饱和方法对岩石单轴饱和抗压强

范文一：饱和方法对岩石单轴饱和抗压强度影响的实验研究

( ) [文章编号 ] 1002 - 8528 200502 - 0065 - 04

饱和方法对岩石单轴饱和抗压强度影响

的实验研究

()吕永高 , 曲淑英 , 崔淑梅烟台大学土木系 ,山东烟台 264005

[摘要 ] 通过对不同饱和方法饱和的岩石 ,进行单轴抗压强度测试的比较 ,探索两种试验方法之间的相关关系 ,从而为类似试验提供参考数据。

[关键词 ] 饱和方法 ;岩石 ;单轴抗压 ;强度 ;吸水率

+ [中图分类号 ] TU458; TU458 . 2 [文献标识码 ] A

A Te sting Study of the Influence of Sa tu ra ted M e thod s

on Single - A xle Sa tu ra ted Rock’s Comp re ssion Strength

LV Yong - gao, QU Shu - ying, CU I Shu - me i ()D ep a rtm en t of C ivil Enginee ring, YanTa i U n ive rsity, Shandong Yan ta i 264005 , Ch ina

[ A b stra c t] W ith the rock sa tu ra ted by d iffe ren t sa tu ra ted m e thod s, the comp a rison of the ir single - axia l comp re ssive strength te sts wa s ca rried ou t, and the co rre la tion be tween two k ind s of te sting m e thod wa s exp lo red, thu s it can p rovide refe rence da ta fo r the sim ila r te sts.

[ Keyword s] sa tu ra ted m e thod; rock; single - axle comp re ssion; strength; wa te r ab so rp tion

化程度的岩石 ,试验结果会有一定的差异 ,但是 ,通 1 前言

过试验比较 ,可为岩石饱和单轴抗压强度的研究积

在岩石单轴饱和抗压强度试验中 ,岩石通常采累基础性的资料。

用如下两种方法进行饱和 ,一是抽真空饱和法 ;另一

种是自然浸水法。两种方法饱和后所得含水量分别 2 不同饱和方法对岩石的吸水率影响的比较称为岩石的吸水率和岩石的饱水率 ,不同的岩石的

吸水率不同 , 吸水率的大小与岩石的透水性、溶解试验采用的岩样 ,是从国道 206线、烟台至蓬莱性、软化性、抗冻性、抗压强度密切相关。长江路立交桥下钻取的 ,属弱风化、微风化片岩 ,取

样深度为 12 ,30. 4m 范围。将相同深度范围和相本文通过对微风化、弱风化片岩 ,按照试验要求

同风化程度的岩石 ,即弱风化片岩和微风化片岩 ,分制备试样 ,用两种不同的饱和方法饱和后 ,测定其吸

水率、单轴抗压强度 ,从中找出两种试验方法之间存别采用真空饱和法和自然浸水法进行饱和 ,实验结在的规律 ,为同样情况下 ,其它岩石的吸水率、单轴果如表 1。

由表 1 可以看出 ,真空饱和的岩石比自然浸水

饱和的岩石吸水率要高 ,这是由于真空饱和时 ,岩石 ,不同地区、不同风抗压强度提供可靠的依据。显然中的非封闭气体被抽出 ,水得以浸入岩石的孔隙中 ;

