四川紅層巖石強(qiáng)度試驗(yàn)探討

摘 要：四川地區(qū)內(nèi)分布著一些紅層砂泥巖，其表現(xiàn)出的特性包括了巖性軟弱、層理發(fā)育、各向異性、遇水容易崩解和軟化的特征，本文就該巖石的巖石強(qiáng)度試驗(yàn)做簡(jiǎn)要分析，此次試驗(yàn)中，首先采集了試驗(yàn)的樣品，然后經(jīng)過(guò)運(yùn)輸和加工，最后到實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，對(duì)各向數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，充分展示了一次完整的巖石強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程，對(duì)于未來(lái)的工程項(xiàng)目地質(zhì)勘測(cè)工作具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：四川；紅層；巖石；強(qiáng)度試驗(yàn)；探討

中圖分類號(hào)：TV223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）14-0182-02

在一些工程項(xiàng)目開(kāi)始之前，需要對(duì)工程所在地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和巖石構(gòu)成做詳細(xì)的勘察，其中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是巖石強(qiáng)度試驗(yàn)，該試驗(yàn)可以將該地巖體的物理力學(xué)特性指標(biāo)提取出來(lái)，是勘察地質(zhì)情況的重要手段與技術(shù)支撐。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中必須依照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程的具體要求進(jìn)行操作，必須運(yùn)用同其相適應(yīng)的方法和手段，才能保證試驗(yàn)結(jié)果是合理的、準(zhǔn)確的、可靠的。下面內(nèi)容就四川地區(qū)紅層的砂泥巖做巖石強(qiáng)度試驗(yàn)，通過(guò)一系列方法，檢測(cè)出其巖石物理力學(xué)特點(diǎn)，在工程施工方面有著極大的意義。

1 采集運(yùn)輸試驗(yàn)樣品和試件加工

四川地區(qū)的紅層巖石具有獨(dú)特性質(zhì)，包括了巖體的均一性不好、膠結(jié)物的變化較大、膠結(jié)形式的變化大、巖相巖性不穩(wěn)定等。巖石在同一個(gè)層位下，不同的部位，有著不同的物理力學(xué)性質(zhì)；因?yàn)榇嬖诹严?、?jié)理、層理以及另外一些不連續(xù)的結(jié)構(gòu)面的影響，同一個(gè)巖石塊，方向不一樣，也會(huì)存在差異。所以，試樣的采集工作比較困難，采樣工作者需要同地質(zhì)工程師以及試驗(yàn)工程師做充分的溝通，并且在現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)下，才能進(jìn)行采樣。

該區(qū)域內(nèi)紅層中有砂巖和泥巖，砂巖一般是較軟巖到軟巖，而泥巖一般是軟件到極軟巖。如果巖石的含水量出現(xiàn)了變化，也就是俗話說(shuō)的出現(xiàn)了干濕交替，這時(shí)就容易出現(xiàn)崩解軟化，尤其是軟到極軟的巖石，假設(shè)其部分水分失去，或者沒(méi)能達(dá)到充分的飽和，就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂崩解或者軟化崩解的問(wèn)題，這對(duì)采樣有著極高標(biāo)準(zhǔn)的要求，就必須及時(shí)采樣，并快速臘封，采集時(shí)要保證有足夠數(shù)量的軟巖試樣，在搬運(yùn)巖樣的過(guò)程中，必須要保證沒(méi)有振動(dòng)的運(yùn)輸。

巖石強(qiáng)度試驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)之一就是試件加工，巖石樣品的采集、臘封、包裝、運(yùn)輸都有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，到了試件加工環(huán)節(jié)，如果失敗，那么以前的努力將付之東流，后果是無(wú)法挽回的，試驗(yàn)工作人員要全程指導(dǎo)并參與到試件加工環(huán)節(jié)。巖石樣品可能會(huì)在采集和運(yùn)輸過(guò)程中，受到損傷，因此，加工環(huán)節(jié)要更加小心，必須要保證試件數(shù)量和質(zhì)量達(dá)到要求。試件形狀、試件直徑、試件高徑比、試件切面平整度、試件軸向加力、試件層面交角都會(huì)影響到試驗(yàn)的效果，試件加工的工作必須保證試驗(yàn)工作人員指導(dǎo)，并親自參與制作，才能保證試樣質(zhì)量，進(jìn)而保證后續(xù)試驗(yàn)結(jié)果有一個(gè)較高的質(zhì)量。

