T／CSRME 001-2019  岩石动力特性试验规程

在整理同组岩样测试数据时，应给出每一个岩样的测值，计算 值应取三位有效数字。

岩样声速测试记录表如表A.1所示。岩样测试成果应给出纵 波波速、横波波速、典型的波形图

本方法主要测试仪器为施密特锤（SchmidtHammer，SH）和 用于数据修正的钢砧。其中，钢砧的硬度应与所用施密特锤冲头 的硬度一致，常为布氏硬度500或者洛氏硬度52C的钢铁材料 制成

车库设计规范和图纸8.2.1用于岩石硬度测定的施密特锤的分类

根据冲击能量的大小和适用范围，用于岩石硬度测定的施密 等锤主要分为L型和N型两种。两种类型施密特锤的使用特点 及适用范围如表1所示。

8.2.2施密特锤使用要求

施密特锤的使用应符合下列的要求： ）水平弹击时，弹击锤脱钩的瞬间，要求施密特锤的标准能

量为L型：0.735J和N型：2.207J。 b 弹击锤与弹击杆碰撞的瞬间，弹击拉簧应处于自由状态。 此时弹击锤起跳点应相应于指针指示刻度尺上“0”处。 C 施密特锤使用时的环境温度应为一4℃～40℃。 d 施密特锤在检测前后，应在钢砧上作率定试验。施密特 锤率定试验宜在干燥、室温为5℃～35℃的条件下进行。 率定时，钢砧应稳固地平放在刚度大的物体上。测定回 弹值时，取连续向下弹击3次的稳定回弹平均值。弹击 杆应分4次旋转，每次旋转宜为90°。弹击杆每旋转一次 的率定平均值偏差不应超过2，其中L型率定值为74土 2；N型率定值为80土2。否则说明内置弹簧的刚度下 降，需要进行更换。若检测条件有限，不能及时更换弹 簧，所测硬度值应乘以修正系数。修正系数应按式（4） 计算：

式中： 7 修正系数，精确到0.01； Rsv 钢砧的标准回弹值，精确到1； R 钢砧的第i次冲击的读数，精确到1

8.2.3施密特锤检定要求

8.3.1试样采集要求

施密特锤具有下列情况条件之一时，应送至检定单位检定： a) 新施密特锤启用前； b 超过检定有效期限（有效期为半年）； C) 累计弹击次数超过6000次； d) 经常规保养后钢砧率定值不合格； e 遭受严重撞击或其他损害。

用于实验室硬度测试的试样可采用圆柱体或块状试样，试样 应完整、无明显影响受力均匀性的缺陷，并应符合TheISRMSug gested Methods for Rock Characterization,Testing and Monito ring：2007—2014的要求。

8.3.2试样加工要求

a）试样的测试面，尤其是冲头冲击的位置应清洁平整，不宜 有灰尘和其他颗粒。 b) 当采用L型施密特锤进行测试时，圆柱型试样直径应不 小于50mm；当采用N型施密特锤进行测试时，圆柱体直 径应不小于84mm。 C 试样制备与加工要求应符合6.1、6.2和8.3.1的规定。对 于块状试样，试样两端面不平行度应不大于0.05mm；试 样上、下端面对于轴线垂直度偏差应不大于0.25°。且要 求测试点处厚度应不小于100mm

试样描述应符合7.3.2的规定

试样描述应符合7.3.2的规定

8.4试验步骤与要求

a）试验前应保证测试面清洁平整，不应有灰尘和其他颗粒。 必要时，应对岩石测试面进行处理：硬岩的粗糙表面，可 用中粒度的磨石进行打磨；软岩宜用细砂纸对试样表面 进行打磨；不可残留打磨后的粉末或碎屑。 b 实验室测试中，试样应放置在钢制基座上，当采用L型施 密特锤进行测试时，基座质量应不小于20kg；当采用N 型施密特锤进行测试时，基座质量应不小于40kg。试验 中，钢制基座应固定在平坦牢固的地面上。若采用圆柱 体试样进行测试，基座应预制拱形开槽或60°V型开槽 （见图2），以保证圆柱试样充分固定。 检测时，施密特锤的轴线应始终垂直于检测面，角度偏差 不能超过5°。且应缓慢施压，准确读数，快速复位

d）若采用圆柱体试样进行测试，应沿着柱轴进行测试，且测 试点位置离试样边缘至少有一个半径的距离；若采用块 状试样进行测试，测点宜选在试样的两个对称可测面上 也可选在一个可测面上。 测点宜在测区范围内均匀分布，相邻两测点的净距不宜 小于20mm。同一测点只应弹击一次。每一试样应记取 不少于20个回弹值，每一测点的回弹值读数估读至1

