【摘要】巖石力學(xué)主要是采用了力學(xué)原理及其方法對其巖石力學(xué)進行研究，以及和力學(xué)相關(guān)聯(lián)的一門新興科學(xué)。巖石力學(xué)不僅和國民經(jīng)濟基礎(chǔ)建設(shè)、資源開發(fā)、環(huán)境保護、減災(zāi)防災(zāi)等有密切的聯(lián)系，具有重要的實用價值，并且是力學(xué)與地學(xué)相結(jié)合的一個基礎(chǔ)學(xué)科。隨著人類社會不斷的發(fā)展，礦業(yè)開采深度也是越來越深，斷層破碎帶以及軟弱夾層也是越來越多，巖石力學(xué)在其背景下，得到了大力的研究，研究目的在于了解巖石物理--力學(xué)性能，查明工程巖體中的應(yīng)力與變形的狀態(tài)，進而解決國民經(jīng)濟建設(shè)中所遇到的隧道、邊坡、壩基等的安全和穩(wěn)定問題。因此，巖石力學(xué)在地學(xué)領(lǐng)域中也占有重要的地位。本文就結(jié)合作者的實際工作經(jīng)驗，對巖石力學(xué)實驗的新技術(shù)及其新設(shè)備進行探討，以供借鑒參考。

【關(guān)鍵詞】巖石力學(xué)；實驗；新技術(shù)；新設(shè)備

前言

下面主要結(jié)合最新的巖石力學(xué)測試技術(shù)，介紹了巖石力學(xué)測試技術(shù)的試驗方法和設(shè)備，包括巖石分類回彈試驗、巖石耐崩解試驗、巖石剪切試驗、巖石三軸試驗、巖石滲透性試驗和巖石三軸流變試驗，為巖石力學(xué)試驗提供了新的方法和依據(jù)。

1 巖石力學(xué)的研究要點

人類對巖石的力學(xué)性狀的認識是從試驗開始的，巖石力學(xué)理論的形成、發(fā)展與試驗方法息息相關(guān)。巖石的力學(xué)性態(tài)包括巖石在所處物理、化學(xué)環(huán)境下的強度、變形及其動力學(xué)特性和滲透性等。巖石力學(xué)性態(tài)的研究方法主要是現(xiàn)場和室內(nèi)試驗。現(xiàn)場試驗有測量巖體原位變形性能和強度性能的承壓板試驗和剪切試驗、現(xiàn)場三軸壓縮試驗和巖體滲透性試驗等；室內(nèi)試驗有單軸壓縮、三軸壓縮、單軸拉伸、直接剪切、滲透試驗等?，F(xiàn)場試驗在工程現(xiàn)場對巖體進行，室內(nèi)試驗在實驗室內(nèi)用規(guī)定尺寸的巖塊試件在模擬的溫、壓條件下進行，在試件受力變形過程中測量其各種力學(xué)量之間的關(guān)系。通過試驗可以測出巖體和巖塊的彈性常數(shù)E、v和各種強度值，以及滲透系數(shù)k等。對實驗數(shù)據(jù)進行處理和分析，可以得出巖石的破壞準則、屈服條件和表示應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、時間等之間關(guān)系的本構(gòu)方程。目前對巖石較常用的破壞準則有庫侖準則、莫爾準則和格里菲斯準則，屈服條件有特雷斯卡屈服條件、德魯克-普拉格屈服條件、莫爾-庫侖屈服條件等。至于巖石的本構(gòu)方程，除了熟知的胡克定律之外，還有反映巖石彈塑性、黏彈性、粘塑性和粘彈塑性性能的諸多本構(gòu)方程。下文就介紹巖石力學(xué)測試的最新方法與相關(guān)儀器設(shè)備。

2 巖石力學(xué)的試驗方法及設(shè)備

2.1 巖石分類回彈試驗

巖石分類回彈試驗用于巖石分類。通常將圓柱形的巖芯放在水平位置，錘擊巖芯以獲得回彈數(shù)據(jù)。可沿著芯的長度獲取一系列數(shù)據(jù)以得到平均回彈值。

