者提出如下看法，供制定
点荷载试验国家标准时参考．
图１不规则块体试验３．１用ｆ。的平均值确定Ｉｓ（５０）
Ｆｉｇ．１Ｐｏｉｎｔｌｏａｄｔｅｓｔ１３１３ｉｒｒｅｇｕｌａｒｒｏｃｋｂｌｏｃｋ影响岩石点荷载试验精度的关键因素之一，１．１ＩＳＲＭ系统就是Ｄ值的大小．消除Ｄ值影响的办法，除了上
ＩＳＲＭ方法是利用两加荷点之间的距离Ｄ述两大系统之外，还可以通过Ｄ—ｌｏｇ／。曲线、布和通过压头接触点平面的最小横截面积Ａ来求劳奇（Ｂｒｏｃｈ）和富兰克林（Ｆｒａｎｋｌｉｎ）的尺寸修正曲等价直径Ｄ。，通过Ｄ。确定未修正的点荷载强度线以及哈赛尼（Ｈａｓｓａｎｉ）公式确定Ｊ。ｆ５０）．在各种修指标Ｉｖ：正方法中，应用哈赛尼公式的效果最好．哈赛尼公
Ｄ
ｌｏ＝南，（２）式为
ＵｅｌｇＩ。（５０）＝０．２５６＋ｌｇｌ§一１．００８ｅｏ・０２７４Ｄ．（４）
并通过尺寸修正得Ｉｓ（５０）．Ｊ。（５０）乘以相应的经验作者认为，如果在一组不规则试件中，Ｄ值系数即得到点荷载抗压强度Ｒ，，抗拉强度Ｒ，．大于５０１ＴｌＩｎ的试件个数”２和Ｄ值小于５０ｍｒｎ１．２工程岩体分级系统的试件个数以，大致相等（相差不超过总数
在工程岩体分级标准（ＧＢ５０２１８－－９４）的条１０％），则可以直接求该组试件的算术平均值来确文说明中，对试件尺寸和点荷载强度指标Ｉｓ（５０）的定ｊ。（５０），而不必利用其他修正方法．即在Ｄ值的确定作了详细的说明［引，该标准采用式（１）计算尺寸以Ｄ＝５０ｉＩｌＩｎ为中心大致均匀分布的情况岩石单轴抗压强度，并定义下，一组试件Ｊ。＝Ｐ／Ｄ２的算术平均值即是该种
Ｉｓ（ｓｏ）＝ｊ。・Ｋｄ・ＫＤａ．（３）岩石的ｊ。（５０）．
ｎ为了验证该算术平均值方法的可行性，分别进
式中，ｊ。＝轰，Ｋｄ和ＫＤｄ分别为尺寸效应修正系行了不规则试件和石膏模型试验．两组不规则试数和形状效应修正系数．件选用鞍山地区的绿泥石英片岩和千枚岩．试验２岩石点荷载试验应用的问题及计算结果见表１。和表２．其中Ｉｓ（５ｊ）由式（４）、求
得．绿泥石英片岩试件的ｌ孢２一咒３｜＝２＜‘３．６，该
２．１近期的研究成果结果表明，本文方法和传统方法的结果（即，。’的
国内外点荷载试验研究都是围绕着ＩＳＲＭ方平均值∥１与Ｉｓ（５０）的平均值∥２）仅相差１．９０％．法和工程岩体分级标准展开的［５－６］．文献［７］认千枚岩的ｆ咒２一咒３ｌ＝１＜１．４，该结果ｐｌ与严２仅为，ＩＳＲＭ方法的误差小于传统方法的误差，应推相差０．８４％．
１３２东北大学学报（自然科学版）第２９卷
表２两种岩石的点荷载试验结果３．３点荷载强度指标的应用范围
Ｔａｂｌｅ２ＰｏｉｎｔｌｏａｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓＯＲｔｈｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｒｏｃｋ按本文所述方法所确定的抗压强度Ｒ，，抗拉
强度Ｒ，可以用于工程岩体分级．通过Ｒ，计算求
得的普氏系数厂可以用于建筑工程、公路工程、
矿山建设工程等的定额中．在建筑地基、隧道、矿
山井巷的设计和施工组织设计中，使用由岩石点
荷载试验确定的Ｒ。或Ｒ。时，有人担心点荷载强
度的误差较大，会影响计算精度．实际上，在工程
的可靠性设计方法中，强度设计指标中采用的是
强度标准值指标，它本身就与试验的标准差有关．
例如，在《建筑地基基础设计规范》（ＧＢＪ７—８９）
中，采用的设计指标如式（７）所示：
石膏模型按ｍ（水）：ｍ（石膏粉）＝０．６５的比ｆｒｋ７－－．／２｛ｒ—１．６４５ａｆ，．（７）例制作，采用各向同性均质立方体模型．按立方体式中，Ａ为岩石单轴抗压强度标准值；／Ｌｆｒ为岩石的边长口＝３５，５０，７０ｍｍ分为三组．点荷载石膏单轴抗压强度试验平均值；Ｏ＇ｆｒ为岩石单轴抗压强模型试验结果如表１所示．由表１的试验结果可度试验标准差．
