四川红层岩石强度试验探讨

向 科 州

(四川省水利水电勘测设计研究院，四川 成都　610072)



四川红层岩石强度试验探讨

向 科 州

(四川省水利水电勘测设计研究院，四川 成都610072)

摘要：针对四川红层砂泥岩岩性软弱、层理发育、各向异性、遇水易崩解软化等特点，通过工程案例分析和多年实践经验总结，提出了四川红层岩石试验样品采集、运输、加工、试验以及数据整理的方法，以确保试验成果的准确性，从而为地质工程师提供可靠的岩石物理力学特性参数的试验依据。

关键词：岩石；岩样；试验；分析；资料；四川红层

1概述

岩石试验是取得岩体物理力学特性指标的重要手段和技术支撑。在试验过程中，除严格按照《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001要求操作外，尚需采取与之相适宜的手段和方法，以确保试验成果的可靠性、准确性、合理性。针对四川红层砂泥岩普遍具有岩性软弱、层理发育、各向异性、遇水易崩解软化等特点，笔者通过总结多年的实践经验，提出了四川红层岩石试验样品采集、运输、加工、试验以及数据整理的方法，具有一定的工程意义。

2岩石强度试验与数据整理

2.1试样采运与试件加工

四川红层具有岩相岩性、胶结形式和胶结物变化大、岩体均一性差的特性。同一层位的不同部位其物理力学性质差异较大；受层理、节理、裂隙及其他不连续结构面影响，同一块岩石不同方向亦差异明显。因此，采样人员需要和试验工程师、地质工程师充分沟通，必要时在地质工程师和试验工程师的现场指导下采集试样。

四川红层之砂岩多为较软岩-软岩、泥岩为软岩-极软岩。岩石含水量发生变化(俗称“干湿交替”)时易崩解软化。特别是软-极软的泥岩失去部分水分或不充分饱和即会开裂崩解或软化崩解，从而要求及时采样、腊封，尽可能釆集到足够数量的软岩试样；岩样搬运尽可能做到无震动运输。

试件加工是保证试验成果质量的重要环节，岩样的采集、腊封、包装、运输十分不易，试件加工一旦失败，后果可能无法挽回，试验工程师应指导、参与试件加工的全过程。岩样在采运过程中可能受损，试件加工应十分小心，以保证试件的数量及每块试件的质量。试验成果与试件的形状、直径的大小、径高比、切面的平整度及轴向加力与层面的交角等密切相关，试件加工应在试验工程师的指导下针对不同的试样加工出高质量的试件，从而为试验成果质量打好基础。

2.2试验操作

试件加工完成即可进入试验过程，试验工程师要准确理解、把握规程，精心操作。

(1)软质岩饱和抗压强度试验。

四川红层以软岩居多，特别是泥岩，在进行饱和单轴抗压强度试验时，按《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001的规定需浸泡48 h(饱水)，但常常是试件浸泡饱水时间尚未达到规程要求、试件却已经软化破坏而无法上机试验。如果进行原位(饱和)承载试验，又往往受时间、外部环境等因素制约，而进行大量的原位试验则条件有限，因此，需要考虑进行天然状态下的抗压强度试验来替代饱和抗压强度试验。实践中可适量做一部分原位试验，通过将室内试验成果与原位试验成果进行对比后折减取值；或根据试验规程推荐的岩石含水量与抗压强度的相关关系换算饱和抗压强度；或直接提供软质岩在天然状态下的单轴抗压强度，供地质工程师取值使用。

(2)软质岩抗压强度试验加载速率。

岩石的单轴抗压强度是随着岩石试件所承受的加载速率增加而增加的。加载速率过高，则冲撞等试验所求得的抗压强度值可数倍于缓慢加载条件下所得的试验结果。国家有关岩石力学试验标准规定，其加载速率应控制在0.5～1 MPa/s之间。特别是四川红层软质岩试验的加载速率必须遵守这一准则，不得马虎。

(3)抗压强度与接触面的摩擦。

岩石试件在端面有、无摩擦力的情况下加载时，样品的应力分布是完全不同的，岩石抗压强度的测定会因此而受到影响，所受影响的大小取决于样品与承压板之间的摩擦系数。在岩石单轴抗压试验中，应尽量消除岩石试件与压力机端面的摩擦，使端面只有少量的径向和圆周向的膨胀，应力分布尽量均匀。

