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1、岩石试验检测,制作：秦素华,试验检测规程试验主要仪器设备试验方法及步骤试验数据的分析试验的重点、难点,岩石试验检测学习要点,岩石的定义：在各种地质作用下，按一定方式结合而成的矿物集合体，它是构成底壳和地幔的主要物质。岩石的应用及特点：道路及桥涵工程使用的块状石料，一种是由天然岩石经开采加工而成的，另一种是由天然的卵石、漂石、巨石加工而成的。主要用于浆砌工程。是一种地方性材料，便于就地取材，节约成本。,主讲岩石的物理性质、力学性质和耐久性试验试验所依据的标准公路工程岩石试验规程JTG E41-2005,岩石物理性试验检测,岩石学简易鉴定一.目的和适用范围：岩石通过岩石学鉴定，进行岩相描述，以确定
2、岩石的名称或类别。通过岩石学鉴定，获得岩石的物理、力学性质指标或参数，更加全面地判断该岩石在公路工程中的适用性。二.岩石学鉴定的主要内容：岩石的颜色、岩石学构造、结构、矿物组成、风化情况三.试验仪器设备：铁锤、硬度计或其它检验硬度用的工具、放大镜或显微镜、10%的稀盐酸四.试验方法和步骤：借助常规工具和试剂做简单试验，通过肉眼观察，对公路工程岩样的岩石特征进行鉴定。1.按要求获得有代表性的岩石样品,2.用铁锤敲击岩石试样，使之出现新鲜断面。通过肉眼,同时借助放大镜和显微镜仔细观察新鲜断面的岩石结构和构造，注重观察其节理、裂隙、结晶程度、矿粒大小、胶 结物等特征结构，并作描述。3.用硬度计或其它
3、检验硬度的工具在新鲜断面上进行划痕试验，以确定岩石的硬度。硬度对比的标准从软到硬依次由以下10种矿物组成摩氏硬度计,4.在新鲜断面上滴几滴稀盐酸，观察滴酸的岩石部位表面变化，有无泡沫产生等。分析岩石的矿物组成和结构，确定岩石的名称或类别。五.结果整理：按岩石学鉴定记录表所列项目进行岩相描述，根据岩相特征确定岩石的名称或类别。六.试验的重点和难点：1.在测矿物硬度时，必须在纯净、新鲜的单个矿物晶体上进行。2.掌握岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类岩石的特征。,岩石含水率试验一.目的和适用范围：测定岩石在天然状态下的含水率，间接反映岩石中空隙的多少、岩石的致密程度等特性。二.试验仪器设备：烘箱、干燥器、
4、天平、称量盒三.试验方法及步骤：采用烘干法。1.根据试验要求不同采取措施制备试样，并对试样的岩相进行描述2.将试样放入已知质量的称量盒中，称其总质量，将称量盒连同试样放入烘箱内。对不含结晶水矿物的岩石烘干温度控制在105110 烘至恒重，烘干时间为1224h；对含结晶水矿物的岩石烘干温度控制在60 5 烘至恒重，烘干时间为2448h。将称量盒从烘箱中取出，放,在干燥器中冷却至室温，称取盒及试样总质量。四.结果计算及整理:按公式计算石料含水率，精确至0.1%。以5个试件的算术平均值作为测定值。（注意试验记录表格的填写）五.试验中的重点和难点：1.试样天然状态的含水率很难测准，因石料天然状态的含水
5、量很难保持，在试验时，要注意采样方法，采好样后，应立刻包装蜡封密实，尽快送试验室试验；2.取样要求：规范中对试样的质量和数量都做了要求，且具有代表性，要选择在大的岩块上取样，才能保证其含水率的准确性；3.掌握烘干试样的标准及结晶水的失水条件：试样在规定,的温度和时间范围内达到恒重。恒重的标准两次称量之差不超过后一次称量的0.1%。同时温度要控制在石料的结晶水的失水温度以下，以保证矿物的结构不发生变化的前提下，测定其含水率。密度试验方法一.目的和适用范围:岩石的密度是是选择建筑材料、研究岩石风化、评价地基基础工程岩体稳定性及确定围岩压力等必需的计算指标。当采用洁净水做试液时，适用于不含水溶性矿物