知，Ｉ。的平均值ｐｌ和Ｉｓ（５０）的平均值户２相差为因此，点荷载试验的误差不会影响其应用的１．９５％．由以上岩石试件和石膏模型的试验结果可靠性．矿山井巷工程的支护设计，大部分采用经可知，在试件处于以Ｄ＝５０１ＴＩＩＴＩ为中心随机均匀验法．经验法设计中使用点荷载强度也是完全可分布的条件下，两种方法的结果相差不到２％．因靠的．采用算术平均值法确定Ｉｓ（５０１，并用式（５），此，建议在咒２和咒３大致相等的条件下，可以直式（６）确定Ｒ。，Ｒ＋，可以达到常规方法确定Ｒ。，Ｒ。接将各试件ｊ。的平均值作为Ｉｓ（５０），而不必进行的精度和可靠度．
各种方法的修正．
３．２抗压强度和抗拉强度公式４结论
大多数学者认为，标准点荷载强度指标建议有关部门应尽快制定国家岩石点荷载试Ｉｓ（５０）和岩石单轴抗压强度Ｒ。及抗拉强度Ｒ。是验标准；在一组试件满足以Ｄ＝５０ｒａｎ３为中心均相关的，可以建立Ｒ。和Ｉｓ（５０），Ｒ。和Ｉｓ（５０）的经验匀分布的情况下，可以直接用Ｊ。的平均值确定公式．但是由于岩石力学性质的复杂性，常规方法Ｉｓ（５０），而不必进行修正；推荐使用Ｒ。＝２０１。（５０）和确定的Ｒ。和Ｒ，，其相对标准差一般在２０％～Ｒ．＝１．５Ｉｓ（５０）确定岩石单轴抗压强度Ｒ，和抗拉４０％，有时甚至高达５０％以上．点荷载试验的相强度Ｒ。；Ｒ。和Ｒ。可以用于工程岩体分级、岩体对标准差也在２０％－－４０％．在绝大多数的岩石工工程定额及岩体工程的设计或施工组织设计中．程中，这样的精度是可行的．所以作者认为，可以
采用如下两个公式确定岩石抗压强度和岩石抗拉参考文献：
强度：［１］ＦｒａｎｋｌｉｎＪＡ．Ｓｕｇｇｅｓｔｅｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｅｔｅｍａｉｎｉｎｇｐｏｉｎｔｌｏａｄ
Ｒ，＝２０１。ｆ５（）、，（５）ｓｔｒｅｎｇｔｈ：ＩＳＲＭＣＯｎｌｎｌｏｎｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ，１９８５，２２
Ｒ＋＝１．５Ｉｓ（５０）．（６）（２）：５１—６０．（下转第１４０页）
１４０东北大学学报（自然科学版）第２９卷ｌｎＭ（Ｔ）一ｌｎＴ图形．在对数坐标系中，它反映了参考文献：
不同ｑ下Ｍ。（Ｔ）与Ｔ的标度关系．从图３ａ可以
看出，１－Ｍｏ（丁）一ｌｎＴ线近似线性，这表明该期货［１］ＪａｎｏｓｉＩＭ，ＪａｎｅｔｓｋｏＢ，ＫｏｎｄｏｒＩＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆ
ｉｎｄｅｘｄａｔａｏｆｔｈｅＢｕｄａｐｅｓｔｓｔｏｃｋ
市场具有多标度特征．进一步地，通过式（４）和式ｅｘｃｈａｎｇｅ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃａＡ，
１９９９，２６９（１）：１１１—１２４
（５）得到ｆ’（口）一ｄ图形，如图３ｂ所示．多重分形［２］ＳｋｊｅｌｔｏｒｐＪＡ．ＳｃａｌｉｎｇｉｎｔｈｅＮｏｒｗｅｇｉａｎｓｔｏｃｋｍａｒｋｅｔ［Ｊ］．谱图形ｆ’（ａ）一ａ中的ａ是一个标度范围（０．８９５ＰｈｙｓｉｃａＡ，２０００，２８３（３）：４８６—５２８．
［３］ＷａｎｇＢＨ，ＨｕｉＰＭ．Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄ，ｓｃａｌｉｎｇｏｆ