而自然浸水时 ,存在于岩石中的部分非封闭气体仍 [收稿日期 ] 2004 - 05 - 13

[作者简介 ]吕永高 ( 1968 - ) ,男 ,讲师

[联系方式 ] 196863998 @ sina. com

66 第 21卷建筑科学

岩的真空饱和要比自然浸水饱和的吸水率高约然占据在岩石的孔隙中 ,水不能浸入这部分孔隙中。

同时 ,实验结果还显示 ,弱风化片岩的真空饱和 0. 08 % ,且风化程度越高 ,这种差异越显著。要比自然浸水饱和的吸水率高约 0. 2 % ; 微风化片

表 1 不同风化程度的岩石、不同饱和方法的吸水率试验结果统计表

( )吸水率 % ()()()( )( )风化程度编号深度 m 直径 mm 高度 mm 干重 g 湿重 g 自然浸水真空饱和

ZK18 - 1 18. 9 47. 2 51. 2 243. 89 246. 35 1. 0 - ZK18 - 2 18. 7 81. 8 72. 0 1054. 99 1068. 49 - 1. 28 H K0 - 1 20. 4 67. 8 71. 4 719. 58 725. 57 0. 83 - 弱风化片岩 H K0 - 2 20. 6 68. 2 71. 1 729. 35 736. 56 - 0. 98 GK0 - 2 19. 1 47. 2 51. 0 249. 62 252. 02 0. 96 -

GK0 - 1 18. 9 47. 2 50. 7 245. 53 248. 35 - 1. 1 ZK18 - 5 26. 8 68. 2 70. 9 723. 96 725. 33 0. 19 - ZK18 - 3 27. 7 47. 0 50. 1 252. 00 252. 69 - 0. 27 H K0 - 3 21. 5 68. 3 71. 0 747. 86 749. 14 0. 20 - 微风化片岩 H K0 - 5 22. 5 68. 5 71. 3 753. 80 755. 91 - 0. 28 H K0 - 4 21. 6 68. 5 71. 0 751. 45 753. 11 0. 22 -

H K0 - 6 22. 6 68. 5 71. 6 751. 52 753. 86 - 0. 31

抗压强度 ,要比真空饱和后的单轴抗压强度值平均 3 不同的吸水率对岩石单轴抗压强度的影响高约 3. 3M Pa;微风化片岩自然浸水饱和后的单轴抗

众所周知 ,岩石的强度是和岩石的吸水率密切压强度也是比真空饱和后的单轴抗压强度值平均高相关的 ,对于同一种风化程度相同的岩石 ,吸水率高约 3. 3M Pa。

的岩石 ,强度偏低 ; 而吸水率低的岩石 , 强度偏高。

表 2为试验统计数据。 4 不同风化程度岩石吸水率与强度变化规

律分析

表 2 弱风化片岩及微风化片岩吸水率、岩石单轴 ( )1 弱风化岩石设岩石的自然吸水率为 X, 1 抗压强度变化试验结果统计表

真空饱和吸水率为 X,岩石在自然浸水饱和后的单 2 岩石单轴抗压强度 ( )吸水率 % 轴抗压强度为 Y,在真空饱和后的单轴抗压强度为 1 风化程度编号自然浸水真空饱和 ()M Pa Y。那么 ,试验测出的结果显示 ,真空饱和后的岩石 2 ZK18 - 1 1. 0 - 22. 2 强度与自然饱和后的岩石强度存在如下关系 : ZK18 - 2 - 1. 28 19. 5 H K0 - 1 0. 83 - 29. 9 弱风化片岩 H K0 - 2 - 0. 98 23. 5 X 2 μ ( )Y= Y1 2 1GK0 - 2 0. 96 - 20. 5 X 1 GK0 - 1 - 1. 1 17. 0 μ其中 , 为自然浸水和真空饱和后 , 岩石单轴抗压 ZK18 - 5 0. 19 - 66. 3 ZK18 - 3 - 0. 27 62. 0 强度在考虑吸水率比值后二者间的关系。 H K0 - 3 0. 20 - 87. 6 微风化片岩 ( ) 将表 2中弱风化片岩的试验数据代入式 1 , H K0 - 5 - 0. 28 85. 2 H K0 - 4 0. 22 - 95. 2 μ 则 ,对于 ZK18 - 1 与 ZK18 - 2 之间 , = 0. 686; 1 H K0 - 6 - 0. 31 92. 1

