1、1中华人民共和国行业标准 水利水电工程岩石试验规程SL264#条文说明21 总则1.0.l 岩石力学试验及及其测试技术是岩石力学理论及其工程应用研究的基础。我国水利水电工程中的岩石力学试验研究工作最早起步于 1958 年三峡工程的岩石力学试验研究工作。近半个世纪以来，岩石力学试验及其测试技术的研究为解决我国水利、能源、交通、矿山、人防和铁道等领域工程中的岩石力学问题作出了重大贡献。1981 年电力工业部和水利部颁发的 DLJ20481、SLJ81水利水电工程岩石试验规程及 1992 年颁布的 DL500692水利水电工程岩石试验规程（补充部分 首次对水利水电工程岩石试验方法进行了统一和规范。2
2、001 年，以长江科学院作为主编单位编制的 SL264-2001水利水电工程岩石试验规程按现代水利水电技术标准编写规定（SL01-97）对当时水利水电工程涉及的岩石力学试验新经验、新方法、新技术等进行了系统总结和归纳。该规程的制定与颁布，对以三峡工程为代表的中国水利水电工程建设进入世界领先水平起到重要技术支撑作用，同时对交通、铁路、矿山及核电等领域的岩石力学试验技术的发展，也起到了重要示范作用。当前，水利水电工程开发向西部等复杂地质条件发展，以深埋长隧洞工程建设为代表的水资源配置工程建设正处于高峰建设期，高地震烈度地区建设引起的岩石力学动力问题、高地应力、复杂应力路径条件下的岩石试验及复杂工程
3、岩体观测技术等为复杂条件水利水电工程建设提出了新挑战。另一方面，岩石力学试验仪器及原位观测设备发展迅速，高围压、电液伺服、计算机自动采集、滚轴丝杠加载等先进原理及技术的发展，为进一步推动岩石力学试验技术的发展奠定了基础。SL264-2001水利水电工程岩石试验规程已颁布 15 年，总结该规程实施以来的应用实践，通过对原规程进行修订，适当调整并纳入一些有针对性的新的试验技术，对推动岩石力学理论及试验技术在工程中的应用，解决水利水电工程建设面临的新的技术挑战以及提高试验成果质量等具有重要意义。1.0.2 本条进一步明确了水利水电工程岩石试验规程的适用范围。33 基本规定3.0.2 水利水电工程勘察
4、设计分为规划、可行性研究、初步设计、招标设计和施工详图设计共五个阶段，是根据 GB 50487 水利水电工程地质勘察规范中的阶段划分而定的。在 GB 50287 水电发电工程地质勘察规范中，将水电工程的勘察设计分为规划、预可行性研究、可行性研究、招标设计及施工详图设计共五个阶段，在执行本规程时，可参考使用。3.0.5 岩石试验大纲是试验工作的实施计划。在编制试验大纲前宜进行现场踏勘，以便制定符合实际的试验实施计划。岩石试验工作是与地质勘察和设计方案紧密相联的，随着地质问题的不断揭露和设计方案的不断完善，调整试验布置和工作量更加有利于结合实际，并深入解决工程问题，困此，本条作了允许调整试验大纲内
5、容的规定。3.0.13 进行岩体抗剪强度试验时，其试点的环境条件和岩性应与实际工程建筑物区的环撞条件和岩性相似，即受力状态与受力方向应一致，饱水或浸水状态应相似，岩体性状应相似。3.0.19 试验报告应包括下列内容:1.报告正文包括试验目的、试验内容、工程概况、工程地质条件、主要岩石力学问题、试验布置、试验方法、试验数量、试验成果整理与分析、试验最佳值及主要结论等。2.报告附图包括地质图、试验洞（坑、槽或露头的展示图、钻孔柱状图、试件或试点（体 地质素描图、试验布置图、试验安装图、试验成果曲线等。3.报告编写、校核及逐级审核人员签名。44 岩块物理性质试验4.1 含水率试验4.1.1 岩石含水