～１．０７６）而不是单一的标度指数，这再次证实了ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓｆｏｒＨａｎｇＳｅｎｇｉｎｄｅｘｉｎＨｏｎｇＫｏｎｇｓｔｏｃｋｍａｒｋｅｔ时间序列中多重分形特征的存在．此外，ｆ（ａ）图［Ｊ］．ＥｕｒｏｐｅａｎＰｈｙｓＡａｌＪｏｕｒｎａｌＢ，２００１，２０（４）：５７３—形对于ａ是不对称的，这表明指数分布是不均匀５７９．
［４］ＰａｎｅｓＥＰ．Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｕｓｉｎｇｓｃａｌｅ
的．ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓａｎｄｅｘｐｌｏｒｉｎｇｌｏｎｇｍｅｍｏｒｙｔｈｒｏｕｇｈＡＲＦＩＭＳ
ｍｏｄｅｌｓｉｎＡｔｈｅｎｓｓｔｏｃｋｅｘｃｈａｎｇｅ［Ｊｊ．ＡｐｐｌｉｅｄＦｉｎａｎｃｉａｌ
３结论Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，２００１，１１（３）：３９５—４０２．
ｆ５１ＨｏＤＳ，ＬｅｅＣＫＳｃａｌｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｔｈｅＴａｉｗａｎｓｔｏｃｋ
１）沪铜期货价格指数具有分形特性，存在长ｍａｒｋｅｔ［Ｊ］ＰｈｙｓｉｃａＡ，２００４，３３２（２）：４４８—４６０．
记忆性，以前发生事件的影响会延续到长记忆消［６］张晓莉，严广乐．中国股票市场长期记忆特征的实证研究
［Ｊ］．系统工程学报，２００６，２２（２）：１９１—１９４．
失．说明投资者之间实际上是相互影响的，市场信（ＺｈａｎｇＸｉａｏ－ｔｉ，ＹａｎＧｕａｎｇ—ｌｅ．Ｅｍｐｉｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｏｎｇ—息以非线性的方式呈现，投资者也以非线性方式ｔｅｒｍｍｅｍｏｒｙｏｆｓｔｏｃｋｍａｒｋｅｔｏｆＣｈｉｎａ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｌｌａｌｆ矿对市场信息做出反应，并且只有信息累积到一定￥劬ⅡＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，２２（２）：１９１—１９４．）
［７］苑莹，庄新田．上海股票市场的标度特征［Ｊ］．东北大学学
程度，才会对信息做出反应，并按他们所能接受的报：自然科学版，２００６，２７（１０）：１１７７—１１８０．
价格进行交易而不管价格是否公平，这导致了期（ＹｕａｎＹｉｎｇ，ＺｈｕａｎｇＸｉｎ－ｔｉａｎＯｎｔｈｅｓｃａｌｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ｏｆ
货指数的有偏随机游走．ＳｈａｎｇｈａｉｓｔｏｃｋｍａｒｋｅｔｌＪｊ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：，ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ，２００６，２７（１０）：１１７７—１１８０．）
２）盒维数以及多重分形分析都表明市场存［８］ＢｒａｃｈｅｔＭＥ，ＴａｆｌｉｎＥ，ＴｃｈｅｏｕＪＭ．Ｓｃａｌｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ在多重分形特征．这是因为，对于期货市场而言，ａｎｄｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｄｉｓｔｆｉｂｕｔｉｏｎｓｆｏｒｆｉｎａｎｃｉａｌｔｉｍｅｓｅｒｉｅｓｌＪｊ
Ｃｈａｏｓ，ＳｏｌｉｔｏｎｓａｎｄＦｒａｃｔａｌｓ，２０００．１１（１４）：２３４３—２３４８