μH K0 - 1 与 H K0 - 2 之间 ,= 0. 666; GK0 - 1 与 2

μGK0 - 2之间 ,= 0. 723。 3 表 2 表明 ,弱风化片岩自然浸水饱和后的单轴

67 第 2期吕永高 ,等 :饱和方法对岩石单轴饱和抗压强度影响的实验研究

μμμ,对于微风化岩石 ,真空饱和后的岩石强度与自然则采用数理统计的方法对试验所得数据、、 1 2 3

( )浸水饱和后的岩石强度关系 ,可用式 3 表示。值进行换算。

X 平均值 2( )3 Y= 0. 645 Y 2 1X 1 0. 686 + 0. 666 + 0. 723μ = = 0. 692 3

5 不同饱和方法对岩石吸水率影响的分析均方差

3 ( )1 弱风化岩石假定真空饱和所得吸水率为 22 μn - μ i ?X,自然浸水饱和所得吸水率为 X,则根据以上试 2 1 i = 1 μ= r验结果 ,对于 n - 1

2222 3 ×0. 692 ( )- 0. 686 + 0. 666 + 0. 723 ZK18 - 1 与 ZK18 - 2 = 2 X 21. 28 = = 1. 280 = 0. 012 X1. 0 1

H K0 - 1与 H K0 - 2 μμμ= - 1. 645= 0. 672 r

则 ,对于弱风化岩石 ,真空饱和后的岩石强度与自然 X 20. 98 = = 1. 181 X0. 83 1 ( )浸水饱和后的岩石强度关系 ,可用式 2 表示 :

GK0 - 1与 GK0 - 2 X 2( )Y= 0. 672 Y2 2 1 X X1 2 1. 10 = = 1. 146 X0. 96 1 ( ) 2 微风化岩石同样 ,真空饱和后的岩石强

采用数理统计方法对以上比值进行换算。( )度与自然浸水饱和后的岩石强度 ,存在有如式 1

平均值所示关系。

将表 2 中微风化片岩的试验统计数据代入式 1. 280 + 1. 181 + 1. 146μ = = 1. 202 3 ( ) μ1 , 则 , 对于 ZK18 - 3 与 ZK18 - 5 之间 , = 1

μ0. 658; H K0 - 3 与 H K0 - 5 之间 ,= 0. 695; GK0 - 2 均方差

μ1与 GK0 - 2之间 ,= 0. 687 3 2 2 2 2( 1. 280+ 1. 181+ 1. 146) - 3 ×1. 202 μ= rμ采用数理统计的方法对试验所得数据对、 1 2

μμ、值进行换算。 2 3 = 0. 077 平均值 μμμ =- 1. 645= 1. 08 r

( )2 微风化岩石假定真空饱和所得吸水率为

X,自然浸水饱和所得吸水率为 X, 则 , 对于 ZK18 2 1 0. 658 + 0. 695 + 0. 687μ = = 0. 680 3 - 5与 ZK18 - 3

均方差 X 2 0. 27 = = 1. 4213 0. 19 X 1 22 μ- n μ i ?i = 1 H K0 - 3与 H K0 - 5 μ= rn - 1 X 2 0. 28 = = 1. 4002222 0. 20 3 ×0. 68 X( )- 0. 658 + 0. 695 + 0. 687 1 = 2 H K0 - 4与 H K0 - 6 = 0. 019 X 20. 31 = = 1. 409 μμμ= - 1. 645= 0. 645 X0. 22 r 1

68 第 21卷建筑科学

采用数理统计方法对此比值进行换算。验所用试样在真空饱和与自然浸水饱和之间岩石单

平均值轴抗压强度存在如下关系 :

弱风化岩石 : Y= 0. 762 Y 2 1 1. 421 + 1. 4 + 1. 409μ = = 1. 41 3 微风化岩石 : Y = 0. 890 Y 2 1

均方差其中 , Y 指岩石在真空饱和后的单轴抗压强度 ; Y 2 1 2222 3 ×1. 41 ( )1. 421 + 1. 4 + 1. 409 - 指岩石在自然浸水饱和后的单轴抗压强度。μ= r2 微风化岩石要比弱风化岩石的单轴抗压强度受