2 試驗(yàn)操作

試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)操作人員必須要對(duì)試驗(yàn)有一個(gè)準(zhǔn)確理解，并把握好規(guī)程，操作精心。

2.1 軟質(zhì)巖的飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

該地區(qū)內(nèi)紅層巖石，多以軟巖存在，尤其是泥巖，對(duì)其做飽和與單軸的抗壓強(qiáng)試驗(yàn)時(shí)，必須依照最新標(biāo)準(zhǔn)將試驗(yàn)樣品在水中浸泡足夠48h，在浸泡中很多容易出現(xiàn)問(wèn)題，比如沒(méi)能等到浸泡時(shí)間達(dá)到，試件就已經(jīng)出現(xiàn)了軟化的狀態(tài)，被水破壞掉，這就不能上機(jī)試驗(yàn)。但是原位飽和的承載試驗(yàn)，因?yàn)闀?huì)受到外部環(huán)境和時(shí)間的限制，無(wú)法實(shí)施數(shù)量足夠的原位試驗(yàn)，所以，考慮實(shí)施天然狀態(tài)的抗壓試驗(yàn)去代替飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，是非常有必要的。真正進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可以做一些原位試驗(yàn)，然后對(duì)比原位試驗(yàn)的結(jié)果和室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果，接下來(lái)可以取折減的結(jié)果值；或者依據(jù)試驗(yàn)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)推薦巖石含水量同抗壓強(qiáng)度關(guān)系，換算出飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度；還可以對(duì)直接提供出的試件，處于天然狀態(tài)下，具有怎樣的單軸抗強(qiáng)度，直接提供給工程師，讓其作為工作依據(jù)。

2.2 軟質(zhì)巖的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和加載速率

巖石具有怎樣的單軸抗壓強(qiáng)度，會(huì)跟隨巖石試件所承受的加載速率變化而變化，換言之，加載速率會(huì)影響巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值。如果出現(xiàn)了過(guò)高的加載速率，那么通過(guò)沖撞試驗(yàn)得出抗壓強(qiáng)度數(shù)值，就會(huì)高于在緩慢加載速率下得出的試驗(yàn)數(shù)值。我國(guó)關(guān)于巖石力學(xué)試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了，加載速率一般控制在0.5～1MPa/s之間。尤其在當(dāng)前這類試驗(yàn)中，更要嚴(yán)格遵循這一標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 抗壓強(qiáng)度同接觸面進(jìn)行摩擦

對(duì)于不同試件巖石端面，在試驗(yàn)加載時(shí)，試件具體應(yīng)力分布是不同的，對(duì)于其抗壓強(qiáng)度測(cè)定同樣會(huì)受到影響，到底會(huì)受到何種影響，就要看試件同承壓板間到底是多少摩擦系數(shù)。單軸抗壓試驗(yàn)時(shí)，就必須減小試件同壓力機(jī)端面實(shí)際摩擦力，這樣端面就可以有著較小的圓周向和徑向的膨脹，促使其盡可能平均分布應(yīng)力。

2.4 試件的加載軸力方向

巖石的抗壓強(qiáng)度同加載軸力方向有著密切的關(guān)系。此次試驗(yàn)中的巖石具有一定特點(diǎn)，其中明顯的就是各向異性，因此各個(gè)方向上得到的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值是不同的，將同樣一個(gè)加載力作用到斜交層面、平行層面、垂直層面上時(shí)，會(huì)得到不同的抗壓強(qiáng)度，存在差異，并且差異較大。因此，試驗(yàn)必須嚴(yán)格依照工程師的要求進(jìn)行，包括加載軸向和層面夾角試驗(yàn)，并將其在報(bào)告中做詳細(xì)說(shuō)明。