价格指数是市场信息的复杂函数，而且价格分布［９］ＳｃｌｃｕｋＦ．Ｆｉｎａｎｃｉａｌｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ，ａｆｔｅｒｓｈｏｃｋｓａｎｄｓｃａｌｉｎｇｉｎ与信息传递紧密相关，因此多标度特征是期货市ｅｍｅｒｇｉｎｇｓｔｏｃｋｍａｒｋｅｔｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃａＡ，２００４，３３３：３０６—场信息随机级联过程的结果。３１６．
［１０］ＬｅｅＣＫ，ＨｏＤＳ，ＹｕＣＣ，ｅｔａ１．Ｆｒａｃｔａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆ
致谢Ｓｔａｂｌｅ３．０４软件由ＪｏｈｎＰ．Ｎｏｌａｎ提供，在此ｔｅｍｐｏｒａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆａｉｒｐｏｌｌｕｔａｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｂｙｂｏｘ表示感谢！ｃｏｕｎｔｉｎｇ［Ｊ］ＭｏｄｅｌｌｉｎｇＳｏｆｔｗａｒｅ，２００３，１８（３）：２４３—２５１．）ｏ。ｅｏｏ＿ｏｏｏｅｏｅ叱ｅｏｏｏ争。ｏｏ◇ｏｏｏｏ。ｅｏｅｏ台。寺矾争州争ｏｅｏｏｏｅｏｅｏｏｏｅｏｅｏｅｏｅｏ争ｏｅｏｅｏｅｏｅｏｏｏｅｏｏｏｏｏ争ｏｅｏｅｏｏｏ争（）・令（）昏（上接第１３２页）
［２］Ｂｅａｍ＇ｔａｎＲＡ．Ｕｓｅｏｆｔｈｅｐｏｉｎｔｌｏａｄｔｅｓｔｆｏｒｔｈｅｒａｐｉｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ
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岩石点荷载试验若干问题的研究
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：
被引用次数：王茹， 唐春安， 王述红， WANG Ru， TANG Chun-an， WANG Shu-hong王茹,王述红,WANG Ru,WANG Shu-hong(东北大学,资源与土木工程学院,辽宁,沈阳,110004)， 唐春安,TANG Chun-an(大连理工大学,土木水利学院,辽宁大连,116024)东北大学学报（自然科学版）JOURNAL OF NORTHEASTERN UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)2008,29(1)4次
参考文献(8条)
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本文读者也读过(10条)
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引用本文格式：王茹.唐春安.王述红.WANG Ru.TANG Chun-an.WANG Shu-hong 岩石点荷载试验若干问题的研究[期刊论文]-东北大学学报（自然科学版） 2008(1)
岩石点荷载试验方法的研究
摘要：在岩土工程勘察过程中，岩石强度由岩石单轴抗压强度试验得出，在实际工作中，岩石样品的完整程度对试验结果影响很大，特别是对一些较破碎的岩体来说，很难取到完整岩样，可以通过点荷载试验测得岩石强度指标，进而换算成岩石单轴抗压强度，对岩基进行评价。
关键词：岩石强度；点荷载试验；单轴抗压强度
一、前言
