中华人民共和国国家标准工程岩体试验方法标准GB/T50266-99 2
2.8 单轴压缩变形试验
2.8.1 单轴压缩变形试验适用于能制成规则试件的各类岩石。
2.8.2 试件应符合本标准第2.7.2～2.7.6条的要求。
2.8.3 试件描述应符合本标准第2.7.7条的要求。
2.8.4 主要仪器和设备应包括下列各项：
（１）钻石机、锯石机、磨石机、车床等。
（２）测量平台。
（３）材料试验机。
（４）惠斯顿电桥、万用表、兆欧表。
（５）电阻应变仪。
2.8.5 试验应按下列步骤进行：
（１）选择电阻应变片时，电阻片阻栅长度应大于岩石颗粒的10倍，并应小于试件的半径；同一试件所选定的工作片与补偿片的规格、灵敏系数等应相同，电阻值相差应不大于±0.2Ω
（２）电阻应变片应牢固地粘贴在试件中部的表面，并应避开裂隙或斑晶。纵向或横向电阻应变片的数量不得少于2片，其绝缘电阻值应大于200ＭΩ。
（３）将试件置于试验机承压板中心，调整球形座，使试件受力均匀。
（４）以每秒0.5～1.0ＭＰａ的速度加荷，逐级测读荷载与应变值直至破坏，测值不应少于10组。
（５）记录加荷过程及破坏时出现的现象，并对破坏后的试件进行描述。
2.8.6 试验成果整理应符合下列要求：
（１）岩石单轴抗压强度按式（2.7.10）计算。
（２）按下列公式计算各级应力：
（６）岩石弹性模量值取3位有效数字；泊松比计算值精确至0.01。
（７）单轴压缩变形试验记录应包括工程名称、取样位置、试件编号、试件描述、试件尺寸、各级荷载下的应力及纵向和横向应变值、破坏荷载。
2.9 三轴压缩强度试验
2.9.1 三轴压缩强度试验采用的侧压力应相等,并适用于能制成圆柱形试件的各类岩石。
2.9.2 试件应符合下列要求：
（1）圆柱形试件直径应为承压板直径的0.98-1.00。
（2）同一含水状态下，每组试验试件的数量不宜少于5个。
（3）其它应符合本标准第2.7.2条~第2.7.5条的要求。
2.9.3 试件描述应符合本标准第2.7.5条的要求。
2.9.4 主要仪器和设备应包括下列各项：
（1）钻石机、锯石机、磨石机、车床等。
（2）测量平台。
（3）三轴试验机（包括测试系统和记录系统）。
2.9.5 试验应按下列步骤进行：
（1）侧压力可按等差级数或等比级数进行选择。
（2）根据三轴试验机要求安装试件试件。应采用防油措施。
（3）以每秒0.05MPa的加荷速度同时施加侧压力和轴向压力至预定侧压力值，并使侧压力在试验过程中始终保持为常数。
（4）以每秒0.5-1.0MPa的加荷速度施加轴向荷载,直至试件完全破坏,记录破坏荷载。
（5）对破坏后的试件进行描述。当有完整的破坏面时，应量测破坏面与最大主应力作用面之间的夹角。
2.9.6 试验成果整理应符合下列要求：
（1）按下列公式计算不同侧压条件下的轴向应力：
（2）根据计算的轴向应力σ1及相应施加的侧压力值，在r-σ坐标图上绘制莫尔应力圆,根据库伦莫尔强度理论确定岩石三
轴应力状态下的强度参数。
（3）三轴压缩强度试验记录应包括工程名称、取样位置、试件编号、试件描述、试件尺寸、各侧向压应力下各轴向破坏荷载。
2.10 抗拉强度试验
2.10.1 抗拉强度试验采用劈裂法，适用于能制成规则试件的各类岩石。
2.10.2 试件应符合下列要求：
（１）圆柱体试件的直径宜为48～54mm，试件的厚度宜为直径的0.5～1.0倍，并应大于岩石最大颗粒的10倍。
（２）其它应符合本标准第2.7.2条、第2.7.4～2.7.6条的要求。
2.10.3 试件描述应符合本标准第2.7.7条的要求。
2.10.4 仪器和设备应符合本标准第2.7.8条的要求。
2.10.5 试验应按下列步骤进行：
（１）通过试件直径的两端，沿轴线方向划两条相互平行的加载基线。将2根垫条沿加载基线，固定在试件两端。
（２）将试件置于试验机承压板中心，调整球形座，使试件均匀受荷，并使垫条与试件在同一加荷轴线上。