图2钢制基座与圆柱体试样横截面示意图

计算岩石试样的平均回弹值，应从测试的20个回弹值中剔除 5个最大值和5个最小值，余下的10个回弹值应按式（5)计算：

式中： 试样的平均回弹值，精确到0.01；

Ra 试样的平均回弹值，精确到0.01；

8.5.2岩石强度计算

岩石试样的强度换算值，应按式（5）所求得的平均回弹值 （R）后按式（6）、式（7）计算： 当采用L型施密特锤进行测试时：

式中： o 岩石的单轴抗压强度，单位为兆帕（MPa），精确到 0.01; Rav.L 用L型施密特锤测定的试样的平均回弹值，精确到 0.01; 用N型施密特锤测定的试样的平均回弹值，精确到 0.01

氏中： 6 岩石的单轴抗压强度，单位为兆帕（MPa），精确到 0.01; Rav.L 用L型施密特锤测定的试样的平均回弹值，精确到 0.01; 用N型施密特锤测定的试样的平均回弹值，精确到 0.01

8.5.3岩石弹性模量计算

岩石试样的切线弹性模量换算值，应按式（5)所求得的平均回 弹值（R）后按下式（8）、式（9)计算： 当采用L型施密特锤进行测试时：

o.1.4459eo.0706km

0,=1.4459ec.0706R

当采用N型施密特锤进行测定时：

.=0.9165e0.0669Rav.N

E.=1.0405e0.058Raw.

当采用N型施密特锤进行测定时：

E=0.7225e0.0548Ra.n

岩石的切线弹性模量，单位为吉帕（GPa），精确到 0.01GPa

E,一一岩石的切线弹性模量，单位为吉帕（GPa），精确到 0.01GPa

施密特锤试验记录表见表A.2

9.2.1试验加载设备

试验采用动载试验机进行，动载试验机除应满足一般材料试 验机的要求外，其最快加载速度应不小于500mm/s，并应具有基 本恒定的加载速度，加载速度可根据需要进行调节。试验机应有 个压头的底座为球形座，承压板的平面度公差应不大于 0.04mm，表面硬度应不低于HRC55

9.2.2测量仪器与记录设备

本试验中使用的测量仪器设备应满足以下要求： a 载荷传感器：测量精度应不低于土0.5%FS，响应频率应 不低于1kHz。载荷传感器宜在满量程的20%～80%之 间使用，并能牢固地固定在动载试验机的压头上。 b）动态应变仪：应具有电桥设置，能与应变片组成惠斯通电 桥，应具有低通高频信号放大器，响应频率应不小 于100kHz。 瞬态数据采集仪：最高采样频率应不小于100kHz，记录 长度应不小于200ms，所有通道应能同步并行采集，模/

9.3.1试样尺寸与精度

9.3.2试样制备要求

制备出的试样应完整、无影响受力均匀性的缺陷，相同状态的 同组试样数量应不少于3个。

试样描述应包括岩石名称、颜色、矿物成分、风化程度、取样方 向、含水状态以及试样加工过程中出现的缺损

9.4.1动态抗压试验

数转换分辨率应不低于10bit，宜采用12bit以上，应具有 可靠的触发记录能力。 所用仪器设备应按有关规定校准或检定合格，并在有效 期内方可使用

9.3试样制备与要求

本试验中试样制备应符合6.2的规定。

本试验中试样的尺寸与精度应满足以下要求： a 试样宜采用圆柱体，直径为50mm土2mm；动态抗压试验 试样的高径比宜为2.0，动态劈裂抗拉试验试样的高径比 宜为0.5~1.0。 b） 试样两端面不平行度应不大于0.05mm。 试样上、下端直径偏差应不大于0.3mm。 d 试样上、下端面对于轴线垂直度偏差应不大于0.25°

动态抗压试验应按以下步骤进行： a）试验前应在试样上粘贴应变片，应变片应粘贴在试样高 度方向的中部，在试样侧面与中心对称的两个区域，分别 粘贴一对纵向应变片和一对横向应变片。 b 进行动态单轴抗压试验时，宜对试样施加预压，预压载荷 约为岩石极限强度的15%。施加预压后，测读试样两边