6、成分的岩石的密度测定；当采用煤油（中性液体）做试液时，适用于含水溶性矿物成分的岩石的密度测定。,二.试验仪器设备：密度瓶、分析天平、筛子、烘箱、砂浴、恒温水槽、干燥器、温度计等三.试验方法及步骤：1.按试验要求制备试样2.将制备好的岩粉放在瓷皿中，置于温度在105110 的烘箱中烘干至恒重（时间为612h），取出放入干燥器中冷却至室温，用四分法取两份岩粉，每份试样中称取15g，精确至0.001g（本试验称量精度皆同），用漏斗灌入洗净烘干的密度瓶中，注入试液至瓶的一半，摇动密度瓶使岩粉分散。3.密度瓶气体的排除：当使用洁净水做试液时，可采用沸煮法和抽气法；当使用煤油做试液时，应当采用真空抽气法。
7、（采用沸煮法时，沸煮的时间至悬液沸腾时算起,不少于1h；采用真空抽气法时，真空压力表读数宜为100kPa，抽气时间维持12h，直至无气泡溢出为止。)4.将排除气体的密度瓶取出擦干，冷却至室温，再向密度瓶注入排除气体且同温条件的试液，然后放入恒温（20 2）水槽内，待密度瓶温度稳定，上部悬液澄清后，筛好瓶塞，使多余试液溢出，从恒温水槽中取出密度瓶，擦干瓶外水分，立即称取质量。5.倾出悬液，洗净密度瓶，注入及经排除气体并与试样同温度的试液至密度瓶，将密度瓶置于恒温水槽内，待密度瓶温度稳定，上部悬液澄清后，筛好瓶塞，使多余试液溢出，从恒温水槽中取出密度瓶，擦干瓶外水分，立即称其质量。四.试验结果计算
8、及整理：按公式计算石料密度值，精确至,0.01g/cm3.以两次试验结果的算术平均值作为测定值，若两次试验结果之差大于0.02g/cm3时，应取样重做试验。五.注意事项：1.要将岩粉中的铁屑在烘干前用磁铁吸干净；2.测石料密度的密度瓶就是测土壤密度用的瓶子。试验的关键在于排气，采用沸煮法要保证在规范规定的最短时间内，并且从悬液沸腾是算起；采用真空法要达到规定的真空度，并保持规定时间，且从达到要求的真空度算起。3.温度是该试验控制的关键，试验时应将试液盛于另一带塞的瓶中，在恒温水槽中恒温至规定的温度，并进行排气处理，需要时直接加入。,4.当采用煤油做试液真空排气法时，若出现岩粉粘在密度瓶内壁上时
9、，说明岩粉未烘干，或煤油中含有水分，或密度瓶 不干燥，应找出原因，重新试验。5.沥青混合料用矿粉因要求测其表观相对密度，应采用公路工程集料试验规程规定的方法试验。毛体积密度试验一.目的：毛体积密度是反映岩石致密程度、空隙发育程度的参数。也是评价工程岩体稳定性和围岩压力等的计算参数。根据其含水率状态，毛体积密度可分为干密度、饱和密度和天然密度。二.试验方法及其适用范围：毛体积密度试验可分为量积法、水中称量法和蜡封法。,量积法适用于能制备成规则试件的各类岩石；水中重法适用于除遇水崩解、溶解和干缩湿胀外的其它各类岩石；蜡封法适用于不能用量积法和水中重法进行试验的岩石。三.试验仪器设备：切石机、钻石机
10、、磨石机等岩石试件加工设备、天平、烘箱、石蜡和熔蜡设备、水中称量装置、游标卡尺四.试验方法及步骤：1.按不同试验方法要求制备其相应试件2.量积法试验步骤：a.量测试件的直径或边长：用游标卡尺量测试件两端和中间三个断面上互相垂直的两个方向的直径或边长，按截面积计算平均值；,b.量测试件的高度：用游标卡尺量测试件断面周边对称的四个点（圆柱体为互相垂直的直径与圆周交点处，立方体试件为边长的中点）和中心点的5个高度，计算平均值。c.测定天然密度：应在岩样开封后，在保持天然湿度的条件下，立即加工试件和称量。测定后的试件，可作为天然状态单轴抗压强度试验用的试件。d.测定饱和密度：试件的饱和过程和称量。测定