（３）以每秒0.3～0.5MPa的速度加荷直至破坏。
（４）记录破坏荷载及加荷过程中出现的现象，并对破坏后的试件进行描述。
2.10.6 试验成果整理应符合下列要求：
（１）按下列公式计算岩石抗拉强度：
（２）计算值取3位有效数字。
（３）抗拉强度试验的记录应包括工程名称、取样位置、试件编号、试件描述、试件尺寸、破坏荷载。
2.11 直剪试验
2.11.1 直剪试验适用于岩块、岩石结构面以及混凝土与岩石胶结面。
2.11.2 应在现场采取试件，在采取、运输和制备过程中，应防止产生裂缝和扰动。
2.11.3 试件尺寸应符合下列要求：
（１）岩块直剪试验试件的直径或边长不得小于5cm，试件高度应与直径或边长相等。
（２）岩石结构面直剪试验试件的直径或边长不得小于5cm，试件高度与直径或边长相等。结构面应位于试件中部。
（３）混凝土与岩石胶结面直剪试验试件应为方块体，其边长不宜小于15cm。胶结面应位于试件中部，岩石起伏差应为边长的1％～2％。混凝土骨料的最大粒径不得大于边长的1/6。
2.11.4 含水状态可根据需要采用天然含水状态、饱和状态或其它含水状态。
2.11.5 每组试验试件的数量不应少于5个。
2.11.6 试件描述应包括下列内容：
（１）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等。
（２）层理、片理、节理裂隙的发育程度及其与剪切方向的关系。
（３）结构面的充填物性质、充填程度以及试件在采取和制备过程中受扰动的情况。
（４）混凝土与岩石胶结面的试件，应测定岩石表面的起伏差，并绘制其沿剪切方向的高度变化曲线。混凝土的配合比，胶结质量及实测标号。
2.11.7 主要仪器和设备应包括下列各项：
（１）试件制备设备。
（２）试件饱和设备。
（３）直剪试验仪。
2.11.8 试件安装应符合下列规定：
（１）将试件置于金属剪切盒内，试件与剪切盒内壁之间的间隙以填料填实，使试件与剪切盒成为一个整体。预定剪切面应位于剪切缝中部。
（２）安装试件时，法向荷载和剪切荷载应通过预定剪切面的几何中心。法向位移测表和水平位移测表应对称布置，各测表数量不宜少于2只。
2.11.9 法向荷载的施加方法应符合下列规定：
（１）在每个试件上，分别施加不同的法向应力，所施加的最大法向应力，不宜小于预定的法向应力。
（２）对于岩石结构面中具有充填物的试件，最大法向应力应以不挤出充填物为宜。
（３）不需要固结的试件，法向荷载一次施加完毕，即测读法向位移，5min后再测读一次，即可施加剪切荷载。
（４）需固结的试件，在法向荷载施加完毕后的第一小时内，每隔15min读数1次，然后每半小时读数1次，当每小时法向位移不超过0.05mm时，即认为固结稳定，可施加剪切荷载。
（５）在剪切过程中，应使法向荷载始终保持为常数。
2.11.10 剪切荷载的施加方法应符合下列规定：
（１）按预估最大剪切荷载分8～12级施加。每级荷载施加后，即测读剪切位移和法向位移，5min后再测读一次即施加下一级剪切荷载直至破坏。当剪切位移量变大时，可适当加密剪切荷载分级。
（２）将剪切荷载退至零。根据需要，待试件充分回弹后，调整测表，按上述步骤，进行摩擦试验。
2.11.11 试验结束后，应对试件剪切面进行描述：
（１）准确量测剪切面面积；
（２）详细描述剪切面的破坏情况，擦痕的分布、方向和长度；
（３）测定剪切面的起伏差，绘制沿剪切方向断面高度的变化曲线；
（４）当结构面内有充填物时，应准确判断剪切面的位置，并记述其组成成分、性质、厚度、构造。根据需要测定充填物的物理性质。
2.11.12 试验成果整理应符合下列要求：
（１）按下列公式计算各法向荷载下的法向应力和剪应力：
（２）绘制各法向应力下的剪应力与剪切位移及法向位移关系曲线，根据曲线确定各剪切阶段特征点的剪应力。