= 0. 022 饱和方法的影响相对较少。在实际测试中 ,如果没有

μμμ= - 1. 645= 1. 374 r 真空饱和系统或由于工程原因不能全部采用真空饱

论和的话 ,可采用以上的换算值进行计算 ,修正为真空 6 结饱和岩石单轴抗压强度。当然 ,对于不同地区、不同

基于试验结果和统计原理可以看出 ,真空饱和岩性的岩石 ,会存在一定的差别 ,这一点有待于进一

步研究、探讨。后岩石的吸水率要比自然浸水饱和后岩石的吸水率

高 ,吸水率高 ,岩石的单轴抗压强度就会降低。本试

()()上接第 52页上接 59页

( ) 3 加固改造工程中 , 应对新老结构的连接问

4 结语题、施工工艺和施工次序详细考虑 ,应本着先加固后

拆除的原则 ; 综上所述 ,在户式空调系统中采用燃气壁挂炉供暖 , ( ) 4 对木梁采用钢结构加固 ,可有效改善其受力才能使系统的户式意义在全年内都得以体现。燃气壁挂性能 ; 炉的选择要特别注意两点:一是其功率的确定;另一是炉 ( ) 5 增加内扶壁柱和暗圈梁能有效增强结构的内循环水泵的流量与扬程的匹配。由于壁挂炉具有供暖整体性 ,提高结构抗震能力 ,且不影响建筑物外在美及供生活用热水两种功能 ,因此其功率取两者中所需之大观。 2 者 ,当居住面积不太大 ,低于 300m,尤其当水源为地表水

的寒冷地区 ,其功率取决于生活用热水的功率 ,而不是供

暖的功率;而水泵有 600,900L / h的流量 , 0. 8,1. 6m的扬 [参考文献 ] 程 ,在楼内入住率 100% ,全楼各户都正常采暖时就可满足 [ 1 ]混凝土结构加固技术规范 [ S ]北京. 中国计划出版社. 1992. 需要;如果考虑间歇供暖以及入住不足 ,或上、下、前、后、 [ 2 ]曹双寅 ,邱洪兴. 结构可靠性鉴定与加固技术 [ M ]. 北京. 中国水左、右邻居采暖不同步的影响 ,水泵流量应为 1000 , 利水电出版社. 2001. 2000L / h,扬程为 2. 5,10m才更安全些。 [ 3 ]金向前 ,刘军进. 砖砌体房屋抽墙加固方案 [ J ]. 建筑结构. 2002 [参考文献 ] ( ) 4 . [ 1 ]陈耀宇 ,等. 建筑给水排水设计手册 [M ]. 北京 : 中国建筑工业出版 [ 4 ] 王箭明 ,张东梅. 某高校筒子楼的鉴定与改造加固 [ J ]. 建筑结构. 社 , 1999 年 4 月. [ 2 ]黄鑫 ,如何合理确定电蓄热供暖蓄热水箱的容积 [ A ]. 全国暖通空 ( ) 2001 3 .

调制冷 2000 年学术年会资料集 [ C ]. [ 5 ]曹亚飞. 砖混结构房屋抗震加固设计的几个问题 [ J ]. 辽宁工学院 [ 3 ]黄鑫 ,居住建筑热指标 [ A ]. 全国暖通空调制冷 1996 年学术年会 ( ) 学报. 2002 4 . 论文集 [ C ]. [ 6 ]穆保岗 ,黄兴棣. 加固改造中的结构承重体系转换 [ J ]. 工业建筑. [ 4 ]全国民用建筑工程技术措施暖通空调 ?动力 [M ]. 北京 :中国计划 ( ) 2003 4 . 出版社 , 2003 年.

