第三节　岩石三轴压缩试验

一、试验及数据分析方法

岩石三轴压缩强度试验是测定一组岩石试件在不同围压条件下的三向压缩强度，据此计算岩石在三轴压缩条件下的强度参数。

1．试验仪器

三轴压缩试验是在TAW－2000微机控制岩石伺服三轴压力试验机上完成，如图2－2－4所示。该试验机可以在不同围压下，测量岩石的弹性参数；进行全应力—应变试验，获得峰值强度和残余强度；在不同水压下，测量岩石（体）的强度变化及渗透特性；在－50～200℃范围内，测量温度对岩体力学性质的影响。

试验数据采集软件在WINDOWS环境下运行，可以同时显示试验力、位移、变形（轴向、径向）、围压、控制方式、加载速率等多种试验和测量参数以及多种试验曲线。

图2－2－4　TAW－2000微机控制岩石伺服三轴压力试验机

2．试验步骤

本次试验采用等围压条件下的三轴压缩试验，即常规三轴试验（σ2＝σ3）。每组岩石试样不少于3个，进行弹性模量、黏聚力及摩擦角的测量与计算。根据取样点的埋藏深度，岩石试验围压选定在1～5MPa之间。为了避免油液渗入试件而影响试验成果，在试件外部套一层热缩管，达到防油的作用。

试验中，先对岩石试样加围压，围压加载速率为0．05MPa，待围压加至预定值后，再施加轴向压力。采用轴向变形控制，轴向变形加载速率为0．01mm/min，直至试样破坏，得出试件破坏整个过程的全应力－应变曲线。

3．力学参数求取与分析方法

根据每组试样的极限轴向应力σ1与围压σ3，在σ1－σ3坐标中利用最小二乘法可以绘出σ1和σ3的最佳关系曲线。采用下列公式，计算抗剪断强度指标c值和φ角。

二、试验结果与分析

根据试验结果对数据进行处理，输水隧洞主要地层的室内三轴压缩试验成果见表2－2－3。

据三轴压缩试验成果，综合岩石的单轴抗压强度，在围压为1MPa时，白垩系泥岩的峰值强度与单轴抗压强度相比并没有明显的提高；当围压为3MPa时，湿状态下的岩样峰值强度较围压为1MPa时提高了70%左右、天然状态下的岩样峰值强度较围压为1MPa时大部分提高了30%左右；当围压为5MPa时，湿状态下的岩样峰值强度较围压为1MPa时提高了120%～140%、天然状态下的岩样峰值强度较围压为1MPa时大部分提高了60%～100%。总体而言，三轴试验峰值抗压强度具有随围压的增加而增加的特点，但是增加的幅度不大。

表2－2－3　岩石三轴试验成果汇总

注　峰值强度和弹性模量的最小值和最大值代表量值最小的组和最大的组，平均值是按全部数据混合统计。