您現(xiàn)在的位置：首頁 > 檢測項目 > 其他檢測

巖石三軸檢測

1對1客服專屬服務(wù)，免費制定檢測方案，15分鐘極速響應(yīng)

可選形式：電子報告紙質(zhì)報告

可選語言：中文報告英文報告

發(fā)布時間：2025-07-29 21:44:16 更新時間：2025-07-28 21:44:16

點擊：0

作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

巖石三軸檢測：評估巖體力學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵試驗

巖石三軸檢測，也稱為三軸壓縮試驗或巖石三軸強度試驗，是巖土工程、地質(zhì)工程、采礦工程及地質(zhì)災(zāi)害防治等領(lǐng)域中一項至關(guān)重要的室內(nèi)巖石力學(xué)試驗方法。其核心在于模擬巖石在地殼深處所處的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)（即受到三個相互垂直方向的主應(yīng)力作用），從而揭示巖石在真實地質(zhì)環(huán)境下的強度特性、變形行為以及破壞機理。相較于單軸壓縮試驗僅施加軸向載荷，三軸試驗通過施加不同的圍壓（Confining Pressure），能夠更真實地反映巖石在約束條件下的力學(xué)響應(yīng)。這項檢測對于評估巖體穩(wěn)定性、預(yù)測礦山巷道或隧道圍巖變形與破壞、設(shè)計大型地下工程支護結(jié)構(gòu)、評價油氣儲層可壓性以及分析地震和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害機理具有不可替代的理論和實踐意義。

主要檢測項目

巖石三軸檢測通常包含以下核心項目：

1. 三軸抗壓強度： 在特定圍壓條件下，巖石試樣所能承受的最大軸向應(yīng)力（偏應(yīng)力峰值）。這是衡量巖石承載能力的核心指標(biāo)。

2. 變形參數(shù)： * 彈性模量： 應(yīng)力-應(yīng)變曲線線性段（通常為卸載-再加載曲線）的斜率，反映巖石抵抗彈性變形的能力。 * 泊松比： 在彈性階段，巖石橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比值，反映巖石在單軸或低圍壓下受載時的橫向膨脹特性。 * 割線模量/切線模量： 在不同應(yīng)力水平下計算的變形模量。

3. 強度參數(shù)： * 內(nèi)聚力： 反映巖石顆粒間或礦物晶體間的聯(lián)結(jié)強度。 * 內(nèi)摩擦角： 反映巖石內(nèi)部抵抗剪切滑動的摩擦特性。通過繪制不同圍壓下的摩爾圓或利用峰值強度數(shù)據(jù)擬合莫爾-庫侖（Mohr-Coulomb）、霍克-布朗（Hoek-Brown）等強度準則獲得。

4. 破壞特征： 觀察和記錄巖石試樣在峰值強度后的破壞模式（如剪切破壞、張裂破壞、塑性流動、劈裂等）。

5. 應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線： 完整記錄巖石從加載到峰值再到殘余強度的整個應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，對于研究巖石的峰后行為和本構(gòu)模型至關(guān)重要。

6. 殘余強度： 巖石試樣經(jīng)歷峰值強度發(fā)生宏觀破壞后，仍能繼續(xù)承受的軸向應(yīng)力水平。

核心檢測儀器

執(zhí)行巖石三軸檢測的核心設(shè)備是 巖石三軸試驗機 (Rock Triaxial Testing System)，其主要組成部分包括：

部件名稱	功能描述
加載框架	提供強大的反力框架，通常由高強度鋼材構(gòu)成，支撐整個試驗系統(tǒng)。
軸向加載系統(tǒng)	通過伺服電機或液壓伺服作動筒對試樣施加精確可控的軸向載荷（位移控制或力控制）。配備高精度力傳感器測量軸向載荷。
圍壓加載系統(tǒng)	核心部分，用于向包裹試樣的壓力室施加并維持恒定的圍壓（通常是靜水壓力）。通常由獨立的高壓油泵或氣壓系統(tǒng)、壓力傳感器和控制閥組成。
三軸壓力室	一個密封的承壓容器，試樣置于其中。通常由高強度合金鋼制成，能承受高圍壓（可達上百兆帕）。室內(nèi)充滿液壓油或氣體作為壓力傳遞介質(zhì)。內(nèi)置通道用于連接圍壓加載系統(tǒng)。
變形測量系統(tǒng)	高精度傳感器（如LVDT線性位移傳感器、應(yīng)變片、引伸計或非接觸式光學(xué)測量系統(tǒng)）用于測量試樣的軸向變形和徑向變形（或體積變化）。
數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)	計算機系統(tǒng)及其軟件，用于設(shè)定試驗流程（加載速率、圍壓值）、實時采集載荷、變形、壓力等信號，并控制整個試驗過程。
試樣封裝裝置	通常為熱縮管（如聚烯烴管）或乳膠/橡膠套筒，將試樣與壓力室內(nèi)的介質(zhì)隔離，同時允許圍壓均勻施加在試樣表面。
孔隙壓力系統(tǒng) (可選)	對于需要模擬飽和巖石或研究孔隙水壓力效應(yīng)的試驗（即固結(jié)不排水/排水試驗），需配備獨立的孔隙水壓加載和測量系統(tǒng)。