范文二：饱和方法对岩石单轴饱和抗压强度影响的实验研究

饱和方法对岩石单轴饱和抗压强度影响的实验研究

()吕永高 , 曲淑英 , 崔淑梅烟台大学土木系 ,山东烟台 264005

[摘要 ] 通过对不同饱和方法饱和的岩石 ,进行单轴抗压强度测试的比较 ,探索两种试验方法之间的相关关系 ,从耄为

类似试验提供参耂数据。

[关键词 ] 饱和方法 ;岩石 ;单轴抗压 ;强度 ;吸水率

+ [中图分类号 ] TU458; TU458 . 2 [文献标识码 ] A

A Te sting Study of the Influence of Sa tu ra ted M e thod s

on Single - A xle Sa tu ra ted Rock’s Comp re ssion Strength

LV Yong - gao, QU Shu - ying, CU I Shu - me i ()D ep a rtm en t of C ivil Enginee ring, YanTa i U n ive rsity, Shandong Yan ta i 264005 , Ch ina

[ Keyword s] sa tu ra ted m e thod; rock; single - axle comp re ssion; strength; wa te r ab so rp tion

化程度的岩石 ,试验结果会有一定的差异 ,但是 ,通 1 前言

过试验比较 ,可为岩石饱和单轴抗压强度的研究积

在岩石单轴饱和抗压强度试验中 ,岩石通常采累基础性的资料。

用如下两种方法进行饱和 ,一是抽真空饱和法 ;另一

种是自然浸水法。两种方法饱和后所得含水量分别 2 不同饱和方法对岩石的吸水率影响的比较称为岩石的吸水率和岩石的饱水率 ,不同的岩石的试验采用的岩样 ,是从国道 206线、烟台至蓬莱吸水率不同 , 吸水率的大小不岩石的透水性、溶解长江路立交桥下钻取的 ,属弱风化、微风化片岩 ,取性、软化性、抗冻性、抗压强度密切相关。样深度为 12 ～30. 4m 范围。将相同深度范围和相

本文通过对微风化、弱风化片岩 ,按照试验要求同风化程度的岩石 ,即弱风化片岩和微风化片岩 ,分制备试样 ,用两种不同的饱和方法饱和后 ,测定其吸别采用真空饱和法和自然浸水法进行饱和 ,实验结水率、单轴抗压强度 ,从中找出两种试验方法之间存果如表 1。在的规律 ,为同样情况下 ,其它岩石的吸水率、单轴

由表 1 可以看出 ,真空饱和的岩石比自然浸水抗压强度提供可靠的依据。显然 ,不同地匙、不同风饱和的岩石吸水率要高 ,这是由于真空饱和时 ,岩石

[收稿日期 ] 2004 - 05 - 13 中的非封闭气体被抽出 ,水得以浸入岩石的孔隙中 ; ( ) [作者简介 ]吕永高 1968 - ,男 ,讲师

然占据在岩石的孔隙中 ,水不能浸入这部分孔隙中。岩的真空饱和要比自然浸水饱和的吸水率高约

同时 ,实验结果还显示 ,弱风化片岩的真空饱和 0. 08 % ,且风化程度越高 ,这种差异越显著。要比自然浸水饱和的吸水率高约 0. 2 % ; 微风化片

表 1 不同风化程度的岩石、不同饱和方法的吸水率试验结果统计表

( )吸水率 % ()()()( )( )风化程度编号深度 m 直径 mm 高度 mm 干重 g 湿重 g 自然浸水真空饱和 ZK18 - 1 18. 9 47. 2 51. 2 243. 89 246. 35 1. 0 - ZK18 - 2 18. 7 81. 8 72. 0 1054. 99 1068. 49 - 1. 28 H K0 - 1 20. 4 67. 8 71. 4 719. 58 725. 57 0. 83 - 弱风化片岩 H K0 - 2 20. 6 68. 2 71. 1 729. 35 736. 56 - 0. 98 GK0 - 2 19. 1 47. 2 51. 0 249. 62 252. 02 0. 96 -