（３）根据各剪切阶段特征点的剪应力和法向应力绘制关系曲线，按库伦表达式确定相应的岩石抗剪强度参数。
（４）直剪试验记录应包括工程名称、取样位置、试件编号、试件描述、剪切面积、各法向荷载下各级剪切荷载时的法向位移及剪切位移。
2.12 点荷载强度试验
2.12.1 点荷载强度试验适用于各类岩石。
2.12.2 试件可用钻孔岩心，或从岩石露头、勘探坑槽、平洞、巷道中采取的岩块。试件在采取和制备过程中，应避免产生裂缝。
2.12.3 试件尺寸应符合下列规定：
（１）当采用岩心试件作径向试验时，试件的长度与直径之比不应小于１；作轴向试验时，加荷两点间距与直径之比宜为0.3～1.0。
（２）当采用方块体或不规则块体试件作试验时，加荷两点间距宜为30～50mm；加荷两点间距与加荷处平均宽度之比宜为0.3～1.0；试件长度不应小于加荷两点间距。
2.12.4 试件含水状态可根据需要选择天然含水状态、烘干状态、饱和状态或其它含水状态。试件烘干和饱和方法应符合本标准第2.4.5条的规定。
2.12.5 同一含水状态下的岩心试件数量每组应为5～10个，方块体或不规则块体试件数量每组应为15～20个。
2.12.6 试件描述应包括下列内容：
（１）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程序、胶结物性质等。
（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。
2.12.7 本试验应采用点荷载试验仪。
2.12.8 试验应按下列步骤进行：
（１）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，量测加荷点间距。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。
（２）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。量测加荷点间距及垂直于加荷方向的试件宽度。
（３）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。量测加荷点间距及通过两加荷点最小截面的宽度（或平均宽度）。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）稳定地施加荷载，使试件在10～80ｓ内破坏，记录破坏荷载。
（５）试验结束后，应描述试件的破坏形态。破坏面贯穿整个试件并通过两加荷点为有效试验。
2.12.9 试验成果整理应符合下列要求：
（１）按下列公式计算岩石点荷载强度：
（４）当加荷两点间距不等于50mm时，应对计算值进行修正。 当其试验数据较多，且同一组试件中的等价岩心直径具有多种尺寸，而加荷两点间距不等于50mm时，应根据试验结果，绘制Ｄ2e与破坏荷载Ｐ的关系曲线，并在曲线上查找Ｄ2e＝2500mm2对应的Ｐ50值，按下列公式计算岩石点荷载强度：
（７）按式（2.12.9-7）计算的垂直和平行弱面岩石点荷载强度应取平均值。平均值的计算，当一组有效的试验数据不超过10个时，应舍去最高值和最低值，再计算其余数的平均值；当一组有效数据超过10个时，可舍去前二个高值和后二个低值，再计算其余数的平均值。
（８）计算值精确至0.01。
（９）点荷载强度试验记录应包括工程名称、取样位置、试件编号、试件描述、试验类型、试件尺寸、破坏荷载。
3 岩体变形试验
3.1 承压板法试验
3.1.1 承压板法试验适用于各类岩体。
3.1.2 试验地段开挖时，应减少对岩体的扰动和破坏。
3.1.3 在岩体的预定部位加工试点，并应符合下列要求：
（１）试点面积应大于承压板，其中加压面积不宜小于2000cm2。
（２）试点表面范围内受扰动的岩体，宜清除干净并修凿平整；岩面的起伏差，不宜大于承压板直径的1％。
（３）在承压板以外，试验影响范围以内的岩体表面，应平整、无松动岩块和石碴。