6、率是试件在 105110温度下烘至恒量时所失去水的质量与试件干质量的比值，以百分数表示。对于不易成型的较松散或松散岩石可采用带有密封盖的试样盒进行测定。4.1.2 为与国家标准 GB/T50266 保持一致，本条 3 款试件质量修订为 40g200g。4.1.4 根据目前试验天平感量普遍所能达到的水平，本条将试验天平的感量由 0.01g 修订为0.001g。4.1.5 本条规定岩石含水率试验采用称量控制，规定具体操作应将试件反复烘干至称量达到恒量。4.2 吸水性试验4.2.1 自由吸水法是指试件在大气压力和室温条件下吸水的方法。岩石自然吸水率是采用自由吸水法吸入的最大吸水量与试件固体质量的比值
7、，以百分数表示。岩石饱和吸水率是试件在强制饱和状态下的最大吸水量与试件固体质量的比值，以百分数表示。4.2.2 试件形态对岩石吸水率的试验成果有影响，这和试件与水的接触面积的大小有很大关系。本条规定吸水性试验试件宜采用规则形状，只有当试件制备有困难时，才允许采用不规则试件。对不规则试件除了要求采用浑圆形试件外，还有一定的质量要求，以保证试验成果的精度。参照国内试验单位普遍采用的试件尺寸及要求，本条将规则试件高径比宜为 2.02.5 修订为高度为20mm30mm。4.2.5 考虑到国内西藏、青海等地区大气压力明显偏低，参照国标 GB/T50266 的要求，本条 4 款将真空抽气法的压力表读数由
8、100kPa 修订为当地大气压值。4.2.6 岩石饱水系数是水利水电工程较常用的水理性指标，本条增加了饱水系数的计算公式。4.3 颗粒密度试验4.3.1 岩石颗粒密度是岩石固相物质的质量与体积的比值。本规程仍推荐比重瓶法和水中称量法。比重瓶法为基本方法，但比重瓶法操作较烦琐，不宜作大量的试验。水中称量法具有可用不规则试件、操作简便、可同时测定岩石的颗粒密度、块体密度、吸水率、饱和吸水率等物理指标的优点。由于水不可能完全充满岩石中的闭合裂隙，致使水中称量法测定的颗粒密度略偏小，但对于中小型水利工程以及大型工程的可行性阶段甚至初设阶段都是可以满足精度要求的。4.3.2 试件可采用块体密度试验后的试
9、件岩粉，旨在减少岩石不均匀性的影响。实测资料表明，采用粉碎后最大粒径 1mm 的岩粉，对试验成果影响甚微。本条规定岩粉必须全部通过 0.25mm 筛孔，是参照了国内外的现行规定。4.3.3 本条说明参见本规程 4.2.2 条文说明。4.3.6 采用比重瓶法测定颗粒密度时，岩粉的烘干时间可根据不同岩石而定。根据经验，坚硬岩类一般 6 h 8h，粘土岩类 8 h 10h，本条规定，烘干时间不少于 6h。 5考虑到各地的大气压不一致，与国标 gbt5GB/T50266 一致，真空抽气法的压力表读数修改为当地大气压值。4.4 块体密度试验4.4.1 岩石块体密度是岩石试件质量与试件体积的比值。根据岩石
10、含水状态，岩石块体密度可分为天然密度、干密度和饱和密度。选择试验方法时应主要考虑试件制备的难度和水对岩石的影响。密封法试验当以石蜡为密封材料时，由于石蜡的融点较高，在蜡封过程中会引起试件含水率的变化，同时试件也会产生干缩，这将影响岩石天然含水率和块体密度计算的准确性。而高分子树脂胶是在常温下的涂料，密封过程中不会引起试件含水率和试件体积的变化。因此，对于干缩湿胀的岩石宜采用高分子树脂胶密封试件来测定岩石的块体密度。4.4.2 采用量积法测定岩石块体密度时，可与岩石单轴抗压强度试验共用一个试件，同时这还有利于建立岩石物理指标与力学指标之间的关系。4.4.11 高分子树脂胶可按质量比配制，聚氯乙烯
