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摘要：隨著工程建設(shè)的快速發(fā)展，很多估測巖石強度的測試方法開始被運用，其中巖石回彈試驗具有易操作、時間短、可攜帶、費用低、可靠性高等優(yōu)點，被廣泛的投入到科學(xué)研究之中。巖石回彈試驗用于估測巖石強度，對于特殊環(huán)境復(fù)雜地形巖土工程質(zhì)量的綜合評價具有重要的意義，是巖石力學(xué)試驗重點探究的方向。分析了當(dāng)前巖石強度的回彈測試研究面臨的一些問題。

關(guān)鍵詞：巖土工程；巖石回彈法試驗；現(xiàn)狀分析

回彈儀發(fā)明于瑞士的施密特，具有便攜、簡單、成本低等優(yōu)點，起初用來快速檢測混凝土強度，關(guān)于巖石回彈試驗的開展，自20世紀(jì)60年代初開始漸漸普及。巖石回彈的快速發(fā)展，對于巖土工程的建設(shè)開發(fā)以及巖石力學(xué)的科學(xué)研究都具有重大的意義。通過對巖石回彈試驗估測巖石強度的現(xiàn)狀分析，巖石回彈試驗也存在一些問題，這些問題的解決對巖土工程建設(shè)的質(zhì)量問題的檢測有著重要的影響。

1巖石強度的回彈測試研究現(xiàn)狀

巖石的種類繁多，不同巖石的致密性和硬度等方面都存在著差異性。利用回彈儀測量巖石回強度，需要從不同型號的回彈儀中選出合適的測量儀器，不同回彈儀標(biāo)稱動能不同，有的適合體積較大的試驗試樣，有的適合體積小的試驗試樣，另外能量大的回彈儀對硬度小的巖石試樣可能存在損害現(xiàn)象，影響檢測強度的準(zhǔn)確性。導(dǎo)致巖石強度的檢測的影響因素主要包括環(huán)境因素和人為因素，比如巖石試樣的含水率、風(fēng)化程度及致密性等，含水率或風(fēng)化程度越高，回彈測得巖石強度就越低，致密性越高，檢測的強度越大。其次是巖石回彈試驗時人為操作不規(guī)范導(dǎo)致，比如巖石回彈試驗時，彈擊桿要與試樣表面垂直，巖石測量時應(yīng)放在剛性底座上，不然會影響測量結(jié)果。巖石回彈測試方法的差異性也是一個重要的問題，例如，混凝土測量要求是16個點，而巖石的回彈次數(shù)，根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)可知，有測量10個、15個點的居多，并且不同機構(gòu)巖石回彈值的計算方法也存在差異，不同的測試方案以及計算方法對于試驗的結(jié)果存在著一些影響。巖石回彈與巖石力學(xué)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系換算也存在著不足之處，巖石試樣的種類差別較大，不同的換算關(guān)系可能存在著一些差異，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方案，對于巖石強度的測量結(jié)果可能不是很準(zhǔn)確。