11、后的试件，可作为饱和状态单轴抗压强度试验用的试件。e.测定干密度：将试件放入烘箱内，在105 110温度下烘1224h，取出放入干燥器中冷却至室温，称其质量。测定后的试件，可作为干燥状态单轴抗压强度试验用的试件。,试验的称量精确至0.01g；量测精确至0.01mm。3.水中称量法试验步骤：（试验的称量精确至0.01g）a.按量积法的c和e测定试样的天然密度和干密度；b.将干试样浸入水中进行饱和，饱和方法可采用煮沸法和真空抽气法，试件的饱和过程和称量应符合吸水率试验方法的相关条款规定；c.将试样放在水中称量装置的丝网上，称取试样在水中的质量。在称量过程中，称量装置的液面应始终保持同一高度，并记下
12、水温。4.蜡封法试验步骤：（试验的称量精确至0.01g）a.按量积法的c和e测定试样的天然密度和干密度；b.称取干燥冷却后的试样质量。将石蜡装入干净铁盆中加,热熔化至稍高于熔点（石蜡熔点55 58）。通过滚涂和刷涂的方法将试样表面涂一层约1mm左右的石蜡层，冷却后称取蜡封试样的质量。c.检测蜡封的密实性：将涂蜡试件浸水，称其水中的质量。擦干试件表面的水分，称取蜡封试件在空气中的质量。比较浸水前后蜡封试样的质量，如超过0.05g,说明蜡封不好，水浸入试件，应取样重做试验。五.结果计算及整理：按各自试验方法公式计算岩石毛体积密度、密度和空隙率。密度精确至0.01g/cm3,空隙率精确至0.1%。3
13、个试件应平行试验。对于组织均匀的岩石，毛体积密度应为3个试件的平均值做测定值，对于组织非均匀的岩石，应列出每个试件的试验结果。,六.试验的重点和难点：掌握三种试验方法的适用范围和限制条件；石料的空隙率指的是石料的总空隙率。吸水率试验一.目的和适用范围：岩石的吸水性用吸水率和饱和吸水率表示。用来反映岩石微裂隙的发育程度，判断岩石抗冻和抗风化等性能。适用于遇水不崩解、不溶解或不干缩湿胀的岩石。岩石吸水率采用自由吸水法测定；饱和吸水率采用煮沸法或真空抽气法。二.试验仪器设备：切石机、钻石机、磨石机等岩石 试件加工设备、天平、烘箱、煮沸水槽、抽气设备：抽气机、水银压力计、真空干燥器、净气瓶三.试验方法
14、及步骤：,1.按试验方法制备试样2.先将试样烘干冷却后称量，再将试样放入容器中，注水至试样高度的1/4处，以后每隔2h分别注水至试样高度的1/2和3/4处，后将水加入高出试样顶面20mm。试样全部浸水后自由吸水48h，取出试样，用湿布擦去其表面水分，称其质量。3.试件强制饱和：a.煮沸法饱和试件：将称量后的试件放入水槽，注水至试件高度1/2，静置2h，再加水使试件淹没，煮沸6h以上，并保持水的深度不变。煮沸停止后静置水槽，冷却后，取出擦水称量。b.真空抽气法饱和试件：将称量后的试件置于干燥器中，加水至水面高出试样顶面20mm，打开抽气机，抽气时真空压力要达到100kPa，保持此状态直至无气泡发
15、出时为止（不少于4h）。取出抽气后的试件,置于原容器中，在大气压力下静置4h,取出试件，擦水称量。三.结果计算及整理：按公式计算吸水率、饱和吸水率及饱水系数。吸水率和饱和吸水率结果精确至0.01%；饱水系数精确至0.01.对于组织均匀的试件，取3个试件的平均值作为测定值；对于组织不均匀的试件，取5个试件的平均值作为测定值，并同时列出每个试件的试验结果。四.试验的重点和难点：1.根据不同试验方法试件的注水高度的不同，目的在于充分排除试件的气泡；2.试件形状可以是规则的，也可以是不规则的，不规则试件应近似于立方体；3.吸水率小于0.5%和饱水系数小于0.8的岩石具有良好的工程性能。,抗冻性试验一.