的纵向应变值，如果两个应变值之差与它们平均值之比 大于30%，应重新对中试样后再进行预压，如果无法使 其减少到低于30%时，则此试样应废弃。预压完毕后卸 除载荷，重新对测量仪器进行预调平衡。然后，对试样施 加约1MPa的接触压力，使试样与试验机承压板紧密贴 合。试样周围应设防崩裂网罩等安全设施， 进行动态三轴抗压试验时，同步施加侧压力和轴向压力 至预定的侧压力值，并保持侧压力在试验过程中不变。 d) 在瞬态数据采集仪中设置合理的数据采样频率，应保证 试样从开始加载到峰值载荷的时间内至少采集100个数 据点。设置合理的数据采集触发条件和结束条件，应保 证记录完整的加载过程。设置完毕后执行触发采样程 序，使瞬态数据采集仪处于等待触发的状态。 设置动载试验机的加载速度，启动加载程序完成加载。 检查试样破坏情况，对破坏后的试样进行描述或摄影，动 态三轴抗压试验时，当试样有完整破裂面时，应测量破裂 面与试样轴线之间的夹角。 g 保存试验数据，清理试样碎块，将试验机恢复到初始 状态。

9.4.2动态劈裂抗拉试验

动态劈裂抗拉试验按以下试验步骤进行： a）试验前应在试样上粘贴应变片，应变片栅长应不大于试 样直径的1/5，宜选择栅长等于试样直径1/10的应变片。 在试样端面绘制相互垂直的两条直径线，在一条直径线 的两端沿试样侧面分别绘制与轴线平行的加载基线，另 外一条直径线为应变片的粘贴方向，应变片应粘贴在试 样端面的圆心处，应变片的中心与圆心重合。 b 试样的加载基线应与试验机承压板贴合，可根据 GB/T50266的规定在试样与承压板之间增加垫条。 对试样施加0.1kN～0.5kN的接触压力，使试样与试验机

9.5.1动态抗压强度

根据动态抗压试验得到的试验数据，绘制纵向应变与时间关 系曲线和载荷与时间关系曲线，试样纵向应变为两个应变片测值 的算术平均值。 a）压缩应变率按式（10)计算

承压板紧密贴合。试样周围应设防崩裂网罩。 d）其余试验步骤应符合9.4.1的规定。试样的破坏面应通 过两条加载基线确定的平面，否则应视为无效试样

式中： R() 应变率为。时试样的动态抗压强度，单位为兆帕 (MPa); Pm 载荷与时间关系曲线中载荷的最大值，单位为牛 顿（N）； 试样的初始承压面积，单位为平方毫米（mm）

9.5.2动态弹性模量与泊松比

根据抗压试验得到的试验数据，绘制纵向应变与时间关系曲 线、压缩应力与纵向应变关系曲线和横向应变与纵向应变关系曲 线。试样纵向应变和横向应变分别为两个纵向应变片测值的算术 平均值和两个横向应变片测值的算术平均值。 a）试样压缩应力按式（12）计算：

式中： 一试样的压缩应力，单位为兆帕（MPa)； 试样的载荷，单位为牛顿（N）。 压缩应变率的计算应符合9.5.1的规定。 应变率为ε。时的弹性模量与泊松比按式（13）、式（14） 计算：

割线弹性模量计算结果应取三位有效数字，岩石泊松比计算 结果精确至0.01。

应变率为。时的割线弹性模量与岩石泊松比按 式（16）计算：

uso(e.)=Edso E I5(

Eso（e)一一应变率为=。时的割线弹性模量，单位为兆帕 (MPa); 050 相当于抗压强度50%时的压缩应力值，单位为 兆帕（MPa）； 150 压缩应力为5o时的纵向应变值； A5o() 应变率为E。时的岩石泊松比； Ed50 纵向应变为150时的横向应变值

图3动态弹性模量确定方法

图3动态弹性模量确定方法

9.5.3动态劈裂抗拉强度

根据裂抗拉试验得到的试验数据，绘制拉伸应变与时间关 系曲线和载荷与时间关系曲线， a）拉伸应变率按式（17）计算

式中： R, (e.) 应变率为，时的劈裂抗拉强度，单位为兆帕 (MPa) ; Pm 载荷与时间关系曲线中载荷的最大值，单位为牛 顿（N）； 试样的直径，单位为毫米（mm）； O L 试样的高度，单位为毫米（mm）。