H K0 - 6 22. 6 68. 5 71. 6 751. 52 753. 86 - 0. 31

抗压强度 ,要比真空饱和后的单轴抗压强度值平均 3 不同的吸水率对岩石单轴抗压强度的影响高约 3. 3M Pa;微风化片岩自然浸水饱和后的单轴抗

压强度也是比真空饱和后的单轴抗压强度值平均高众所周知 ,岩石的强度是和岩石的吸水率密切

约 3. 3M Pa。相关的 ,对于同一种风化程度相同的岩石 ,吸水率高

的岩石 ,强度偏低 ; 耄吸水率低的岩石 , 强度偏高。

4 不同风化程度岩石吸水率与强度变化规表 2为试验统计数据。

律分析

表 2 弱风化片岩及微风化片岩吸水率、岩石单轴

( )1 弱风化岩石设岩石的自然吸水率为 X, 1 抗压强度变化试验结果统计表

真空饱和吸水率为 X,岩石在自然浸水饱和后的单 2 岩石单轴抗压强度 ( )吸水率 % 风化程度编号轴抗压强度为 Y,在真空饱和后的单轴抗压强度为 1 自然浸水真空饱和 ()M Pa Y。那么 ,试验测出的结果显示 ,真空饱和后的岩石 2 ZK18 - 1 1. 0 - 22. 2 ZK18 - 2 - 1. 28 19. 5 强度不自然饱和后的岩石强度存在如下关系 : H K0 - 1 0. 83 - 29. 9 弱风化片岩 H K0 - 2 - 0. 98 23. 5 X 2 μ )( 1 Y= Y2 1GK0 - 2 0. 96 - 20. 5 X 1 GK0 - 1 - 1. 1 17. 0 μ 其中 , 为自然浸水和真空饱和后 , 岩石单轴抗压 ZK18 - 5 0. 19 - 66. 3 ZK18 - 3 - 0. 27 62. 0 强度在耂虑吸水率比值后二考间的关系。 H K0 - 3 0. 20 - 87. 6 微风化片岩 ( ) 将表 2中弱风化片岩的试验数据代入式 1 , H K0 - 5 - 0. 28 85. 2 H K0 - 4 0. 22 - 95. 2 μ 则 ,对于 ZK18 - 1 不 ZK18 - 2 之间 , = 0. 686; 1 H K0 - 6 - 0. 31 92. 1

μH K0 - 1 不 H K0 - 2 之间 ,= 0. 666; GK0 - 1 不 2

μGK0 - 2之间 ,= 0. 723。 3 表 2 表明 ,弱风化片岩自然浸水饱和后的单轴

μμμ,对于微风化岩石 ,真空饱和后的岩石强度不自然则采用数理统计的方法对试验所得数据、、 1 2 3

( )浸水饱和后的岩石强度关系 ,可用式 3 表示。值进行换算。

平均值 X 2( )Y= 0. 645 Y3 2 1X 1 0. 686 + 0. 666 + 0. 723 μ? = = 0. 692 3

5 不同饱和方法对岩石吸水率影响的分析均方差 3 ( )1 弱风化岩石假定真空饱和所得吸水率为 2 2 μ- n μ? i? X,自然浸水饱和所得吸水率为 X,则根据以上试 2 1 i = 1 μ = rn - 1 验结果 ,对于

222 2( )ZK18 - 1 不 ZK18 - 2 0. 686+ 0. 666+ 0. 723 - 3 ×0. 692 = 2 X 1. 28 2= = 1. 280 = 0. 012 X1. 0 1

μ μμH K0 - 1不 H K0 - 2 - 1. 645= 0. 672 =? r

则 ,对于弱风化岩石 ,真空饱和后的岩石强度不自然 X 0. 98 2= = 1. 181 X0. 83 ( )浸水饱和后的岩石强度关系 ,可用式 2 表示 : 1

GK0 - 1不 GK0 - 2 X 2( )Y= 0. 672 Y2 2 1 X X 12 1. 10 = = 1. 146 X0. 96 1 ( ) 2 微风化岩石同样 ,真空饱和后的岩石强

采用数理统计方法对以上比值进行换算。 ( )度不自然浸水饱和后的岩石强度 ,存在有如式 1

平均值所示关系。

1. 280 + 1. 181 + 1. 146将表 2 中微风化片岩的试验统计数据代入式 μ? = = 1. 202 3 ( ) μ1 , 则 , 对于 ZK18 - 3 不 ZK18 - 5 之间 , = 1 均方差 μ0. 658; H K0 - 3 不 H K0 - 5 之间 ,= 0. 695; GK0 - 2 2 2 2 2( ) 1. 280+ 1. 181+ 1. 146- 3 ×1. 202 μ μ= 1不 GK0 - 2之间 ,= 0. 687 r3 2