16、目的和适用范围：抗冻性是评估岩石在饱和状态下经受规定次数的冻融循环后抵抗破坏的能力。对于不同的工程环境气候有不同的要求。冻融次数规定：严寒地区为25次（最冷月的平均气温低于-15）；寒冷地区为15次（最冷月的平均气温低于-15-5）。本方法适用于寒冷地区岩石的抗冻性试验。二.试验仪器设备：切石机、钻石机、磨石机等岩石 试件加工设备、冰箱、天平、烘箱、放大镜三.试验方法步骤：1.按试验方法要求制备试样2.将试件编号，用放大镜检查做外观描述。再测量其尺寸，,计算其受压面积。将试件放入烘箱中烘干至恒重，冷却后称其质量。3.按吸水率试验方法让试件自由吸水饱和，取出擦去表面水，按一定距离放入磁盘中。将磁
17、盘连同试件放入温度下降到-15 以下的冰箱中，开始计时，冻结4h后取出，放入20 5 的水中溶解4h，如此反复冻融直至规定次数。4.每隔一定的冻融循环次数（如10次、15次、25次等）仔细观察试件有无剥落、裂纹、分层及掉角现象，并记录检查情况。5.称量冻融后的试件饱和质量，将其烘干冷却后称其质量，并按抗压强度试验方法测定试件冻融循环后保水抗压强度，另取3个未经冻融试验的测定其饱水抗压强度。四.结果计算及整理：1.按公式计算岩石冻融后的质量损失,率，精确至0.1%，以三个试件的平均值做测定值；2.按公式计算岩石冻融后的吸水率，精确至0.1%；3.按公式计算岩石的冻融系数，精确至0.01.五.试验
18、中的重点难点：1.岩石的抗冻性取决于吸水率的大小，试件是否吸饱水将直接影响试验结果；2.该方法的特点是速冻速融，以及速冻速融的环境温度；3.冻融系数大于75%，质量损失率小于2%的岩石具有良好的抗冻性。4.应在每次冻融后观察记录试件有无破坏现象，最好一次着重描述剥落、裂缝及边角损失现象。坚固性试验一.目的和适用范围：确定岩石经饱和硫酸钠溶液多次浸泡和烘干循环后不发生显著破坏或强度降低的性能。是岩石抗冻性的一种简易测定方法，适用于质地坚硬的岩石。,二.试验仪器设备：切石机、钻石机、磨石机等岩石 试件加工设备、天平、烘箱、密度计、温度计、放大镜、钢针、容器、10%氯化钡溶液三.试验方法及步骤：1.
19、按试验要求制备试样2.制备饱和硫酸钠溶液：称取约400g或800g无水硫酸钠，慢慢加入边加热的洁净水1000mL（水温30 50）中，用玻璃棒不断搅拌，待硫酸钠全部溶解直至饱和并有部分结晶析出为止。让溶液冷却至室温（20 25）并静置48h后待用。使时要充分搅拌溶液，试验过程中应保持溶液密度在1150kg/m31175kg/m3.3.将试件烘干至恒重，冷却后称其质量。再将其浸入装有硫酸钠溶液的容器中，液面高出试件2cm以上，盖好容器，,静置20h后取出试件，放入磁盘中置于105 110 烘箱中烘4h，取出试件，冷却至室温后又置于硫酸钠溶液中，至硫酸钠结晶溶解后取出试件，用放大镜及钢针仔细观察试
20、件有无破坏现象，并描述记录。4.按上述方法反复循环5次，最后一次循环后，用热洁净水煮洗几遍，直至将试件中的硫酸钠溶液全部洗净为止。用10%氯化钡溶液检验是否洗净：取洗试件的水若干毫升，滴入少量氯化钡溶液，如无白色沉淀产生，说明硫酸钠已被洗净。将洗净试样烘至恒重，冷却后称量。四.结果计算及整理：按公式计算岩石的坚固性试验质量损失率，结果精确至0.1%。取3个试件的算术平均值做测定值。五.试验注意事项：1.坚固性试验是一种简易测定方法，有,条件时，采用冻融法进行试验；2.饱和的硫酸钠溶液密度必须在规定范围内，因硫酸钠在一定的水温下容易溶解于水，但冷却后极易发生结晶现象。结晶现象影响试件的浸泡，故在