9.6.1记录格式与要求

试验记录一般应包括以下内容：试样编号、试样尺寸与精度、 试样描述、破坏形态、破坏载荷、试验人员和日期、试验仪器设备名 称和型号、试验室温度等。

试验成果记录表见表A.3。

岩石动态单轴抗压和动态劈裂抗拉试验在常规SHPB试验机 上进行，岩石动态三轴抗压、动静组合抗压与抗拉试验在动静组合 加载试验机上进行。

10.2.1试验加载设备

10岩石霍普金森杆试验

10.2主要仪器设备

a 岩石SHPB试验系统应由冲头、入射杆、透射杆、吸收杆、 气炮、测速仪和数据采集单元组成。弹性杆及冲头应由 高强度的钢材组成。 b) 杆的直径不宜小于50mm。入射杆和透射杆的长度应 于杆直径的30倍。 C 试样应放置在入射杆和透射杆中间，通过冲头撞击人射 杆产生人射波（e），人射波与试样作用产生反射波（eR） 和透射波（T）。 试验信号应由对径粘贴于入射杆和透射杆中间的应变片 获取：应变片栅长应不大于2mm。

e）加载脉冲的持续时间宜通过改变冲头的长度来实现。

10.3试样制备与要求

试样宜为圆柱体，试样高径比宜为0.5～1.0。含大颗粒 结晶的岩样直径或边长应大于最大颗粒尺寸的10倍，并应 符合GB/T 50266的要求。

）试样直径应略小于杆的直径。 b）试样两端面不平整度误差为土0.05mm。

10.3.3试样素描和特征描述

试样素描和特征描述以明显特征优先为原则，并应包括下列 内容： a) 岩样名称、颜色、矿物成分、最大颗粒直径（外观）、结构 风化程度、胶结物性质等。 岩样内层理、节理、裂纹分布及与加载方向的关系。 c） 岩样加工质量，有无缺损现象。 d）其他应描述的内容

10.4.1动态单轴抗压试验

g）描述试样破坏后的形态及特征，回收碎块。

端面应垂直于试样轴线，允许误差为士0.25° 同组试样数量应不少于3个

a 试验前应对SHPB系统进行校正，检查入射杆、透射杆和 吸收杆是否水平对齐；必要时在未加载试样前提下进行 空冲，应无反射波出现，确认系统可靠； b） 采用动态标定法或应变仪系统自带标定装置对系统进行 标定，标定系统电信号与应力信号之间的比例关系参见 条文说明10.5； C） 将润滑剂均匀的涂在圆柱体试样两端减小摩擦，放入入 射杆和透射杆之间，保证试样两个圆形端面与杆件端面 紧密接触； d) 检查数据采集系统，使其处于等待触发状态； e) 根据设定的冲击速度，调整好冲击气压，发射冲头； 检查试验波形，存储数据：

a 试验前应对SHPB系统进行校正，检查入射杆、透射杆和 吸收杆是否水平对齐；必要时在未加载试样前提下进行 空冲，应无反射波出现，确认系统可靠； b 采用动态标定法或应变仪系统自带标定装置对系统进行 标定，标定系统电信号与应力信号之间的比例关系参见 条文说明10.5； C） 将润滑剂均匀的涂在圆柱体试样两端减小摩擦，放入入 射杆和透射杆之间，保证试样两个圆形端面与杆件端面 紧密接触； d) 检查数据采集系统，使其处于等待触发状态； e) 根据设定的冲击速度，调整好冲击气压，发射冲头； f) 检查试验波形，存储数据；

其放置在入射杆和透射杆之间，使得涂抹了润滑剂的 试样两侧壁与杆件端面紧密接触。加载方式参见条文说

明10.4.2。 b 其余试验步骤应符合10.4.1的规定。 0.4.3 动态三轴抗压试验 a 岩石动态三轴抗压试验在岩石动静组合加载试验机上进 行，试验系统情况参见条文说明10.4.3。 b） 将围压装置组合安装完毕并放于人射杆和透射杆之间。 将润滑剂均匀的涂在试样两端，轻轻推入胶套内（胶套长 度应大于试样长度），调整入射杆、透射杆使试样紧密夹在 两杆之间。试验开始时，首先以0.05MPa/s左右的加载速 率施加围压，加至预定压力值，然后进行冲击试验。 其余试验步骤应符合10.4.1的规定。

10.4.4动静组合加载下岩石抗压试验

一维动静组合抗压试验需要在试样轴向施加一定静压后 进行冲击；三维动静组合抗压试验需要在试样轴向和径 向同时施加一定静压后进行冲击（轴向静压和径向静压 可不同）。进行试验前，最大轴压和围压宜根据工程需 要、岩石特性及试验机稳定性能选定。 b）其余试验步骤应符合10.4.1的规定