2巖石強度的回彈測試研究應(yīng)用分析

2.1不同型號回彈儀的差異性。回彈儀根據(jù)標(biāo)稱能量分為輕型回彈儀、中型回彈儀、中重型回彈儀和重型回彈儀，目前實驗室常用的是輕型回彈儀和中型回彈儀，兩種回彈儀能量有一定的差別，選擇合適的回彈儀對于巖石的質(zhì)量評價具有一定的保障，巖石的種類很好，有的巖石硬度較大，有的硬度極小，能量大的回彈儀適合體積大、硬度高的巖石，能量小的回彈儀適合體積小、硬度低的巖石試樣，根據(jù)研究巖石試樣的不同，合理的選擇適宜的回彈儀，對于巖石強度的估測的準(zhǔn)確度具有一定的可靠性。另外，回彈儀也要滿足試驗標(biāo)準(zhǔn)，在洛氏硬度為一定值的鋼砧上的率定值應(yīng)滿足要求，否則回彈儀不具備實驗室測量的標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行檢修。2.2控制好試驗過程中的不利因素。巖石回彈試驗存在的影響因素主要包括環(huán)境因素和人為因素，環(huán)境因素包括含水率、風(fēng)化程度等因素，根據(jù)試驗開展的要求進(jìn)行分析，有些試驗需要在巖石干燥的狀態(tài)下進(jìn)行，有些是在巖石含水飽和的狀態(tài)下進(jìn)行，實驗過程中應(yīng)該控制好巖石的含水率，否則影響試驗結(jié)果，對于巖石風(fēng)化程度的影響，根據(jù)自身試驗的要求，盡可能的排除實驗過程中不利因素的影響，對于試驗結(jié)果的可靠性具有重要的意義。人為因素主要包括試樣的人為損壞，進(jìn)行巖石回彈試驗時，操作不規(guī)范導(dǎo)致，對巖石試樣的取放應(yīng)當(dāng)合理，盡量輕拿輕放，放置巖石破損或者出現(xiàn)內(nèi)部裂紋等情況，肉眼可能難檢測這種問題，將會影響試驗的測量結(jié)果，在進(jìn)行巖石回彈試驗時，根據(jù)待測巖石的表面特性，主要有平面和曲面兩種類別，回彈儀的彈擊桿應(yīng)當(dāng)與待測試樣表面垂直，否則會導(dǎo)致回彈的結(jié)果不準(zhǔn)確，存在一定的偏差。這部分因素主要包括準(zhǔn)備工作和試驗開展階段，對各個環(huán)節(jié)做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，確保試驗的開展的順利性和準(zhǔn)確性。2.3巖石回彈試驗的測試方法。巖石回彈試驗的測試方法根據(jù)巖石的形狀、尺寸、以及硬度等級不同而存在著差異，對于標(biāo)準(zhǔn)實驗室試樣體積較小，若待測巖石的硬度等級較低，則不適合采用同一測點連續(xù)撞擊的方法，對巖石的損害較大，可能會使得巖石產(chǎn)生微細(xì)裂紋或者崩壞，影響試驗的順利進(jìn)行。巖石試樣上測點的劃分也存在著差異，根據(jù)巖石試樣的形狀尺寸，圓柱體試樣有的在上下地面進(jìn)行回彈試驗、有的在側(cè)面進(jìn)行回彈試驗，測區(qū)分布的情況不同，測點根據(jù)測區(qū)的不同而存在差異，對于長方體的待測巖石試樣，試驗過程相對簡單，測點測區(qū)均分布在各個面上，例如混凝土的測區(qū)分布情況。對于測點的數(shù)量，國際上主要有回彈10次、回彈15次和回彈20次，混凝土規(guī)范則是回彈16次，根據(jù)待測試樣的種類存在差異性，回彈次數(shù)應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步考慮。對于巖石回彈值的計算方法，混凝土采用的計算方法是回彈16次，去掉3個最大值和3個最小值，剩余的回彈值求平均數(shù)為巖石回彈值，而國際巖石力學(xué)研究學(xué)對于巖石的研究采用的方法是某個測區(qū)內(nèi)記錄20個回彈值，每兩個回彈點間距不小于彈擊桿直徑，然后取10個較大值平均值為回彈值，美國材料與實驗協(xié)會采用的方法是某個測區(qū)內(nèi)記錄10個回彈值，每兩個回彈點間距不小于彈擊桿直徑，然后取10個值的平均值，對于10個數(shù)據(jù)中若有數(shù)據(jù)比平均值大7個點便舍去，然后對剩下的值求平均值為回彈值，美國墾務(wù)局采用的計算方法是在每個表面不同位置記錄10個回彈值，去掉五個最低值然后取平均值為回彈值，還有其他學(xué)者或者權(quán)威機構(gòu)采用的計算方法，這些計算方法存在著差異性，試驗的開展需要驗證這些方法的可行性。對于巖石回彈試驗的測試方法，主要包括彈擊桿撞擊次數(shù)、測區(qū)劃分、以及計算方法等，試驗的開展應(yīng)當(dāng)將這些方面進(jìn)行綜合考慮，確保試驗的可靠性。2.4巖石回彈試驗相關(guān)擬合曲線。巖石回彈主要測量巖石的強度，對于一些常見的巖石力學(xué)基本參數(shù)，包括單軸抗壓強度值、點荷載等之間的經(jīng)驗關(guān)系確立，對于巖石力學(xué)的研究具有重要的意義。自回彈儀用于檢測巖石強度以來，眾多學(xué)者均具有一定的研究成果，國外學(xué)者首先提出了巖石回彈和巖石的抗壓強度相關(guān)具有相關(guān)性，之后部分學(xué)者對巖石回彈值與楊氏模量的相關(guān)性進(jìn)行研究，證明了兩者具有很高的相關(guān)系數(shù)，部分學(xué)者利用施密特數(shù)計算無側(cè)限抗壓強度的經(jīng)驗公式，并驗證了它的可行性，對于巖石回彈值與其他巖石指標(biāo)性質(zhì)之間的相關(guān)性的分析研究的到了很好的開展，后來也有學(xué)者對回彈數(shù)與沖擊強度指數(shù)、耐久性指數(shù)和p波速的關(guān)系研究進(jìn)行了分析，并驗證了其可靠性，對巖石回彈值和點荷載之間的關(guān)系研究，并擬合經(jīng)驗公式曲線，驗證試驗的可靠性。國內(nèi)部分學(xué)者采用數(shù)理統(tǒng)計方法和灰色系統(tǒng)理論關(guān)聯(lián)度分析法對巖石回彈試驗得到的數(shù)據(jù)分布特征進(jìn)行了分析，并結(jié)合工程實踐對巖石鉆速進(jìn)行可分析，證實了回彈值與巖石鉆速有著良好的關(guān)系。后來部分學(xué)者研究了并得出了用回彈值與巖石完整性系數(shù)來評價巖石質(zhì)量的關(guān)系公式，并驗證了其可靠性。部分學(xué)者采用采用聲波-回彈綜合法對巖石缺陷進(jìn)行檢測，證實了該方法具有可行性，且測試方便、快速，對試樣無損傷，得到較為可靠的測強曲線。對于巖石回彈值與單軸抗壓強度值的經(jīng)驗公式主要有線性關(guān)系、指數(shù)關(guān)系兩種類別，試驗過程中巖石種類的差異性是導(dǎo)致結(jié)果不同的主要因素之一。