3 分析試驗(yàn)資料并整理

3.1 整理巖性不均一的試驗(yàn)成果

該類試驗(yàn)的巖石對(duì)像具有較多特點(diǎn)，試驗(yàn)工作人員要對(duì)造成特性的原因和其具體物理力學(xué)特點(diǎn)做針對(duì)性了解，因此，必須對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行整理，將反應(yīng)出巖石性質(zhì)特點(diǎn)的結(jié)果整理到一起，才能更好地滿足試驗(yàn)工程的要求。例如，巖石地層是白堊系，其構(gòu)成主要是泥質(zhì)膠結(jié)，還有一些Ca2+的鈣質(zhì)膠結(jié)。通過(guò)試驗(yàn)就可以看出，即使是同一個(gè)組別的試件，其最后的試驗(yàn)結(jié)果也會(huì)有所不同，其抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出倍數(shù)差異，對(duì)其做巖化分析，就會(huì)得出泥質(zhì)膠結(jié)的抗壓強(qiáng)度與鈣質(zhì)膠結(jié)的抗壓強(qiáng)度相比，要低得多。整理人員通過(guò)和地質(zhì)工程師進(jìn)行溝通交流，然后分類整理膠結(jié)不同類型砂巖的試驗(yàn)結(jié)果，將其確定為最終的地質(zhì)參考數(shù)據(jù)。

3.2 整理各向異性試驗(yàn)成果

四川地區(qū)的紅層砂泥巖與其他地區(qū)有著明顯的不同，層理發(fā)育、某方向的節(jié)理發(fā)育、各種特異性均有著不同的地方。如果對(duì)于其認(rèn)識(shí)不夠充分，對(duì)其資料整理沒(méi)能做到有效的區(qū)別，試驗(yàn)結(jié)果就會(huì)存在被浪費(fèi)的可能性，并且存在工程項(xiàng)目施工事故的問(wèn)題。比如某水電工程項(xiàng)目，因?yàn)閷?duì)于該地巖石的特異性特征，缺少一個(gè)充分地認(rèn)識(shí)，巖石強(qiáng)度試驗(yàn)中，只進(jìn)行了垂直層面試驗(yàn)，得出的結(jié)論是其抗壓強(qiáng)度符合要求?？墒窃诤笃谑┕ぶ校l(fā)現(xiàn)了一些分層經(jīng)過(guò)了碾壓之后，堆石的填筑體出現(xiàn)了很嚴(yán)重的表面細(xì)化，再次進(jìn)行抗壓強(qiáng)試驗(yàn)，得出其并不符合要求。因?yàn)樵趯?shí)際施工中，對(duì)于巖石的施力，并不在一個(gè)方向，會(huì)從各個(gè)方面施力，必須做各個(gè)方向的試驗(yàn)，并整理各向異性試驗(yàn)成果。

3.3 整理存在缺陷巖石的試驗(yàn)成果

紅層巖石中會(huì)有一些層面富集云母的砂泥巖和頁(yè)巖，這些巖石或多或少存在缺陷。想要準(zhǔn)確地獲得這類巖石的物理力學(xué)參數(shù)，要對(duì)其缺陷有著明確的認(rèn)識(shí)，還必須運(yùn)用專門(mén)的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，并整理出該類型巖石的試驗(yàn)成果。比如說(shuō)，對(duì)于該類巖石，其飽和單軸抗壓強(qiáng)度不能滿足地基承載力，因此提出了運(yùn)用原位承載試驗(yàn)，并取天然狀態(tài)的單軸抗壓強(qiáng)度，對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析，然后綜合比較，選取合適的試驗(yàn)值，才能滿足試驗(yàn)?zāi)康囊蟆?/p>

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，四川地區(qū)紅層的砂泥巖做巖石強(qiáng)度試驗(yàn)，必須要保證整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中依照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程的具體要求進(jìn)行操作，必須運(yùn)用同其相適應(yīng)的方法與手段，才能保證試驗(yàn)結(jié)果是合理的、準(zhǔn)確的、可靠的。實(shí)際工作中，經(jīng)過(guò)一系列試驗(yàn)，才可以準(zhǔn)確檢測(cè)出其巖石物理力學(xué)特點(diǎn)，對(duì)于工程施工方面有著極大的意義。

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收稿日期：2018-4-13

作者簡(jiǎn)介：唐根文（1972-），男，助理工程師，從事巖石試驗(yàn)及工程監(jiān)測(cè)工作。