T 0221-2005单轴抗压强度试验
T 0221-2005单轴抗压强度试验
1目的和适用范围
单轴抗压强度试验是测定规则形状岩石试件单轴抗压强度的方法，主要用于岩石的强度分级和岩性描述。
本法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(包括碎石或卵石的原始岩石强度)。
在某些情况下，试件含水状态还可根据需要选择天然状态、烘干状态或冻融循环后状态。试件的含水状态要在试验报告中注明。
2 仪器设备
(1)压力试验机或万能试验机。
(2)钻石机、切石机、磨石机等岩石试件加工设备。
(3)烘箱、干燥器、游标卡尺、角尺及水池等。
3 试件制备
3.1建筑地基的岩石试验，采用圆柱体作为标准试件，直径为50mm±2mm、高径比为2：l。每组试件共6个。
3.2 桥梁工程用的石料试验，采用立方体试件，边长为70mm±2mm。每组试件共6个。
3.3 路面工程用的石料试验，采用圆柱体或立方体试件，其直径或边长和高均为50mm或2mm。每组试件共6个。
有显著层理的岩石，分别沿平行和垂直层理方向各取试件6个。试件上、下端面应平行和磨平，试件端面的平面度公差应小于0.05mm，端面对于试件轴线垂直度偏差不应超过0.25°。对于非标准圆柱体试件，试验后抗压强度实验值按本章条文说明中公式(T0221-3)进行换算。
4试验步骤
4.1用游标卡尺量取试件尺寸(精确至0.1mm)，对立方体试件在顶面和底面上各量取其边长，以各个面上相互平行的两个边长的算术平均值计算其承压面积;对于圆柱体试件在顶面和底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分别计算底面和顶面的面积，取其顶面和底面面积的算术平均值作为计算抗压强度所用的截面积。
4.2试件的含水状态可根据需要选择烘干状态、天然状态、饱和状态、冻融循环后状态。试件烘干和饱和状态应符合本规程T 0205中相关条款的规定，试件冻融循环后状态应符合本规程T 0241中相关条款的规定。
4.3按岩石强度性质，选定合适的压力机。将试件置于压力机的承压板中央，对正上、下承压板，不得偏心。
4.4以0.5MPa/s～1.0MPa/s的速率进行加荷直至破坏，记录破坏荷载及加载过程中出现的现象。抗压试件试验的最大荷载记录以N为单位，精度1%。
5结果整理
5.1岩石的抗压强度和软化系数分别按式(T0221-1)、(T0221-2)计算。
(T0221-1)
式中：R——岩石的抗压强度(MPa);
P——试件破坏时的荷载(N);
A——试件的截面积(mm2)。
(T0221-2)
式中： ——软化系数：
Rw ——岩石饱和状态下的单轴抗压强度(MPa);
Rd ——岩石烘干状态下的单轴抗压强度(MPa)。
5.2单轴抗压强度试验结果应同时列出每个试件的试验值及同组岩石单轴抗压强度的平均值;有显著层理的岩石，分别报告垂直与平行层理方向的试件强度的平均值。计算值精确至0.1MPa。
软化系数计算值精确至0.01,3个试件平行测定，取算术平均值;3个值中最大与最小
之差不应超过平均值的20%，否则，应另取第4个试件，并在4个试件中取最接近的3个
值的平均值作为试验结果，同时在报告中将4个值全部给出。
5.3试验记录
单轴抗压强度试验记录应包括岩石名称、试验编号、试件编号、试件描述、试件尺寸、破坏荷载、破坏形态。
条文说明
岩石的抗压强度是反映岩石力学性质的主要指标之一，它在岩体工程分类、建筑材料选择及工程岩体稳定性评价计算中都是必不可少的指标。试验研究表明，岩石的抗压强度受一系列因素的影响与控制。这些因素包括两个方面：一方面是岩石本身方面的因素，如矿物组成、结构构造及含水状态等;另一方面是试验条件，试件形状、大小、高径比及加工精度、加荷速率等。
1.岩石的矿物组成及结构
岩石的矿物组成是影响其抗压强度的重要因素之一。一般来说，含强度高的矿物如石英、长石、角闪石、辉石及橄榄石等较多时，岩石强度就高;相反，含软弱矿物如云母、粘土矿物、滑石及绿泥石等较多时，强度就低。如石英岩、花岗岩、闪长岩等岩石的抗压强度一般为1OOMPa～300MPa，最高可达350MPa，而页岩、粘土岩和千枚岩等的抗压强度最高不超过1OOMPa。