11、树脂和环己酮之比为 1:4 先将粉末状的树脂倒入磨口玻璃瓶内，然后再将环己酮加入，用玻璃棒搅拌均匀，盖好瓶口，待粉末完全溶解呈透明状胶液后即可使用。4.4.12 岩石孔隙率是水利水电工程较常用的岩石物理性指标，本条增加了岩石孔隙率的计算公式。石蜡的密度采用水中称量法测定。高分子树脂涂料的密度，可按涂料的配合比确定，聚氯乙烯树脂密度为 1.351.46g/cm3，环己酮密度为 0.95g/cm3。4.5 膨胀性试验4.5.1 岩石膨胀性试验是测定岩石吸水后的膨胀特性。岩石自由膨胀率是岩石试件吸水后产生的径向变形、轴向变形分别与试件吸水前的直径、高度之比，以百分数表示。岩石侧向约束膨胀率是岩石试件
12、在有侧向约束条件下，轴向受有限载荷（5kPa）时吸水后产生的轴向变形与吸水前试件高度之比，以百分数表示。体积不变条件下岩石膨胀压力是岩石试件在有侧向约束条件下，测定试件吸水后保持轴向尺寸不变所需施加的轴向压力。4.5.2 侧向约束膨胀率和体积不变条件下岩石膨胀压力试验，规定试件直径偏差为 0-0.1 mm，是指为保证试件吸水后不产生径向变形又便于安装，试件直径应略小于试验仪器金属套环直径，单其差值不得大于 0.1mm。4.5.6 侧向约束膨胀率试验仪器的金属套环高度不应小于试件高度和两块透水板厚度之和，以保证试件吸水后不产生侧向变形。4.5.7 体积不变条件下岩石膨胀压力试验，为使试件体积保持
13、不变，应随时调节所施加载荷，在观测变形时扣除仪器的系统变形。64.6 耐崩解性试验4.6.1 岩石耐崩解性试验是测定岩石试件在经过干燥和浸水 2 个标准循环后，试件残留的质量与其原质量之比，以百分数表示。4.6.5 参照国标 GB/T50266 的要求，本条试件称量由精确至 0.1g 修订为精确至 0.01g。4.7 冻融试验4.7.1 岩石冻融破坏是由于裂隙中的水结冰，体积膨胀导致岩石破裂。岩石冻融试验是测定岩石经过多次反复冻融后的质量损失和饱和单轴抗压强度，并以冻融系数表示岩石的抗冻性能。4.7.5 参照国标 GB/T50266 的要求，冻融循环次数由 20 次修订为 25 次。4.8 硬
14、度试验4.8.1 岩石的可钻性是指在 TBM 破岩过程中岩石的综合表现的评价指标，包括岩石抵抗刀具破岩的能力和岩石对刀具的磨损能力。岩石硬度是岩石的可钻性评价的重要指标，本次规程修订中新增岩石硬度。岩石的硬度测试方法有施密特回弹硬度法、肖氏硬度法、摩氏硬度法等。由于施密特回弹硬度方法所需仪器设备简单、轻便及经济适用等优点广泛应用于岩石硬度、强度及弹模等参数的估测。施密特回弹硬度测试原理是应用一弹簧驱动弹击锤并通过弹击杆弹击试样（试点）表面所产生的瞬时弹性变形的恢复力，使弹击锤带动指针回弹并指示出回弹的距离。以回弹的距离与冲击前弹击锤至弹击杆的距离之比，按照百分比计算。施密特回弹仪可分为 L 型
15、和 N 型。L 型回弹仪最大释放冲击能 0.735Nm，适用于室内岩石试件；N 型回弹仪最大释放冲击能 2.207Nm，适用于现场岩体试件。4.9 磨耗性试验4.9.1 岩石的耐磨性是岩石的可钻性评价的重要指标，本次规程修订中新增岩石磨耗性试验。岩石磨耗性试验原理是采用具有一定钢度和硬度的钢针，对其施加一定载荷刻划岩石表面，然后在显微镜下观测测量钢针的磨损程度，并用钢针的直径磨损值作为岩石硬度耐磨性指标。4.9.5 图 1 为按照侧视或俯视方法进行磨耗后钢针的测量方法。磨蚀后的钢针针尖为不对称状、具有小碎片或毛刺伸出形成的无规则状时，采用俯视测量磨损针尖的直径有困难时，测量的 CAI 值误差大