（４）试点表面应垂直预定的受力方向。
3.1.4试点的边界条件，应符合下列要求：
（１）承压板的边缘至试验洞侧壁或底板的距离，应大于承压板直径的1.5倍；承压板的边缘至洞口或掌子面的距离，应大于承压板直径的2.0倍；承压板的边缘至临空面的距离，应大于承压板直径的6.0倍。
（２）两试点承压板边缘之间的距离，应大于承压板直径的3.0倍。
（３）试点表面以下3.0倍承压板直径深度范围内岩体的岩性宜相同。
3.1.5 试点的反力部位，应能承受足够的反力。岩石表面应凿平。
3.1.6 采用钻孔轴向位移计进行深部岩体变形量测的试点，应在试点中心钻孔，钻孔应与试点岩面垂直，钻孔直径应与钻孔轴向位移计直径一致，孔深不应小于承压板直径的6.0倍。
3..1.7 试点可在天然含水状态下，也可在人工浸水条件下进行试验。
3.1.8 地质描述应包括下列内容：
（１）试段开挖和试点制备的方法及出现的情况。
（２）岩石名称、结构及主要矿物成分。
（３）岩体结构面的类型、产状、宽度、延伸性、密度、充填物性质，以及与受力方向的关系等。
（４）试段岩体风化状态及地下水情况。
（５）应提供试段地质展示图、试段地质纵横剖面图、试点地质素描图和试点中心钻孔柱状图。
3.1.9 主要仪器和设备应包括下列各项：
（１）液压千斤顶（刚性承压板法）。
（２）环形液压枕（柔性承压板法或中心孔法）。
（３）液压泵及高压管路。
（４）稳压装置。
（５）刚性承压板。
（６）环形钢板与环形传力箱。
（７）传力柱。
（８）垫板。
（９）楔形垫块。
（１０）反力装置。
（１１）测表支架。
（１２）变形测表。
（１３）钻孔轴向位移计。
（１４）钻机及辅助设备。
3.1.10 刚性承压板法加压与传力系统安装应符合下列规定：
（１）清洗试点岩体表面，铺一层水泥浆，放上刚性承压板，轻击承压板，挤出多余水泥浆，并使承压板平行试点表面。水泥浆的厚度不宜大于1cm，并应防止水泥浆内有气泡。
（２）在承压板上放置千斤顶，千斤顶的加荷中心应与承压板中心重合。
（３）在千斤顶上依次安装垫板、传力柱、垫板，在垫板和反力后座岩体之间浇筑混凝土或安装反力装置（图3.1.10）。
（４）安装完毕后，可起动千斤顶稍加压力，也可在传力柱与垫板之间加一楔形垫块，楔进楔形垫块，使整个系统结合紧密。
（５）应使整个系统所有部件的中心，保持在同一轴线上并与加压方向一致。
（６）应保证系统具有足够的刚度和强度。
3.1.11 柔性承压板法加压与传力系统安装应符合下列规定：
（１）进行中心孔法试验的试点，应先在钻孔内安装钻孔轴向位移计。钻孔轴向位移计的测点，可按承压板直径的0.25、0.50、0.75、1.00、1.50、2.00、3.00倍孔深处选择其中的若干点进行布置，但孔口及孔底应设有测点（图3.1.11）。
（２）清洗试点岩体表面，铺一层水泥浆，放上凹槽已用水泥砂浆填平并经养护的环形液压枕，挤出多余水泥浆，并使环形液压枕平行试点表面。水泥浆的厚度不宜大于1cm，并应防止水泥浆内有气泡。
（３）在环形液压枕上放置环形钢板和环形传力箱。
（４）其它应符合本标准第3.1.10条（3）～（6）的规定。
3.1.12 量测系统安装应符合下列规定：
（１）在承压板两侧各安放测表支架1根，支承形式以简支为宜。支架的支点必须设在试点的影响范围以内，可采用浇筑在岩面上的混凝土墩作支点，防止支架在试验过程中产生沉陷。
（２）在支架上通过磁性表座安装测表：对于刚性承压板，应在承压板上对称布置4个测表；对于柔性承压板（包括中心孔法）应在柔性承压板中心岩面上布置1个测表。
（３）根据需要，可在承压板外的影响范围内，通过承压板中心且相互垂直的二条轴线上布置测表。
3.1.13 水泥浆和混凝土应进行养护。
3.1.14 试验及稳定标准应符合下列规定：
（１）试验最大压力不宜小于预定压力的1.2倍。压力宜分为5级，按最大压力等分施加。
