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T0206-2024膨胀性试验

1 目的和适用范围
岩石膨胀性试验包括岩石自由膨胀率试验、岩石侧向约束膨胀率试验和岩石体积不变条件下的膨胀压力试验。
岩石自由膨胀率试验适用于遇水不易崩解的岩石，岩石侧向约束膨胀率试验和岩石体积不变条件下的膨胀压力试验适用于各类岩石。
2 仪器设备
(1)切石机、钻石机、磨石机、车床。
(2)测量平台。
(3)自由膨胀率试验仪(图T0206-1)。
(4)侧向约束膨胀率试验仪(图T0206-2)。
(5)膨胀压力试验仪(图T0206-3)。
(6)温度计。
(7)游标卡尺。
3 试件制备与描述
3.1 岩石试样应在现场采取，并保持天然含水状态，严禁采用爆破法取样。试件应满足下列要求：
(1)自由膨胀率试验的试件：圆柱体试件的直径宜为50～60mm,试件高度宜等于直径，两端面应平行；正方体试件的边长宜为50～60mm,各相对面应平行。
(2)侧向约束膨胀率试验的试件应为圆柱体，试件直径宜为50mm,应比金属套环直径略小，差值不大于0.1mm;高度应大于20mm,且应大于岩石矿物最大颗粒的10倍。
(3)体积不变条件下的膨胀压力试验的试件规格和精度应符合本条第(2)款的规定。
3.2 自由膨胀率试验中，每组试验试件的数量不得少于3个；侧向约束膨胀率试验和体积不变条件下的膨胀压力试验中，试件数量视所要求的膨胀方向决定，每个方向试件数量不得少于3个。
3.3 岩石试件应采用干法加工。
3.4 试件描述应符合本规程第3章的有关规定。
4 试验步骤
4.1 自由膨胀率试验应按下列步骤进行；
(1)将试件放入自由膨账率试验仪内，在试件上下分别放置透水板，顶部放置一块金属板。
(2)在试件上部和四侧对称的中心部位分别安装千分表。四侧千分表与试件接触处，宜放置一块薄铜兴
(3)读记千分表读数，每隔10min读记1次，直至3次读数不变。
(4)缓慢地向盛水容器内注入试验用水，直至淹没上部透水板，并立即读数。
(5)在第1h内，每隔10min测读变形1次，以后每隔1h 测读变形1次，直至3次读数差不大于0.001mm为止。浸水后试验时间不应少于48h。
(6)试验过程中，保持水位不变，水温变化不应大于2℃。
(7)试验过程中及试验结束后，详细描述试件的崩解、掉块、表面泥化或软化等现象。
4.2 侧向约束膨胀率试验应按下列步骤进行：
(1)将试件放入内壁涂有凡士林的金属套环内，在试件上下分别放置薄型滤纸和透水板。
(2)顶部放上固定金属载荷块并安装垂直千分表。金属载荷块的质量应能对试件产生5kPa的持续压力。
(3)试验及稳定标准符合本试验第4.1条中第(3)~(6)款的规定。
(4)试验结束后，描述试件表面的泥化和软化现象。
4.3 体积不变条件下的膨胀压力试验按下列步骤进行：
(1)将试件放入内壁涂有凡士林的金属套环内，在试件上下分别放置薄型滤纸和金属透水板。
(2)安装加压系统及量测试件变形的测表。
(3)使仪器各部位和试件在同一轴线上，不得出现偏心载荷。
(4)对试件施加产生0.01MPa压力的载荷，测读试件变形测表读数及测力计读数，每隔10min读数1次，直至3次读数不变。
(5)缓慢地向盛水容器内注入试验用水，直至淹没上部透水板。观测变形测表的变化，当变形量大于0.001mm时，调节所施加的载荷，应保持试件高度在整个试验过程始终不变，并记录测力计读数。
(6)开始时每隔10min读数1次，连续3次读数差小于0.001mm时，改为每1h读数1次；当每1h读数连续3次读数差小于0.001mm时，可认为稳定并记录试验载荷F。浸水后总试验时间不得少于48h。
(7)试验过程中，保持水位不变，水温变化不得大于2℃。
(8)试验结束后，描述试件表面的泥化和软化现象
5 结果整理
5.1 按下列公式计算岩石自由膨胀率、侧向约束膨胀率、膨胀压力：
式中：Vu 一岩石轴向自由膨胀率(%);
V₀—— 岩石径向自由膨胀率(%);
Vp—— 岩石侧向约束膨胀率(%);
P,—— 体积不变条件下的岩石膨胀压力(MPa);
△H——试件轴向变形值(mm);
H—— 试件高度(mm);
△D——试件径向平均变形值(mm);
D—— 试件直径或边长(mm);
△H₁——有侧向约束试件的轴向变形值(mm);
F—— 轴向载荷(N);
A——试件截面积(mm²)。
5.2 岩石轴向自由膨胀率、径向自由膨胀率、侧向约束膨胀率计算结果精确至0.1%岩石膨胀压力计算结果精确至0.001MPa。3个试件平行试验，分别列出每个试件的试验结果，并计算3个试件测试结果的平均值。
5.3 试验记录
内容包括：项目名称、工程名称、取样地点、岩石名称、试验编号、试件编号、试件描述、试件尺寸、温度、试验时间、轴向变形、径向变形、轴向载荷、试验人员、试验日期。
6 报告
内容包括：项目名称、工程名称、取样地点、岩石名称、试件尺寸、试件描述、试验方法、试验成果、试验人员、试验日期。

条文说明

岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。含黏土矿物(如蒙脱石、水云母和高岭石)成分的软质岩石，经水化作用后在黏土矿物的晶格内部或细分散颗粒的周围生成结合水膜，并且在相邻近的颗粒间产生楔劈效应，当楔劈效应作用力大于结构联结力时，岩石显示膨胀性。一般用膨胀率和膨胀力指标表示岩石膨胀性大小。岩石自由膨胀率是岩石试件在浸水后产生的径向和轴向变形分别与试件直径和高度之比，以百分数表示。岩石侧向约束膨胀率是岩石试件在有侧限条件下，轴向受有限载荷时，浸水后产生的轴向变形与试件原高度之比，以百分数表示。岩石膨胀压力是岩石试件浸水后保持原形或体积不变所需的压力。
3.1 岩石结构对手测定其膨胀性质有着重要影响，因而要使用原状岩石样品来进行试验。
4.2_试验过程中需要注意，侧向约束膨胀率试验仪中的金属套环高度需要大于试件高度与两块透水板厚度之和。否则金属套环高度不够，容易引起试件浸水饱和后出现三向变形。岩石膨胀压力试验中为使试件变形始终不变，载荷调节要随时跟进：采用杠杆式加压系统，则随时调整法码重量；采用螺杆式加压系统，则随时调整测力钢环或压力传感器的读数。
4.3 膨胀压力试验仪要进行各级压力下仪器自身变形的测定，并在加压时扣除仪器变形，使试件变形始终为零。
5.2 鉴于岩石一般为非均质体，并受节理、层面、裂隙等结构面的影响，不可能使同组岩石试件的每个试验结果都一致。在试验结果中，列出每一试件的试验值，同时求出平均值。

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