16、，应按图 2、3 所示进行合理取舍。7图 1 光学显微镜下针头直径的测量方法（a、b 方法为推荐方法）（a）侧视投影直径测试值 （b）俯视投影直径测试值 （c）数字测量等效值图 2 针尖磨耗侧视图（a） 针尖磨耗后出现毛边时正确测试方法 （b）针尖磨耗后出现毛边时错误测试方法图 3 针尖磨耗后侧视轮廓图（a） 、 （b）为标准磨耗侧视图；（c）为应舍弃的非标准轮廓图85 岩块力学性质试验5.1 单轴压缩变形试验5.1.1 岩石单轴压缩变形试验是通过测定岩石试件在轴向压力作用下的纵向和横向应变值，据此计算岩石弹性模量、变形模量和泊松比。本试验采用电阻应变片法和位移计法。考虑到测试技术的进步，本试
17、验将原规程推荐的千分表法修订为位移计法。位移计可分为机械式（例如千分表、百分表）和电测式（例如 LVDT 位移计、引伸计等）两类。5.1.5 为了取得完整的应力应变关系曲线，循环加载至预定的最大循环荷级之后，仍应继续逐级加载并读数，直至岩石破坏。5.1.6 电阻应变片宜采用半桥连接方式，以利于检查试件受力的偏心程度，便于及时调平试件使之均匀受力。试件上下各垫一块与试件同直径的垫块，有利于减小试件的端部效应，使试件内部应力分布均匀。5.1.7 对于软岩与极软岩，因岩石试件变形相对较大，上下压板与试件之间的缝隙变形对测试成果影响较小，因此可将测量到的上下压板之间的变形作为试件的纵向变形。对于较软岩
18、以及硬岩类岩石，可通过专用夹具，测量试件纵向一定标距范围内的岩石变形。为便于操作，对于位移计数量要求，本次修订增加了测量纵横向变形的位移计不应少于 2 支，且应对称安装的规定5.1.8 按本条规定计算得到的弹性模量是应力应变关系曲线直线段的斜率，变形模量是应力应变曲线原点与 50%抗压强度点连线的斜率，也称割线模量。位移计法测得的是岩石变形，计算变形参数之前应先将变形值除以测量标距值，获得应变值。5.2 单轴抗压强度试验5.2.1 岩石单轴抗压强度是试件在无侧限条件下受轴向力作用破坏时单位面积所承受的载荷。本试验采用直接压坏试件的方法确定岩石单轴抗压强度。也可以在一个试件上先进行岩石单轴压缩变
19、形试验后再将试件压坏，测定岩石单轴抗压强度。5.2.2 本规程推荐圆柱体试件作为标准试件，当没有条件加工成圆柱体试件时，可采用方柱体试件。5.2.5 加载速率对岩石强度有一定影响，本规程规定每秒 0.5MPa1.0MPa 的加载速率与目前国内外常用的加载速率一致。实际操作时可根据岩石软硬程度选用，对于软岩类岩石加载速率宜适当降低。5.3 三轴压缩强度试验5.3.1 岩石三轴压缩强度试验采用等侧压（ ） ，是三向应力状态下的一种特殊情况。2=35.3.2 西部水利水电工程建设面临越来越多的高应力岩石力学问题，需要研究高应力状态岩石强度非线性特征。为此，本条增加了高地应力条件下每组试件的数量不应少
20、于 10 个的规定。5.3.6 对试件采取防油措施，是避免油液渗入试件内产生孔隙压力，影响试验成果。 95.3.7 高应力条件下岩石强度曲线的非线性特征显著，本条增加了采用莫尔-库仑强度准则分段拟合的规定。5.4 抗拉强度试验5.4.1 劈裂法又称巴西法，为间接拉伸法。其原理是沿试件直径轴面方向施加一对线载荷，使试件沿直径轴面方向劈裂破坏，根据弹性力学理论计算岩石的抗拉强度。5.4.2 为便于成果分析，本条规定试件劈裂面的拉力方向应与单轴抗压强度试件的受力方向一致。5.4.5 垫条应根据岩石软硬程度选定，垫条的硬度应与试件硬度匹配。垫条硬度过大，易产生贯入；垫条硬度过低，垫条本身易变形，对试验