2.2 巖石耐崩解試驗

在現(xiàn)階段，國內(nèi)外關(guān)于巖石崩解性的試驗有兩種：耐崩解性試驗和普通崩解試驗。耐崩解試驗方法的規(guī)范主要有國際巖石力學(xué)學(xué)會（ISRM）1979年建議的方法和1999年發(fā)布的中國工程巖體試驗方法標準（GB/T50266-99）中的耐崩解性試驗方法，這兩種試驗規(guī)程大致相同，均是將試驗樣品在105℃-110℃下烘干2-6小時冷卻，放入孔徑為2mm的金屬網(wǎng)圓筒中，置入水中以20r/min的速度轉(zhuǎn)動10分鐘，取出樣品烘干稱量，之后循環(huán)做一次，最后用原樣品的烘干質(zhì)量和殘留樣品烘干質(zhì)量求出巖石耐崩解指數(shù)。

巖石耐崩解儀可以測量巖石由于干濕交替后，抵抗崩解的耐久性能。該設(shè)備包括一個裝在基座上的驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置以每分鐘20轉(zhuǎn)的速度帶動2-4個鼓形試驗箱。箱內(nèi)注水，水位低于軸線20mm。試驗箱體由2mm絲網(wǎng)制成，直徑140mm，長度100mm。

2.3 巖石剪切試驗

巖石的抗剪強度是巖石對剪切破壞的極限抵抗能力。通常采用快速直剪試驗測定巖石的抗剪強度。此試驗一般可測定：a.混凝土與巖石膠結(jié)面的抗剪強度；b.巖石軟弱結(jié)構(gòu)面（包括夾泥和不夾泥的層面，節(jié)理裂縫面和斷層帶等）的抗剪強度；c.巖石本身的抗剪強度。試驗時巖石的含水狀態(tài)可根據(jù)需要采用天然含水狀態(tài)、飽和狀態(tài)或其他含水狀態(tài)。

巖石剪切系統(tǒng)（RSI）是通用的系統(tǒng)可以完成天然或人工巖石節(jié)理的固結(jié)和剪切過程，巖樣直徑最大達83mm。

該系統(tǒng)包括計算機控制的單元，該單元利用微步進馬達來控制和施加垂直荷載和水平位移。內(nèi)置的電子元件控制試驗并實時顯示數(shù)據(jù)。在最新的Windows平臺下運行電腦控制的程序。程序可以顯示最新的當前的狀態(tài)并實時繪制試驗過程的圖形。系統(tǒng)也允許操作者在試驗過程中的任意階段改變試驗過程和狀態(tài)。

2.4 巖石三軸試驗

巖石三軸壓縮試驗（簡稱三軸試驗），實質(zhì)是對處于三向受壓環(huán)境中的地殼巖體的力學(xué)性狀的一種模擬。相對于其它一些所謂的常規(guī)實驗，三軸實驗屬較復(fù)雜的高級實驗，它可以獲取相應(yīng)于巖體不同圍壓（或深度）的抗壓強度、抗剪強度、彈性模量、泊松比，以及準確的凝聚力C和內(nèi)摩擦角等數(shù)據(jù)。若使用三軸侍服壓力機，還能得到應(yīng)力-應(yīng)變（σ-ε）的全程曲線，進而獲得巖石的殘余應(yīng)力、永久變形數(shù)據(jù)等。這些都是一些重大工程建設(shè)、巖石力學(xué)和某些地學(xué)項目研究及應(yīng)用中必不可少的重要參數(shù)。

W+B提供的高剛度測試系統(tǒng)可以研究巖石的無側(cè)向剛度壓縮測試、三軸測試、彎曲測試、直接拉伸、壓碎測試，研究巖石的無側(cè)向剛度壓縮測試、三軸測試、彎曲測試、直接拉伸、壓碎測試、蠕變測試等。

在巖石力學(xué)測試領(lǐng)域，W+B提供的高剛度測試系統(tǒng)的最大測試范圍可以達到10000kN。W+B還可以提供不同的穩(wěn)壓加強系統(tǒng)，數(shù)字式控制器提供附加的通道用于數(shù)據(jù)采集，以及多通道控制功能，此外還可以提供其他的巖石測試系統(tǒng)，以及各種制樣工具。

結(jié)束語：

總而言之，本文就介紹了巖石力學(xué)試驗的最新進展、試驗的方法，以及相關(guān)試驗設(shè)備，為巖石力學(xué)試驗提供出一定的依據(jù)。

參考文獻：

[1]李亞林，高雷，郭德順.巖石三軸壓縮實驗的強度特性及應(yīng)用[J].華南地震，2006，12，（4）：73-78.

[2]胡江春，王紅芳，何滿潮等.巖石的滲透特性試驗研究[J].中原工學(xué)院學(xué)報，2006，17，（3）：1-3.