摘要：巖石的物理性質(zhì)包括：飽和吸水率、飽和密度、自然吸水率、顆粒密度以及干密度等。通過(guò)試驗(yàn)研究某實(shí)際水利輸水工程的代表性巖樣的物理力學(xué)性質(zhì)，得到巖石的物理參數(shù)和巖石在飽和水狀態(tài)下及干燥狀態(tài)下的泊松比、單軸抗壓強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角及彈性模量等力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。本文通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)的整理分析，并對(duì)巖石不同力學(xué)性質(zhì)參數(shù)以及物理性質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行探討，明確巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)和物理性質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系，旨在為日后相似工程提供數(shù)據(jù)參考。
　　關(guān)鍵詞：巖石室內(nèi)試驗(yàn)；物理力學(xué)指標(biāo)；參數(shù)數(shù)據(jù)
　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)大部分地區(qū)對(duì)水利水電工程的需求也隨之增加。在開(kāi)展水利水電工程的過(guò)程中，必須進(jìn)行巖石物理力學(xué)參數(shù)的確定。本文對(duì)某實(shí)際水利輸水工程的代表性巖樣進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)研究，并且討論了不同的力學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)之間的關(guān)系，研究這兩者之間的關(guān)系，對(duì)工程的勘測(cè)設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　1.巖石物理力學(xué)性能試驗(yàn)
　　1.1試樣制備
　　本文所研究的巖石試樣主要有6種：花崗巖、凝灰?guī)r、玢巖、凝灰質(zhì)砂巖、砂巖以及礫巖。根據(jù)具體的試驗(yàn)規(guī)定，分析的過(guò)程需要抽取巖芯并且進(jìn)行加工，加工目的是為了使試樣更便于對(duì)其力學(xué)性質(zhì)以及物理性質(zhì)進(jìn)行研究。
　　1.2巖石物理性質(zhì)試驗(yàn)
　　對(duì)巖石試樣的物理性質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。測(cè)試包括：巖石試樣塊體密度的試驗(yàn)、巖石試樣吸水性試驗(yàn)以及巖石試樣顆粒密度試驗(yàn)。巖石需要進(jìn)行合理處理，分別對(duì)巖石試樣進(jìn)行烘干后稱取重量；然后把巖石試樣至于水中48h后，進(jìn)行重量稱取；抽氣飽水后以及飽水后分別進(jìn)行稱重。將稱重結(jié)果進(jìn)行整理記錄，然后利用這些數(shù)據(jù)分別計(jì)算巖樣的密度、孔隙率、顆粒密度、自然吸水率、烘干密度以及飽和吸水率[1]。
　　通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后分析，得出：巖樣的密度均值處于2.65g/cm3～2.75g/cm3，巖樣的烘干密度范圍處于2.61g/cm3～ 2.72g/cm3，巖樣的顆粒密度范圍處于2.72g/cm3～2.80g/cm3。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，不同巖樣的變異性不大，每種巖石巖樣的密度值十分接近。凝灰?guī)r、玢巖、凝灰質(zhì)砂巖、砂巖以及礫巖的孔隙率、自然吸水率以及飽和吸水率的變異系數(shù)都大于1。這一現(xiàn)象表明，這個(gè)地區(qū)不同種類巖石具有差異較大的空隙分布，這也就造成其吸水性有所不同。凝灰質(zhì)砂巖和花崗巖的平均孔隙率為0.9%和0.88%，都小于1%。那么，凝灰質(zhì)砂巖和花崗巖的自然吸水率和飽和吸水率兩個(gè)參數(shù)也相對(duì)較小，平均的吸水率值不超過(guò)0.5%，如此小的吸水率，證明凝灰質(zhì)砂巖和花崗巖質(zhì)地相對(duì)密集，吸水難度大。礫巖和砂巖的孔隙率分別為2.82%和2.25%，都大于2%，和其他巖樣對(duì)比，孔隙率相對(duì)較大，因此這兩種巖樣的飽和吸水率和自然吸水率相對(duì)也較大，平均吸水率都要超過(guò)1%，如此大的吸水率，證明礫巖和砂巖較容易進(jìn)行吸水軟化。
　　2.巖石試驗(yàn)參數(shù)之間的關(guān)系
　　2.1密度影響分析
　　為能夠更加清晰的分析巖石力學(xué)參數(shù)和物理參數(shù)之間的關(guān)系，工作人員在試驗(yàn)過(guò)程中，需要把巖石的物理參數(shù)作為函數(shù)的自變量，各類力學(xué)參數(shù)作為函數(shù)的因變量，然后進(jìn)行擬合公式的應(yīng)用，主要的擬合公式有5種，分別為：線性函數(shù)、冪函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)以及多項(xiàng)式函數(shù)。憑借這類擬合方法，能夠得出物理參數(shù)以及力學(xué)參數(shù)之間的擬合關(guān)系，然后再利用線性系數(shù)，分析這些參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系。根據(jù)上文記錄的6種巖樣分別處于飽和狀態(tài)以及干燥狀態(tài)下的相關(guān)數(shù)據(jù)，深入地探討了巖樣力學(xué)指標(biāo)隨密度變化規(guī)律。依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知：巖樣在飽和狀態(tài)或者烘干狀態(tài)下，內(nèi)摩擦角（用φ表示），彈性模量（用E表示），單軸抗壓強(qiáng)度（用R表示）都和巖樣密度（用P表示）成正相關(guān)關(guān)系，也就是各類巖樣的力學(xué)參數(shù)隨著巖樣密度的增大而增大；而巖樣的泊松比和巖樣的密度成負(fù)相關(guān)關(guān)系，也就是各類巖樣的泊松比隨著密度的增大而減小[2]。利用線性函數(shù)、冪函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)以及多項(xiàng)式函數(shù)在圖中進(jìn)行線型擬合，并且匯總了相關(guān)性較高的擬合公式，見(jiàn)表1。