標(biāo)準檢測方法

巖石三軸檢測遵循嚴格的標(biāo)準化程序，主要步驟包括：

1. 試樣制備： * 按標(biāo)準要求鉆取、切割、打磨巖石圓柱體試樣。常用尺寸為直徑50mm、高100mm或直徑61.8mm、高150mm（高度/直徑比≈2.0-2.5）。 * 確保試樣兩端面平整、平行且垂直于軸線，側(cè)面光滑無明顯缺陷。測量并記錄試樣精確尺寸。

2. 試樣封裝： * 將試樣放入熱縮管或橡膠套筒中，兩端放置透水石或不透水端帽（取決于試驗類型：排水或不排水）。 * 加熱熱縮管使其緊密包裹試樣，或在套筒兩端用密封圈或扎帶固定密封。確保封裝能有效傳遞圍壓并隔離介質(zhì)。

3. 安裝試樣與傳感器： * 將封裝好的試樣放入三軸壓力室內(nèi)的承壓底座上。 * 安裝軸向和徑向變形傳感器（如LVDT的測量桿需穿過壓力室壁的密封裝置接觸試樣端帽或直接測量套筒變形）。 * 連接孔隙壓力管線（如需要）。

4. 密封壓力室并施加初始圍壓： * 關(guān)閉并密封壓力室。 * 向壓力室內(nèi)注入液壓油（或氣體），緩慢施加一個較小的初始圍壓（通常為0.5-1.0 MPa）以確保試樣與封裝緊密接觸，同時檢查系統(tǒng)密封性。

5. 飽和與固結(jié) (可選)： * 飽和： 對于需要飽和的試驗，在施加圍壓后，向試樣施加反壓（Back Pressure），驅(qū)趕試樣內(nèi)孔隙中的空氣，使其達到飽和狀態(tài)（通過測量B值驗證）。 * 固結(jié)： 在飽和后（或干燥試樣直接施加），將圍壓增至預(yù)定值，并保持足夠時間（通常按排水距離估算），讓孔隙水壓力充分消散（排水試驗）或體積變形穩(wěn)定，使試樣在預(yù)定圍壓下完成固結(jié)。

6. 施加軸向載荷： * 以恒定應(yīng)變速率（或應(yīng)力速率）對試樣施加軸向壓縮載荷。速率的選擇至關(guān)重要，過快可能產(chǎn)生孔隙水壓力或影響強度，過慢則效率低下。標(biāo)準中通常有推薦值（如0.5-1.0 mm/min）。 * 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時同步記錄軸向載荷、軸向位移/應(yīng)變、徑向位移/應(yīng)變（或體積應(yīng)變）、圍壓值、孔隙水壓力（如測量）等數(shù)據(jù)。

7. 試驗進行至破壞： * 持續(xù)加載直至試樣達到峰值強度（應(yīng)力）并發(fā)生明顯破壞。 * 對于需要研究峰后行為的試驗，在位移控制模式下繼續(xù)加載至獲得穩(wěn)定的殘余強度或達到預(yù)設(shè)的軸向應(yīng)變限值。

8. 卸載與拆卸： * 緩慢卸除軸向載荷至零。 * 緩慢卸除圍壓至零。 * 打開壓力室，小心取出破壞后的試樣。

9. 數(shù)據(jù)整理與分析： * 計算應(yīng)力（軸向應(yīng)力=軸向載荷/初始橫截面積；偏應(yīng)力=軸向應(yīng)力 - 圍壓）、應(yīng)變（軸向應(yīng)變、徑向應(yīng)變、體積應(yīng)變）。 * 繪制偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線、體積應(yīng)變-軸向應(yīng)變曲線等。 * 根據(jù)曲線確定峰值強度、殘余強度、彈性模量、泊松比等參數(shù)。 * 結(jié)合不同圍壓下的試驗結(jié)果