μ采用数理统计的方法对试验所得数据对、 1 = 0. 077

μμ、值进行换算。 2 3 μ μμ= - 1. 645= 1. 08 ?r 平均值 ( )2 微风化岩石假定真空饱和所得吸水率为

X,自然浸水饱和所得吸水率为 X, 则 , 对于 ZK18 0. 658 + 0. 695 + 0. 6872 1 μ= 0. 680 ? = 3 - 5不ZK18 - 3

均方差 X 2 0. 27 = = 1. 4213 0. 19 X 1 2 2 μn - μ? i? i = 1 H K0 - 3不 H K0 - 5 μ = rn - 1 X 2 0. 28 = = 1. 400222 2 ( )X 0. 20 0. 658 + 0. 695 + 0. 687 3 ×0. 68 - 1 = 2 H K0 - 4不 H K0 - 6 = 0. 019 X 20. 31 = = 1. 409 μ μμ=? - 1. 645= 0. 645 X0. 22 r 1

采用数理统计方法对此比值进行换算。验所用试样在真空饱和不自然浸水饱和之间岩石单

平均值轴抗压强度存在如下关系 :

弱风化岩石 : Y= 0. 762 Y 2 11. 421 + 1. 4 + 1. 409 μ? = = 1. 41 3 微风化岩石 : Y = 0. 890 Y 2 1

均方差其中 , Y 指岩石在真空饱和后的单轴抗压强度 ; Y 2 1 222 2( )- 1. 421 + 1. 4 + 1. 409 3 ×1. 41 指岩石在自然浸水饱和后的单轴抗压强度。 = μ r2 微风化岩石要比弱风化岩石的单轴抗压强度受

= 0. 022 饱和方法的影响相对较少。在实际测试中 ,如果没有 μ μμ=? - 1. 645= 1. 374 r 真空饱和系统或由于工程原因不能全部采用真空饱

论 6 结和的话 ,可采用以上的换算值进行计算 ,修正为真空

饱和岩石单轴抗压强度。当然 ,对于不同地匙、不同基于试验结果和统计原理可以看出 ,真空饱和

后岩石的吸水率要比自然浸水饱和后岩石的吸水率岩性的岩石 ,会存在一定的差别 ,这一点有待于进一高 ,吸水率高 ,岩石的单轴抗压强度就会降低。本试步研究、探讨。

()()上接第 52页上接 59页

( ) 3 加固改造工程中 , 应对新老结构的连接问

4 结语题、施工工艺和施工次序详细耂虑 ,应本着先加固后

拆除的原则 ; 综上所述 ,在户式空调系统中采用燃气壁挂炉供暖 ,

( ) 4 对木梁采用钢结构加固 ,可有效改善其受力才能使系统的户式意义在全年内都得以体现。燃气壁挂性能 ; 炉的选择要特别注意两点 :一是其功率的确定 ;另一是炉

( ) 5 增加内扶壁柱和暗圈梁能有效增强结构的内循环水泵的流量不扬程的匘配。由于壁挂炉具有供暖整体性 ,提高结构抗震能力 ,且不影响建筑物外在美及供生活用热水两种功能 ,因此其功率取两考中所需之大

2 观。考 ,当居住面积不太大 ,低于 300m,尤其当水源为地表水

的寒冷地匙 ,其功率取决于生活用热水的功率 ,耄不是供 [参考文献 ]

暖的功率 ;耄水泵有 600～900L / h的流量 , 0. 8～1. 6m的扬 [ 1 ]混凝土结构加固技术规范 [ S ]北京. 中国计划出版社. 1992. 程 ,在楼内入住率 100% ,全楼各户都正常采暖时就可满足 [ 2 ]曹双寅 ,邱洪兴. 结构可靠性鉴定不加固技术 [ M ]. 北京. 中国水

需要 ;如果耂虑间歇供暖以及入住不足 ,或上、下、前、后、利水电出版社. 2001.

