第三節　巖石三軸壓縮試驗

一、試驗及數據分析方法

巖石三軸壓縮強度試驗是測定一組巖石試件在不同圍壓條件下的三向壓縮強度，據此計算巖石在三軸壓縮條件下的強度參數。

1．試驗儀器

三軸壓縮試驗是在TAW－2000微機控制巖石伺服三軸壓力試驗機上完成，如圖2－2－4所示。該試驗機可以在不同圍壓下，測量巖石的彈性參數；進行全應力—應變試驗，獲得峰值強度和殘余強度；在不同水壓下，測量巖石（體）的強度變化及滲透特性；在－50～200℃范圍內，測量溫度對巖體力學性質的影響。

試驗數據采集軟件在WINDOWS環境下運行，可以同時顯示試驗力、位移、變形（軸向、徑向）、圍壓、控制方式、加載速率等多種試驗和測量參數以及多種試驗曲線。

2．試驗步驟

本次試驗采用等圍壓條件下的三軸壓縮試驗，即常規三軸試驗（σ2＝σ3）。每組巖石試樣不少于3個，進行彈性模量、黏聚力及摩擦角的測量與計算。根據取樣點的埋藏深度，巖石試驗圍壓選定在1～5MPa之間。為了避免油液滲入試件而影響試驗成果，在試件外部套一層熱縮管，達到防油的作用。

試驗中，先對巖石試樣加圍壓，圍壓加載速率為0．05MPa，待圍壓加至預定值后，再施加軸向壓力。采用軸向變形控制，軸向變形加載速率為0．01mm/min，直至試樣破壞，得出試件破壞整個過程的全應力－應變曲線。

3．力學參數求取與分析方法

根據每組試樣的極限軸向應力σ1與圍壓σ3，在σ1－σ3坐標中利用最小二乘法可以繪出σ1和σ3的最佳關系曲線。采用下列公式，計算抗剪斷強度指標c值和φ角。

二、試驗結果與分析

根據試驗結果對數據進行處理，輸水隧洞主要地層的室內三軸壓縮試驗成果見表2－2－3。

據三軸壓縮試驗成果，綜合巖石的單軸抗壓強度，在圍壓為1MPa時，白堊系泥巖的峰值強度與單軸抗壓強度相比并沒有明顯的提高；當圍壓為3MPa時，濕狀態下的巖樣峰值強度較圍壓為1MPa時提高了70%左右、天然狀態下的巖樣峰值強度較圍壓為1MPa時大部分提高了30%左右；當圍壓為5MPa時，濕狀態下的巖樣峰值強度較圍壓為1MPa時提高了120%～140%、天然狀態下的巖樣峰值強度較圍壓為1MPa時大部分提高了60%～100%。總體而言，三軸試驗峰值抗壓強度具有隨圍壓的增加而增加的特點，但是增加的幅度不大。