21、成果会产生较大的影响。5.5 直剪强度试验5.5.1 岩石直剪强度试验是岩石试件在不同的法向载荷下进行直接剪切，根据库仑强度准则确定岩石抗剪强度参数。5.5.2 考虑到地质钻孔岩心通用尺寸，参照国标 GB/T50266 规定的试件尺寸，对试件制备尺寸规定进行了修订。5.6 点荷载强度试验5.6.1 岩石点荷载强度试验是指将岩石试件置于点荷载试验仪上下两个球端圆锥之间，施加集中载荷直至试件破坏，测定岩石点荷载强度指数和各向异性指数的一种试验方法。该试验方法成本低廉，操作方便，实用性强，可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。5.6.2 本条对试件的只寸和形状进行了规定（图 4)。
22、由于岩石含水状态及各向异性特征对点荷载强度试验成果影响甚大，故对不同含水状态以及平行、垂直层面加载的试验必须分别进行。为保证试验成果精度，应有一定的试件数量。国内外的资料表明，对岩心试件的点荷载强度试验，当试件数量大于 10 块时，岩石点荷载强度指数 Is 趋于定值。本条规定了每组岩心试件数量不少于 10 块。5.6.6 本条对试件的加载方式进行了规定（图 4 和图 5） 。当试件中存在层面时，加载方向应分别平行层面和垂直层面，以获取各向异性岩石的最小和最大点荷载强度指数。10(a)径向试验；(b)轴向试验；(c) 规则方块试验； d)小规则块体试验图 4 试样尺寸、形状和加载方向图 5 各向
23、异性岩石试验的加载方向5.6.8 本条规定了有效试验的判定方法。当破坏面未通过两加载点时，认为试验是无效的(图 6)。图 6 无效试验破坏模式5.6.9 对非标准试件，在计算点荷载强度指数 Is 时，引入了等价岩心直径 De 的概念，并对径向试验、轴向试验、方块体和不规则块体试件等价岩心直径的计算作出了规定。对于径向试验，计算 Is 时所取的等价岩心的直径 De，即为两加载点间的距离 D。对于轴向试验、方块体及不规则块体试验，I s 的 De 则必须由计算确定。5.6.10 为了获得标准的点荷载强度指数，必须进行尺寸修正。本条规定以加载点间距 D=50mm 的岩心径向试验所测定的 Is 作为标
24、准值，表征为岩石点荷载强度指数 Is(50)。凡两加载点间距离不等于50mm 时，均应予以修正。关于修正指数 m 值的确定，国内外对不同 D 或 De 值的试件所进行的试验表明： m=2(1- n)，其中 n 为 logP-logD2e 关系曲线的斜率( 图 7)。当数据较少，不能绘制该图时，可取， n=0.770.80，因而一般取 m=0.400.45。图 7 PD 2e 的对数关系曲线5.7 断裂韧度试验5.7.1 岩石的断裂韧度表征了岩石阻止裂缝扩展的能力，是岩石抵抗断裂的力学指标。为了解岩石断裂过程中裂缝的位移特征，加载过程中可同时进行位移测量。5.7.2 采取的岩样应满足试件数量和尺寸加工要求。为满足 V 形切口顶角为 90士 1的要求，加工 V 形切口时可采用 V 形切口切割的夹具(图 8)。用千分卡尺测量初始切口深度，作为计算采用的切口深度 a。对直切口试件，应在试件厚度方向的两侧及中部测量初始切口深度，取其平均值。