0.4.5动静组合加载下岩石劈裂抗拉试验

定，对试样施加一定静压后进行冲击；进行试验前，施加 的静压宜根据工程需要、岩石特性及试验机稳定性能 选定。 b）其余试验步骤应符合10.4.1的规定

在岩右SHPB试验中，每次冲击试验完成后应进行数据处理， 参见附录B和条文说明10.5

10.5.1动态单轴抗压强度

利用下式求得试样的平均应力、应变和应变率随时间的变化，

绘制相应曲线；根据同一时间下的岩石应力与应变值，获得应力应 变曲线。当试样产生破坏时，应力峰值点即为动态抗压强度。取 岩石应力峰值点应变率作为动态抗压试验中的平均应变率。

10.5.2动态劈裂拉伸强度

.（t）—试样中心承受的拉应力，单位为兆帕（MPa） P(t)——试样整体承受的载荷，单位为牛顿(N)

L。一岩样的长度，单位为毫米（mm）； D一一岩样的直径，单位为毫米（mm）； A。一弹性杆的截面积，单位为平方毫米（mm"） 计算结果应取三位有效数字

10.5.3动态三轴抗压强度

动静组合抗压强度和应变率的计算方法

[0.6.1记录格式与要求

试验记录一般应包括以下内容：试样编号、试样尺寸与精度、 试样描述、破坏形态、破坏载荷、试验人员和日期、试验仪器设备名 称和型号、试验室温度等。

10.6.2成果与图表

试验成果记录表如表A.4～表A.7所示

11.2.1试验系统组成

本方法采用基于电磁感应原理的粒子速度测试系统，包括爆 炸源、粒子速度计、产生脉冲磁场的螺线管（或亥姆霍兹线圈）及脉 冲电源、同步触发控制器和记录仪器

11.2.2试验装置主要参数指标

a）螺线管（或亥姆霍兹线圈）可容纳岩样尺寸应不小于 Φ250mmX250mm。 b) 脉冲磁场磁感应强度峰值应不小于1000Gs，在1ms时 间内相对变化应不大于1%。 脉冲磁场磁感应强度峰值重复性误差应不大于2%。 d) 雷管起爆时间延时误差应不大于20us。 同步触发控制器的精度应优于10us。

11.2.3测量仪器与记录设备

11岩石爆炸加载试验（粒子速度法）

数字式特斯拉计：量程0T～0.3T0Gs～3000Gs），分辨率 0.1Gs，测量精度士0.2%FS，采样频率应不低于200Hz。 数学示波器（或瞬态数据采集仪）：通道数应不少于 16路，单通道采样频率应不低于100MHz，通道采样记 录长度应不小于200Mb，分辨率应不低于12bit。

所用仪器设备应按有关规定校准或检定合格， 期内方可使用

漆包线标准11.2.4试验附属设备

a 对合粘接样品用的压力机或加压装置，压力应不小于 200kN，可长时间保压，工作台面直径应大于400mm、空 间高度应大于500mm。 b） 烘热样品用的恒温箱或加热保温装置，最高温度应不小 于60℃，温度连续可调（精度1℃），内部空间应不小于 400mmX400mmX500mm（宽X深×高）。 C 安装样品用的吊装设备（手动或电动葫芦均可），起吊重 力不小于10kN。 d 安装样品用的对心定位工装等，应依具体情况选用，必要 时应专门设计加工

11.3荷载设计与爆源制作

11.3荷载设计与爆源制作

燃气标准规范范本炸药源应满足以下3个主要条件： a）炸药应为球形。 b）中心起爆激发的冲击波具有良好的球形度。 炸药爆炸的能量输出具有良好的重复性

11.3.2爆炸源制作

对于当量0.1g～5gTNT的球形炸药，推荐采用平均粒度约 10μm、最大粒度不大于20μm的超细泰安（PETN)粉制作，用外径 不大于1mm的柔性导爆索（线装药量0.2g/m~0.5g/m）从中心起 爆。炸药球分为散装和压装两种，其结构和参数见图4和图5所 示，实物照片见图6。 对于当量8gTNT～30gTNT的球形炸药，宜采用以下两种制 作方法。 a）第一种方法是采用类似图5和图6b)所示的压装炸药球 炸药宜采用泰安。