3結(jié)論

利用巖石回彈試驗測試方法來估算巖石的強度值對于巖土工程的科學(xué)研究具有重要意義。巖石回彈試驗的開展包含眾多環(huán)節(jié)，包括巖石試樣種類的選取與加工、巖石回彈測試方法的制定、試驗數(shù)據(jù)分析方法等，每一環(huán)節(jié)得到的試驗結(jié)論都應(yīng)當(dāng)多角度的進(jìn)行分析和驗證。巖石試驗過程中不利因素的影響較多，試驗的開展盡量避免這些因素的影響，對于試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性具有一定的實際意義。試驗根據(jù)自身研究試樣的特性，選擇合適的回彈儀是試驗進(jìn)行順利的基礎(chǔ)，另外要根據(jù)試樣的尺寸特點，制定合適的測試方法，確保測得結(jié)果離散型低，回彈值可靠的優(yōu)點。巖石回彈試驗的開展，我們?nèi)孕枰贫ǜ由钊?、更加完善的方案去開展研究。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，用于巖石強度估測的新工具、新技術(shù)和新方法將會被采用，巖石強度的估測也將更加準(zhǔn)確可靠，科學(xué)的創(chuàng)新與進(jìn)步將會推動巖土工程建設(shè)的飛速發(fā)展。

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作者:王凱笛 單位:合肥工業(yè)大學(xué)