岩石结构、构造对强度的影响，主要表现在矿物颗粒间的连结、颗粒大小与形状、空隙性等。一般来说，具结晶连结的岩石强度比非结晶连结的高，细粒结构的岩石强度比粗粒结构的高，这是因为细结晶的岩石颗粒间接触面积大，连结力增强的缘故。由粒柱状矿物组成的岩石，强度高且一般不具各向异性;而片状、鳞片状矿物组成的岩石，不仅强度低，而且往往具较强的各向异性。对于胶结连结的岩石，其强度主要取决于胶结物成分。硅质胶结的强度最高，铁钙质胶结的次之，泥质胶结的最低。岩石空隙性常反映它的密实程度，空隙度愈大，强度愈低。强度随其密度减小而降低的现象，就是空隙性对岩石强度影响的具体表现。此外如果空隙(指各种微结构面)是定向排列的则岩石强度表现出明显的各向异性特征。
2.试验含水率
含水状态对岩石强度具有显著的影响，一般随含水率增大岩石强度降低，但岩性不同降低的程度也不同，这主要取决于岩石中亲水性和可溶性矿物的含量及空隙性等。亲水性和可溶性矿物含量愈多，开空隙愈发育岩石强度降低愈明显。如页岩、粘土岩饱水后强度可降低40%～60%。
试验的含水状态主要依据工程的需要而定，比如在《公路桥涵地基与基础设计规范》中，在确定单桩轴向受压容许承载力和桩嵌入基岩中的深度时，常用到天然湿度的岩石单轴极限抗压强度，主要因为在填充混凝土以后，岩石不再与水接触了。
含水状态对岩石强度的影响称软化性，用软化系数表示。
3.试验备件
试验务件对岩石强度也有一定的影响，一般来说，圆柱体试件的强度大于棱柱体试件，是因为后者棱角部分应力集中之故。另外，随试件尺寸和高径比的增大岩石强度也降低，其原因是试件岩石内包含的裂隙、孔隙等缺陷增多及应力分布不均造成的。试件加工精度的影响主要表现在试件端面的平整度和平行度，因此，试验时对试件加工精度要求较高。此外，加荷速率增加，岩石强度也增大。
4.试件尺寸
公路系统中，岩石的单轴抗压强度依据岩石的使用情况，试件尺寸的标准是不一样的。桥梁工程中，所提到石科的标号，对应的是尺寸为20cm×20cm×20cm立方体试件饱和极限抗压强度(现已改为7cm×7cm×7cm立方体试件)。道路建筑材料中，天然石料的等级，对应的是尺寸为5cm×5cm×5cm立方体试件饱和极限抗压强度。而作为地基基础的岩石试验，一般采用圆柱体作为标准试件，其直径为50mm±2mm，高径比为1：3，比如《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30-2002)规定，岩石样品的尺寸是根据岩石试验需求提出的，一般最小直径大于5cm，试件高度为直径的1～3倍;《公路桥涵地基与基础设计规范》规定岩石的单轴抗压强度的试件尺寸，直径为7cm～10cm，高度与试件直径相同;隧道围岩分类中饱和抗压极限强度并没有提到试件尺寸，但从软、硬岩石的划分标准30MPa来看，试件尺寸应为直径50mm±2mm，高径比为2。
鉴于圆形试件具有轴对称特性，应力分布均匀，而且试件可直接取自钻孔岩芯，在室内加工程序简单，所以本规程规定：作为地基基础的岩石试验，岩石的单轴抗压强度推荐直径为50mm±2mm，高度与直径之比值为2.0圆柱体试件作为标准试件;作为砌体工程的石料试验，桥梁工程岩石的单轴抗压强度推荐边长为70mm±2mm的立方体试件作为标准试件;路面工程岩石的单轴抗压强度推荐边长为50mm±2mm的立方体试件或者直径和高均为50mm±2mm的圆柱体试件作为标准试件。
R
为便于对单轴抗压强度的试验结果作统计分析，应将任意高径比的抗压强度值R按下式换算成高径比为2：1的标准抗压强度值。
(T0221-3)
5. 压力试验机应符合《液压式压力试验机》(GB/T3722)及《试验及通用技术要求》(GB/T 2611)中的要求，其测量精度为±1%，试件破坏荷载应大于压力试验机全程的20%且小于压力试验机全程的80%，同时应具有加荷速度指示装置或加荷速度控制装置。可以均匀地连续加荷卸荷，保持固定荷载，开机停机均灵活自如。试件两端的承压板为洛氏硬度不低于HRC58的圆盘钢板，承压板的直径应不小于试件的直径，也不宜大于试件直径的两倍。当压力试验机承压板直径大于试件直径的两倍以上时，必须在试件的上下两端加辅助承压板，其刚度和不平度均应满足压力试验机承压板的要求。两板之一应是球面座，球面座应放在试件的上端面，并用矿物油稍加润滑，以使在滑块自重作用下仍能闭锁。试件、压板和球面座要精确地彼此对中，并与加载机器设备对中，球面座的曲率中心应与试件端面的中心相重合。
