点荷载试验报告

点荷载试验报告
点荷载试验
1.1试验的目的及意义
（1）使学生了解点荷载实验仪器的基本构造、基本性能、工作原理和使用方法；
（2）使学生掌握点荷载试验的基本步骤和方法；
（3）通过实验求出试样的抗拉强度，据此可经验地计算出试样的抗压强度；
（4）培养学生进行结构试验的动手能力和科学研究的分析能力；（5）用点荷载强度为岩石分级及按经验公式计算岩石的抗压强度参数提供依据。

1.2试验的适用范围
点荷载试验是一项测定岩石强度的试验，主要用于岩石分类及岩石各向异性的测定，并可计算其单轴抗压强度和抗拉强度。

由于试件可直接选用钻探岩心及不规则的岩块，因此它适用于野外，尤其是对室内试验制样困难的风化岩石，软弱破碎岩石等。

1.3试验的仪器设备
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°，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。

1.4实验原理
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。

（1）试件破坏荷载：
F C P ⋅=
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（pa M ）。

（2）试件的破坏面积和等效圆直径的平方值：
f f W D A ⋅=
π
/42e f A D ⋅= 式中：f A ――试件的破坏面面积（mm2）；
D ――在试件破坏面上测量的两加荷点之间的距离（mm ）； f W ――试件破坏面上垂直于加荷点连续的平均宽度（mm ）； e D ――等效圆直径，为面积与破坏面面积相等的圆的直径（mm ）。

1.5实验要求
（1）实验过程中应该时刻注意安全第一，做好防护工作，避免岩石试样压坏时溅射到自身。

（2）加压过程中如果出现漏油时，应该立刻停止实验，并且放弃该样本试块的试验，避免压坏仪器。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

1.6试验的操作步骤和注意事项
操作步骤
（1）描述试件
1、岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程序、胶结物性
质等。

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。

2、试件形状及制备方法。

3、加荷方向与层理、节理、裂隙的关系。

4、含水状态及所使用的方法。

（2）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。

（3）安装试件
径向试验时，将岩心试件放入球端圆锥之间，使上下锥端与试件直径两端紧密接触。

接触点距试件自由端的最小距离不应小于加荷两点间距的0.5。

轴向试验时，将岩心试件放入球端圆锥之间，使上下锥端位于岩心试件的圆心处并与试件紧密接触。

方块体与不规则块体试验时，选择试件最小尺寸方向为加荷方向。

将试件放入球端圆锥之间，使上下锥端位于试件中心处并与试件紧密接触。

接触点距试件自由端的距离不应小于加荷点间距的0.5。

（4）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）。

（5）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。

（6）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（y）和垂直于加荷点連线的平均宽度
（x），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y和x的测量方法，测量误差不超过±0.2mm。

（7）重复试验
重复步骤（2）~（6）对其余试件进行试验，收集各试件的点荷载破坏值。

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，在测量加荷点的距离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。

1.7试验数据及处理
（1）由于实验条件限制原因，试验所取岩石用砖块代替。

实验中所用的砖块质硬性脆，风化较为明显。

（2）试验后破坏面大多不新鲜，呈拐弯且破碎状破坏。

点荷载试验数据表如下
见附表1
本次实验中，共有24个实验数据，未压坏的砖块数为3个，这三个未压坏的实验数据作废。

则剩下21个有效数据。

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。

（1）按下式计算试件破坏荷载：
p c f =*
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 ）。

p —破坏时总荷载见记录表
（2）按下式计算试件的破坏面积和等效园直径的平方值： 对岩芯样试件进行径向试验时
2e D = '2D
'2D ='D D *
式中D — 两加荷点间距(mm)
'D —上下锥端发生贯入试件破坏时的两加荷点间距(mm) f f A D W =*
24/e f D A π=*
式中：Af ――试件的破坏面面积（mm2）；
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 ――等效直径，为面积与破坏面面积相等的圆的直径（mm ）。

（3）按下式计算岩石试件的点荷载强度：
2s e P
I D
式中：IS ――试件点荷载强度（MPa ），其余符号同前。

点荷载数据共有21组，将最高和最低值各删掉3个，取加权平均作为岩石的点荷载强度，结果计算为经尺寸修正求得I s(50)后按张喜发等编﹤﹤工程地质原位测试﹥﹥一书的经验计算抗压强度。

−
I s50=0.00062788815=0.0000418592Mp a ，
试件的I s(50)点荷载强度为0.0000418592Mpa 。

点荷载试验对岩石施加的荷载拉压应力，以拉应力引起的破坏为主导地位试件中心处的拉压应力大于边缘处。

1.7试验成果分析及工程应用
（1）点荷载实验仪器重量较轻，结构简单，携带方便，是一种适用野外进行现场快速试验的良好设备。

（2）点荷载试验使用的岩石试件为岩芯、方形岩块及不规则岩块，岩石试件不需进行专门加工，因此设备简单费用低；并能测定风化软弱岩石，解决了常规方法不能解决的难题。

1.8结论与建议
（1）实验选取的岩石试块应比较全面，便于求实。

且试块强度不能过高，以免压坏仪器。

（2）点荷载强度指数对存在于岩石中的结果面很敏感，主要表现为，在点荷载试验中，试件极易沿结果面发生破坏，哪怕加载点并未与结果面接触。

因此，通过点荷载试验，可判别该岩石的强度是受岩石控制，还是受结果面控制。

（3）在试验中，应注意观察和描述试样的破坏特征，例如：试样破裂面全部是新鲜平直的；全部是沿原有破裂面破裂的；部分是新鲜断面，部分是原有列面，呈拐弯状破坏等。

对此，应分别进行强度统计，这有利于分析结果的代表性。