岩石饱水单轴抗压强度与地基承载力问题的探讨

摘要：在国内外已有研究成果的基础上，详细阐述了饱水对岩石单轴抗压强度的影响，并根据岩石饱和单轴抗压强度、岩体结构，结构面发育程度、结构面性状，结构面充填物等提出了岩石地基承载力折减系数，为解决地基承载力问题积累了新的技术资料。

关键词：岩石 饱水单轴抗压强度地基承载力

中图分类号： TU4 文献标识码： A 文章编号：

岩体中褶皱、断层、层理、节理等非连续面的存在，使得岩石成为一种非均匀性材料，内部强度差异显著。岩石内部含有大量孔隙和微裂隙，饱和水岩石作为一种特殊多孔饱和的流体混合物，大量存在于岩层中。岩石在饱水状态下，水流充满孔隙和微裂隙，岩石的许多力学特征因此发生了改变。岩石内部的软弱面成为主要的透水通道，而水对人类的岩石土程活动产生了重大影响，由于对水对岩石的力学特性的影响知之甚少，发生了许多重大工程事故，水对岩石的物理力学性质的影响小可忽视。水对岩石强度有化学作用、物理作用及力学作用的影响。化学过程是小可逆的，水对岩石中的充填物的溶蚀和溶解、对铁的氧化、对碳酸盐岩的侵蚀和潜蚀都属于化学作用;物理作用的过程一般是可逆的，如软岩浸水后内摩擦角降低，失水后又恢复；力学作用在介质的线弹性范围内是可逆的。因此，研究饱水状态下岩石的力学性质，意义重大。

1饱水单轴抗压强度试验研究

岩石单轴压缩破坏应力应变全程曲线见图1，这一曲线是揭示岩石力学特征的重要方法，进而确定岩石的强度、杨氏模量、内摩擦角、粘聚力和泊松比系数等岩石重要物理参数。试验岩块采用水钻孔法钻孔取芯，制圆柱岩样。单轴压缩试验采用岩石力学伺服试验机进行。圆柱形岩石试样，沿长轴方向受压的单向压缩试验迄今为止是确定岩石性质的最方便和最有用的方法。仅从定义来看，岩石的单轴抗压强度是指岩石圆柱试样受沿轴向的单向载荷压缩下所能承受的最大应力，用公式表示为：，式中：为沿试样轴向加载荷载，为试样受压荷载接触处的横截面面积，为单轴抗压强度。试验过程中在不考虑端部摩擦效应的情况下，单轴压缩状态下，岩石试样承载均匀的单轴载荷，试样内各点应力状态是一样的，所以产生同样的轴向变形，直至达到材料的承载极限。由于圆柱试样与实验机压板间的摩擦作用，限制试样端部的侧向膨胀使岩石试样内部的应力分布发生很大改变。然而，岩石类材料比较特殊，内部含有大量裂隙、层理等缺陷而表现出非均匀性，使得岩石试样的形状会影响到其强度。具有相同截面的圆形、六边形、四边形和三角形试样的强度会有差别，见图2。随着岩样棱数减少，抗压强度降低，说明边缘的棱角容易损坏，不能用来作为有效承载而积。如果进行严密仔细的试验，四边形和圆柱形岩石试样的单轴压缩强度差异也并不明显。对完整岩样均是圆形试样，饱水体积虽有所增大，但从整体表观上讲体积变并不大，故可忽略。岩石的单轴抗压强度试验结果见图3～图5。

图1单轴压缩破坏应力－应变曲线 图2岩样横截面形状对单轴压缩张度的影响图3单轴抗压强度与含水率的关系

图4自然和饱水各岩石单轴抗压强度 图5 不同饱水方式对饱水抗压强度的影响

结果表明：岩石的单轴抗压强度与岩石的含水率呈线性关系，岩石含有粘土土质矿物，这些矿物遇水软化泥化，使得岩石试样的强度降低，水对不同岩的石强度均有不同程度的影响，软质岩更为明显，真空饱和后岩石的吸水率要比自然浸水饱和后岩石的吸水率高，岩石的单轴抗压强度会降低。

2岩体允许承载力折减系数

为较准确地确定岩石地基承载力，应根据岩石饱和单轴抗压强度、岩体结构，结构面发育程度、结构面性状，结构面充填物等分别提出不同的折减系数，计算岩体允许承载力的折减系数见表1。

表1 计算岩体允许承载力的折减系数

结果表明：折减系数应综合考虑多方面的因素，折减系数与岩石饱和单轴抗压强度成正比，与岩体质量成正比，与结构面发育程度成反比；岩石单轴饱水抗压强度大于10MPa时，其折减系数的取值范围为0.05～0.10；岩石单轴饱水抗压强度大于10MPa时，其折减系数的取值范围为0.10～0.15。

3结语

桥梁、民用建筑的桩基岩石等地基承载力问题是岩土工程领域中的基础性课题之一,正确地评价承载力的大小，对于确保工程安全至关重要，它一直深受国内外学者的关注。岩石的单轴抗压强度与岩石的含水率呈线性关系，岩石含有粘土土质矿物，这些矿物遇水软化泥化，使得岩石试样的强度降低，水对不同岩的石强度均有不同程度的影响，软质岩更为明显，真空饱和后岩石的吸水率要比自然浸水饱和后岩石的吸水率高，岩石的单轴抗压强度会降低。应根据真空饱水试验确定岩石单轴抗压强度，岩石单轴饱水抗压强度大于10MPa时，其折减系数的取值范围为0.05～0.10；岩石单轴饱水抗压强度大于10MPa时，其折减系数的取值范围为0.10～0.15。

参考文献:

[1]赵永川.确定岩体允许承载力的折减系数[c].第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集,2006,7.

[2]陈向雷.干燥及饱水状态下岩石力学特性的试验研究[D].河南理工大学,2011.

[3]吕永高,曲淑英,崔淑梅.饱和方法对岩石单轴饱和抗压强度影响的实验研究[J].建筑科学,2005,21(2).

作者简介：冯河流(1980.1--),男，汉族，本科，助理工程师，主要从事试验检测及施工工作.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。