目前随着城市建设的大力发展，高层建筑在城市建设中如雨后春笋，飞速建成。就镇江地区的工程地质条件而言，高层建筑多以基岩中风化层、微风化层局部以基岩强风化层为桩尖持力层，这就要求岩土工程详细勘察对基岩的工作做的更加详细，需要提供基岩天然或饱和单轴抗压强度值。岩石天然或饱和单轴抗压强度试验对岩石样品的要求较高，但在实际工作中，完整程度较高的岩石样品较难取得，特别是对一些较破碎的岩体来说，很难取到完整岩样，满足不了单轴抗压强度试验要求，而通过点荷载试验对所得的岩石强度指标转，换算成岩石单轴抗压强度。
点荷载试验方法对试验试件的规格要求不高，仪器轻便，易于携带，可现场测定岩块的抗压强度，在工程中得到了广泛应用。本文通过对点荷载试验方法的研究，对比常用的岩石单轴抗压试验结果，确定点荷载试验得出岩石强度与岩石单轴抗压试验结果基本吻合，可作为工程数据应用。
二、点荷载试验方法
点荷载试验方法的特点是岩石试件可以是规则的方形岩块、不规则岩块或是岩芯。对岩芯岩石试件既可以测定轴向又可以测定径向，对于岩块既可以测定顺岩层方向又可以测定垂直于岩层方向的岩石点荷载强度。
在岩石点荷载试验中，为使岩石试件有良好的受力和传力条件，当采用岩心试件作径向试验时，要求：
1.岩芯试件的长度与直径之比不小于1；作轴向试验时，加荷两点间的距离与直径之比为0.3-1.0；
2.当采用方块体或不规则岩块试件作试验时，加荷两点间的距离宜为30-50mm；加荷两点间距与加荷处平均宽度之比宜为0.3-1.0；试件长度不小于两加荷点间距。
点荷载试验虽然不必对岩石试件进行专门加工，不是统一的形状和同一的标准尺寸，但实践证明，即使在同一种岩石中，由于尺寸不同，试验成果差异较大，尺寸效应显著。为了消除尺寸效应的影响，使不同尺寸的试验资料具有可比性，
点荷载强度指数
学科：工程地质学
词目：点荷载强度指数
英文：point loading strength index 释文：点荷载试验中，试样被两加荷锥头压裂时的极限荷载(P)与两锥顶间距(D)的平方之比，称为点荷载强度指数(Is)，即Is=P/D2。据此，可按下式计算试样的抗拉强度，即：S1=KI8，式中K为与试样形状有关的系数,一般取0.9或0.96。
试验1：测定岩石的点荷载强度指标
抗压强度测试主要有两种方法：一种是在材料试验机上进行测试, 此种方法
岩石试件的受力状态较好, 测试精度高, 但试样需进行严格的加工；另一种方法是用点荷载仪测试。
优点：点荷载法与材料试验机测试法所测的岩石抗压强度相比,具有试验成本低、时间短、试验样品加工要求不高或不需加工以及在施工现场可随时提供数据的优点。
缺点：测试精度不高, 适用性是有限的, 如果不分岩性, 不视工程的重要性, 都采用该方法测出的试验结果进行工程设计, 将会给有些工程带来质量隐患, 甚至会出现严重的事故。
试验目的：1、掌握点荷载仪的工作原理；
2、掌握点荷载仪的实用方法及注意事项； 3、试验数据的处理。
一、基本原理
点荷载试验是将岩石试件置于两个球形园锥状压板之间，对试件施加集中荷载，直至破坏，然后根据破坏荷载求得岩石的点荷载强度。
点荷载强度，可作为岩石强度分类及岩体风化分类的指标，也可用于评价岩石强度的各向异性程度，预估与之相关的其它强度如单轴抗压强度和抗拉强度等指标。
二、仪器设备
1、点荷载试验仪：如下图所示，它包括：
（1） 加载系统，由摇式加压杆、承压框架，球端圆锥状压板组成。油泵
出力一般约为50kN；加载框架应有足够的刚度，要保证在最大破坏荷载反复作用下不产生永久性扭曲变形；球端圆锥状压板球面曲率半径为5mm，圆锥的顶角为60°（见下图），采用坚硬材料制成。
（2）标距测量部分：采用0.2mm刻度钢尺或位移传感器，应保证试件加荷点间的测量精度达±0.2mm。
2、卡尺或钢卷尺； 3、地质锤。
三、操作步骤
1、试件制备