（２）加压前应对测表进行初始稳定读数观测，每隔10min同时测读各测表1次，连续3次读数不变，方可开始加压试验，并将此读数作为各测表的初始读数值。钻孔轴向位移计各测点观测，可在表面测表稳定不变后进行初始读数。
（３）加压方式宜采用逐级一次循环法，或逐级多次循环法。当采用逐级一次循环法加压时，每一循环压力应退至零。
（４）每级压力加压后应立即读数，以后每隔10min读数1次，当刚性承压板上所有测表或柔性承压板中心岩面上的测表相邻两次读数差与同级压力下第一次变形读数和前一级压力下最后一次变形读数差之比小于5％时，可认为变形稳定，并进行退压（图3.1.14）。退压后的稳定标准，与加压时的稳定标准相同。
（５）在加压、退压过程中，均应测读相应过程压力下测表读数一次。
（６）中心孔中各测点及板外测表可在读取稳定读数后进行一次读数。
3.1.15 试验期间，应控制试验环境温度的变化。
3.1.16 试验结束后，应及时拆卸试验设备。
3.1.17 试验成果整理应符合下列要求：
（１）当采用刚性承压板法量测岩体表面变形时，按下列公式计算变形参数：
（４）当柔性承压板中心孔法量测到不同深度两点的岩体变形值时，两点之间岩体的视变形模量应按下列公式计算:
（５）应绘制压力与变形关系曲线、压力与变形模量关系曲线、压力与弹性模量关系曲线，以及沿中心孔不同深度的压力与变形曲线。
（６）承压板法岩体变形试验记录应包括工程名称、试点编号、试点位置、试验方法、试点描述、测表布置、承压板尺寸、各级压力下的测表读数。
3.2 钻孔变形试验
3.2.1 钻孔变形试验适用于软岩和中坚硬岩体。
3.2.2 试点应符合下列要求：
（１）试验孔应铅直，孔壁应平直光滑，孔径根据仪器要求确定。
（２）在受压范围内，岩性应均一、完整；钻孔直径4倍范围内的岩性应相同。
（３）两试点加压段边缘之间的距离不应小于1倍加压段的长度；加压段边缘距孔口的距离不应小于1倍加压段的长度；加压段边缘距孔底的距离不应小于0.5倍加压段的长度。
3.2.3 地质描述应包括下列内容：
（１）钻孔钻进过程中的情况。
（２）岩石名称、结构及主要矿物成分。
（３）岩体结构面的类型、产状、宽度、充填物性质。
（４）地下水水位、含水层与隔水层分布。
（５）应提供钻孔平面布置图和钻孔柱状图。
3.2.4 主要仪器和设备应包括下列各项：
（１）钻孔压力计或钻孔膨胀计。
（２）起吊设备。
（３）扫孔器、模拟管。
（４）校正仪。
3.2.5 试验准备应包括下列内容：
（１）向钻孔内注水至孔口，将扫孔器放入孔内进行扫孔，直至上下连续３次收集不到岩块为止。将模拟管放入孔内直至孔底，如畅通无阻即可进行试验。
（２）按仪器使用要求，进行钻孔压力计或钻孔膨胀计探头直径标定。
3.2.6 应将组装后的探头放入孔内预定深度，并经定向后立即施加0.5MPa的初始压力，探头即自行固定，读取初始读数。
3.2.7 试验最大压力应根据需要而定，可为预定压力的1.2～1.5倍。压力可分为7～10级，按最大压力等分施加。
3.2.8 加压方式宜采用逐级一次循环法或大循环法。
3.2.9 变形稳定标准应符合下列规定：
（１）当采用逐级一次循环法时，加压后立即读数，以后每隔3～5min读数1次，当相邻两次读数差与同级压力下第一次变形读数和前一级压力下最后一次变形读数差之比小于5％时，可认为变形稳定，即可进行退压。
（２）当采用大循环法时，相邻两循环的读数差与第一次循环的变形稳定读数之比小于5％时，可认为变形稳定，即可进行退压。但大循环次数不应少于3次。
（３）退压后的稳定标准与加压时的稳定标准相同。
3.2.10 在每一循环过程中退压时，压力应退至初始压力。最后一次循环在退至初始压力后，应进行稳定值读数，然后将全部压力退至零，并保持一段时间，再移动探头。
3.2.11 试验结束后，应及时取出探头，对橡皮囊上的压痕进行描述，以确定孔壁岩体掉块和开裂的位置及方向。