　　2.2孔隙率影響分析
　　依據(jù)花崗巖、凝灰?guī)r、玢巖、凝灰質(zhì)砂巖、砂巖以及礫巖巖樣的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析各類巖樣在飽和狀態(tài)以及干燥狀態(tài)下，各類力學(xué)參數(shù)隨孔隙率會(huì)有如何變化，通過(guò)探討相關(guān)結(jié)果可得如下結(jié)論：各類巖樣在飽和狀態(tài)以及烘干狀態(tài)下，巖樣的內(nèi)摩擦角（用φ？表示），單軸抗壓強(qiáng)度（用R表示），彈性模量（用E表示）和巖樣的孔隙率（用n表示）成負(fù)相關(guān)關(guān)系，也就是這些力學(xué)參數(shù)隨著巖樣空隙率的增大而減小。而各類巖樣的泊松比（用μ表示）和巖樣的孔隙率成正相關(guān)關(guān)系，即各類巖樣的泊松比隨著巖樣孔隙率的增大而增大。
　　3.試驗(yàn)總結(jié)
　　為達(dá)到能夠清晰了解相關(guān)工程區(qū)巖石的物理學(xué)性質(zhì)關(guān)系，針對(duì)花崗巖、凝灰?guī)r、玢巖、凝灰質(zhì)砂巖、砂巖以及礫巖6種巖石分別進(jìn)行力學(xué)以及物理性質(zhì)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并且詳細(xì)地對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以得出以下結(jié)論：
　�。�1）試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)6類巖石有著十分接近的巖石密度均值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果幾乎沒(méi)有任何變異性。凝灰?guī)r、玢巖、凝灰質(zhì)砂巖、砂巖以及礫巖（即除了花崗巖），各類巖樣的孔隙率以及吸水率的變異系數(shù)大于1，這表明試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)各類巖樣有著差異較大的空隙分布，也就造成各類巖石有著不同大小的吸水能力。6類巖樣中，凝灰質(zhì)砂巖和花崗巖有著較小的吸水率以及平均孔隙率，這兩種巖石質(zhì)地更為致密，較難發(fā)生吸水軟化，而礫巖和砂巖恰恰相反，它們的質(zhì)地相對(duì)疏松，更易吸水發(fā)生軟化[3]。
　�。�2）文章還對(duì)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)參數(shù)以及物理實(shí)驗(yàn)參數(shù)之間所存在的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)分析，通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，不論是在飽和狀態(tài)下，還是在烘干狀態(tài)下，各類巖石的密度如果增加，那么其彈性模量、內(nèi)摩擦角以及單軸抗壓強(qiáng)度都會(huì)增加，即成正比關(guān)系；但是巖石的泊松比會(huì)有一定幅度的減小，也就是成反比；另外巖石巖樣的內(nèi)摩擦角、單軸抗壓強(qiáng)度以及彈性模量都會(huì)隨著巖石巖樣孔隙率的增加而呈減小趨勢(shì)，也就是成反比；而巖樣的泊松比會(huì)隨著巖石物理試驗(yàn)參數(shù)與力學(xué)試驗(yàn)參數(shù)之間的關(guān)系變化，相關(guān)結(jié)果表明巖石在烘干與飽和這兩種狀態(tài)下，巖石的密度如果增加，那么其彈性模量、單軸抗壓強(qiáng)度及內(nèi)摩擦角均增加，而泊松比卻有一定幅度的減小。巖石的孔隙率如果增加，其單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量和內(nèi)摩擦角均減小，也就是成反比；然而，泊松比卻有一定幅度的增加，也就是成正比。研究過(guò)程中，因變量為測(cè)試巖樣的力學(xué)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，自變量為巖石巖樣的物理實(shí)驗(yàn)參數(shù)，然后可以得出各類參數(shù)之間的擬合公式。如果日后工程數(shù)據(jù)不全，這類關(guān)系及數(shù)據(jù)可以為其提供依據(jù)和參考。
　　4.結(jié)論
　　綜上所述，本文通過(guò)對(duì)實(shí)際工程區(qū)域內(nèi)巖石巖樣的力學(xué)參數(shù)及物理參數(shù)進(jìn)行研究分析，得出巖石巖樣在飽和水狀態(tài)下以及干燥狀態(tài)下的泊松比、單軸抗壓強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角以及彈性模量等力學(xué)性質(zhì)參數(shù)以及巖樣飽和吸水率、飽和密度、自然吸水率、顆粒密度以及干密度物理性質(zhì)參數(shù)，并且通過(guò)分析，得出其具有一定相關(guān)性。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]李軍，陳勉，柳貢慧.巖石力學(xué)性質(zhì)正交各向異性確定方法研究[J].西部探礦工程，2006，18（8）：101-103.
　　[2]孫小康，朱卓慧，徐燕飛.三岔河礦區(qū)礦體巖石物理力學(xué)試驗(yàn)研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2011（5）：40-42.
　　[3]李長(zhǎng)銀.某水電站壩基薄層砂巖物理力學(xué)特性試驗(yàn)研究[J].四川水利，2010，30（2）：45-48.

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