21、浸泡过程中要经常搅动溶液，防止结晶；3.浸泡时，试件应悬在溶液中，保证试件底面充分吸收溶液。单轴抗压强度试验一.目的和适用范围：测定形状规则的岩石试件的单轴抗压强度，用于岩石的强度分级和岩性描述。采用饱和状态下的岩石立方体（或圆柱体）试件的抗压强度来评定岩石强度。二.试验仪器设备：切石机、钻石机、磨石机等岩石 试件,加工设备、压力试验机、烘箱、干燥器、游标卡尺、角尺等三.试验方法及步骤：1.制备试件：a.建筑地基用岩石试验，采用圆柱体直径为50mm 2mm、髙径比为2：1的标准试件6个为一组；b.桥梁工程用岩石试验，采用边长为70mm 2mm的立方体试件，每组试件6个；c.路面工程用岩石试验，
22、采用圆柱体或立方体试件，其直径或边长和高均为50mm 2mm，每组试件6个；d.有显著层理的岩石，分别沿平行和垂直方向各取试件6个。试件上下端面应平行和磨平，端面的平面度公差应小于,0.05mm，端面对试件轴线垂直度不超过0.25.对于非标准圆柱体试件，抗压强度试验值要进行修正。2.用游标卡尺量取试件尺寸，计算其承压面积。对于立方体试件在地面和顶面各量取其边长，以各个面上相互平行边的平均值计算承压面积；对于圆柱体试件，在底面和顶面分别测量两个相互正交的直径，并以其各自的算术平均值计算底面和顶面的面积，取地面和顶面面积的平均值做承压面积。3.试件的含水率状态应根据试验要求做相应选择。4.在保证压
23、力机量程的范围内，将试件置于承压板中央。开动压力机，以0.5MPa/s1.0MPa/s的速率进行加荷直至破坏，记录破坏荷载、加载过程中出现的现象及最大荷载值。,四.结果计算及整理：按公式计算其抗压强度及软化系数。单轴抗压强度试验结果应列出每个试件的试验值和同组试件的平均值；有显著层理的岩石，分别报告平行与垂直方向试件强度的平均值，计算精确至0.1MPa.软化系数精确至0.01，取三个试件的平均值。若三个值中最大与最小之差不超过平均值的20%，否则，应取第4个试件，并在4个试件中取最接近的三个值的平均值做测定值，同时在报告中将4个值全部给出。五.试验注意事项：1.含水率对岩石强度有显著影响:一般
24、随含水率增大岩石强度会降低，但岩性不同降低的程度也不同，主要取决于岩石的亲水性和可溶性矿物的含量及孔隙率等；2.试验条件的影响:圆柱体试件强度高于棱柱体，因后者,后者棱角部分应力集中之故；随试件尺寸和髙径比的增大其强度会降低，由岩石内饱和的裂缝、空隙等缺陷增多及应力分布不均造成的；试件加工精度和加荷速率的影响。3.试件尺寸的影响：因试件尺寸小，承压板的面积大，影响测试结果。故要在试件的两端加承压板，承压板的直径应不小于试件直径且不大于试件直径的2倍。抗折强度试验一.目的和适用范围：评价岩石板材、条石基层、条石路面等建筑材料的主要力学性质。适用于各类岩石。二.试验仪器设备：切石机、磨石机等岩石
25、试件加工设备、压力试验机、游标卡尺、角尺、烘箱,三.试验方法及步骤：1.试件制备：将试件制成50mm*50mm*250mm、表面平整、各边互相垂直的试件。石质均匀者制备6个试件，3个烘干至恒重，冷却后进行试验；3个进行饱水处理后进行试验。若岩石有显著纹理，则需制备与纹理垂直及平行的试件各6个，施力方向在与纹理成垂直及平行的情况下，以3个为一组，分别在干燥状态下和饱和状态下进行试验。2.测量试件中央断面尺寸，将试件置于试验机的抗折支架上，跨径为200mm，采用跨中单点加荷，开动试验机，以15MPa/min20MPa/min的应力速度连续均匀的增加荷载，直至时间折断为止，记录破坏荷载并测量其断面尺寸。,四.结果计算及整理：按公式计算其抗折强度，结果精确至0.1MPa。以三个试件的算术平均值做测定值，若单个值与平均值之差大于25%，应剔除，再计算平均值。,