（1）试件分组：将肉眼可辨的、工程地质特征大致相同的岩石试件分为一组，如果岩石是各向异性的（如层理、片理明显的沉积岩和变质岩），还应再分为平行和垂直层理加荷的亚组，每组试件约须15块。
（2）本试验可用岩芯样，规则或不规则岩块样，对不同形状试件的尺寸要求如下：岩芯径向试验，试件的径长比应大于1.0；轴向试验，试件的径长比应等于或小于1.0；不规则岩块样，其长（L）、宽（W）、高（h）应尽可能满足L≥W≥h，试件高度（h）一般控制在0.5~10cm间，使之能满足试验仪器加载系统对试件尺寸的要求，另外，试件加荷点附近的岩面要修平整。
（3）根据试验要求对试件进行烘干或饱水处理。烘干试件：是在105~110℃温度下烘干12h；饱水试件，是先将试件逐步浸水，按试件高的1/4、1/2、3/4及4/4等份用6h将试件全部浸入水中（如试件高度很小，允许分1/2、1等份浸水），自由吸水48h，然后用煮沸法或真空抽气法饱和试件。
2、描述试件
描述内容：除岩性外，重点应对其结构构造特征（如颗粒粗细，排列以及节理、层理等发育特征）及风化程度等进行描述。
3、试件尺寸粗测
对岩芯样及规则样，分别量测各试件的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸；对不规则岩块样，可过试件中心点测量试件的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸。
4、安装试件
试件安装前，先检查试验仪器的上、下两个加荷锥头是否准确对中，然后将试件放置试验仪中，摇动加压杆升起下锥头，使加荷锥头与试件的最短边方向（即
h方向）紧密接触，注意让接触点尽量与试件中心重合。若需要测定结构面（层理、片理、节理等）的强度，则应确保两加点的連线在同一结构中，如图9-4所示。
5、加荷
试件安装后，调整压力表指针到零点，以在10~60秒钟内能使试件破坏（相当于每秒0.05-0.1MPa）的加荷速度匀速加荷，直到试件破坏，记下破坏时的压力表读数（F）。
6、描述试件破坏的特点
正常的试件破坏面应同时通过上、下两个加荷点，如果破坏面只通过一个加荷点，便产生局部破坏，则该次试验无效，应舍弃，破坏面的描述还应包括破坏面的平直或弯曲等情况。 7、破坏面尺寸测量
试件破坏后，须对破坏面的尺寸进行测量，测量的尺寸包括上、下两加荷点间的距离（D）
8、重复试验
重复步骤3~7对其余试件进行试验。
9、计算及成果资料整理
（1）按下式计算岩石试件的点荷载强度指标
IS=P/D2
式中：P――试件破坏时总荷载（N）；
D――在试件破坏面上测量的两加荷点之间的距离（mm）；
IS――试件点荷载强度（MPa）。 （详细可参看蔡美峰《岩石力学与工程》） （4）求平均值
当测得的点荷载强度数据在每组15个以上时，将最高和最低值各删去3个，如果测得的数据较少时，则仅将最高和最低值删去，然后再求其算术平均值，作为该组岩石的点荷载强度，最后结果取至小数后二位。
四、试验报告内容
1、整理记录表格，格式附表
1。
附表1 点荷载试验记录表
试验： 计算： 校核： 年 月 日2、整理试件描述资料。
五、注意事项
1、由于岩石点荷载强度一般都比较低，因此在试验中一定要控制好加荷速度，慢慢加压，使压力表指针缓慢而均匀地前进。
2、安装试件时，上、下加荷点应注意对准试件的中心，并使其加荷面垂直于加荷点的连线。
3、在对软岩进行试验时，加荷锥头常有一定的嵌入度，因此，在测量加荷点是距离D时，应将卡尺对准试件破坏上加荷锥留下来的两个凹痕底进行量测。
4、强度大的岩石试件，注意临界强度时以防岩石破裂蹦溅伤人。
六、思考题
1、点荷载试验是在怎样的应力状态下进行的？其试件破坏属于什么破坏形式？
2、与劈裂法试验相比较有什么异同？