(4)试件加载的轴力方向。

岩石抗压强度与加载轴力方向关系密切。四川红层岩样具有各向异性的特点，试验加载轴力垂直层面与平行和斜交层面所取得的抗压强度差异较大。试验应严格按照地质工程师要求的加载轴向与层面的夹角进行试验，并在试验报告中加以说明。

2.3试验资料的分析与整理

试验资料的整理是提供可靠、准确的试验参数的关键环节。试验工程师首先要充分了解试件所处的地质环境和地质要求，认真分析试件压裂破坏过程、时间、是否有隐裂隙的影响等，从而使试验成果更加符合实际情况。按照试验规程的要求进行成果整理，试验报告中还应分析试验异常值产生的原因，从而为地质工程师确定岩石物理力学参数提供可靠、准确的试验成果。

(1)岩性不均一试验成果的整理。

四川红层具有岩相岩性变化大、胶结形式和胶结物不均一的特点。试验工程师要了解岩性不均一的原因和控制岩体物理力学性质的主要因素，试验成果的整理要反映岩性特点和地质工程师要求。比如某水电工程项目，地层为白垩系蓬莱镇组砂岩，以泥质胶结为主，局部Ca2+集中为钙质胶结。试验过程中发现同一组岩样不同试件抗压强度呈倍数的差异，经过岩化分析发现泥质胶结的砂岩强度远低于钙质胶结的砂岩。通过与地质工程师沟通后将两种不同胶结物的砂岩分类整理，为最终确定合理的地质参数提供了试验依据。

(2)各向异性试验成果的整理。

四川红层砂泥岩地层层理发育、各向异性特征明显、或某方向节理优势发育也会造成不同方向岩石的强度差异明显。若对此认识不足、资料整理不加以区别，很容易造成工程浪费甚至工程事故。例如某水利工程项目，由于对岩石各向异性特性认识不足，大坝堆石料岩石(砂岩)试验只做了垂直层面方向的试验，砂岩抗压强度均满足堆石料要求。但在施工中发现分层碾压后堆石填筑体表部细化严重，总会出现20～30 cm厚的细化层，经取样检测得知堆石体级配及渗透系数均达不到设计要求。后经取样试验发现，砂岩岩块堆石平行层面的抗压强度低于规范要求，而施工碾压过程中堆石岩块的受力方向平行、垂直、斜向是随机出现的，故碾压后出现细化层、级配及渗透系数达不到设计要求是必然的。后经调整设计、增设排水带等措施加以处理，问题方得以妥善解决。因此，针对层理发育或节理优势发育等各向异性的岩体，应该分向取样、分向试验、分向整理，才能提供完整的试验成果。

(3)有缺陷的岩石试验成果的整理。

四川红层中诸如页岩、层面富集云母的砂泥岩等都是有缺陷的岩石。若要获取这类岩石的物理力学参数，不仅要对岩石缺陷本身有充分的认知，还需要采取有针对性的试验方法和试验成果整理方法。某水电站厂房地基为泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩，岩层产状平缓，层理发育，层面富集云母，室内试验岩石单轴饱和抗压强度很低或根本无法上机试验，地质工程师按照仅有的单轴饱和抗压强度考虑则地基承载力完全达不到设计要求。经与地质工程师讨论、分析后认为室内试验值低是试件饱水后崩解软化所致，试验值不能代表现场有围压状态下岩体的强度和承载能力。最终研究决定进行适量原位承载试验，重新取样作天然状态下的单轴抗压强度，两者对比、综合分析后取值，满足了设计要求。实践证明：当时确定岩体物理力学参数的方法是正确的。该电站已投产多年，运行良好。

3结语

笔者通过多年实践经验总结，针对四川红层砂泥岩岩性软弱、层理发育、各向异性、遇水易崩解软化等特点，提出了四川红层岩石试验样品采集、运输、加工、试验以及数据整理之行之有效的方法，供同行参考。

(责任编辑：李燕辉)

向科洲(1984-)，男，四川成都人，助理工程师，从事水利水电工程岩土试验工作.

作者简介:

文章编号:1001-2184(2016)02-0071-02

文献标识码:B

中图分类号:TV522;TV523;[TV221.2]

收稿日期:2015-10-10