左、右邻居采暖不同步的影响 ,水泵流量应为 1000 ～ [ 3 ]金向前 ,刘军进. 砖砌体房屋抽墙加固方案 [ J ]. 建筑结构. 2002

( ) 4 . 2000L / h,扬程为 2. 5～10m才更安全些。

[ 4 ] 王箭明 ,张东梅. 某高校筒子楼的鉴定不改造加固 [ J ]. 建筑结构.[参考文献 ] ( ) 2001 3 . [ 1 ]陈耀宇 ,等. 建筑给水排水设计手册 [M ]. 北京 : 中国建筑工业出版 [ 5 ]曹亚飞. 砖混结构房屋抗震加固设计的几个问题 [ J ]. 辽宁工学院社 , 1999 年 4 月.

( ) 学报. 2002 4 . [ 2 ]黄鑫 ,如何合理确定电蓄热供暖蓄热水箱的容积 [ A ]. 全国暖通空

调制冷 2000 年学术年会资料集 [ C ]. [ 6 ]穆保岗 ,黄兴棣. 加固改造中的结构承重体系转换 [ J ]. 工业建筑. [ 3 ]黄鑫 ,居住建筑热指标 [ A ]. 全国暖通空调制冷 1996 年学术年会( ) 2003 4 . 论文集 [ C ].

[ 4 ]全国民用建筑工程技术措施暖通空调动力? [M ]. 北京 :中国计划

出版社 , 2003 年.

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df机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,**lkjvolfdjiojvkldf

file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56

范文三：附录H、J：岩石地基载荷和岩石饱和单轴抗压强度试验要点

附录 H 岩石地基载荷试验要点

H.0.1 本附录适用于确定完整、较完整、较破碎岩石地基作为天然地基或桩基础持力层时的承载力。

H.0.2 采用圆形刚性承压板,直径为 300mm 。当岩石埋藏深度较大时,可采用钢筋混凝土桩,但桩周需采取措施以消除桩身与土之间的摩擦力。

H.0.3 测量系统的初始稳定读数观测应在加压前,每隔 10min 读数一次,连续三次读数不变可开始试验。

H.0.4 加载应采用单循环加载,荷载逐级递增直到破坏,然后分级卸载。

H.0.5 加载时,第一级加载值应为预估设计荷载的 l/5,以后每级应为预估设计荷载的 1/10。

H.0.6 沉降量测读应在加载后立即进行,以后每 10min 读数一次。

H.0.7 连续三次读数之差均不大于 0.01mm ,可视为达到稳定标准,可施加下一级荷载。

H.0.8 加载过程中出现下述现象之一时,即可终止加载:

1,沉降量读数不断变化,在 24h 内,沉降速率有增大的趋势;

2,压力加不上或勉强加上而不能保持稳定。

注:若限于加载能力,荷载也应增加到不少于设计要求的两倍。

H.0.9 卸载及卸载观测应符合下列规定:

1,每级卸载为加载时的两倍,如为奇数,第一级可为 3倍;

2,每级卸载后.隔 10min 测读一次,洌读三次后可卸下一级荷载;

3,全部卸载后,当测读到半小时回弹量小于 0.01mm 时,即认为达到稳定。 H.0.10 岩石地基承载力的确定应符合下列规定:

1,对应于 p-s 曲线上起始直线段的终点为比例界限。符合终止加载条件的前一级荷载为极限荷载。将极限荷载除以 3的安全系数, 所得值与对应于比例界限的荷载相比较,取小值。

2,每个场地载荷试验的数量不应少于 3个,取最小值作为岩石地基承载力特征值。

3,岩石地基承载力不进行深宽修正。

附录 J 岩石饱和单轴抗压强度试验要点

J.0.1 试料可用钻孔的岩芯或坑、槽探中采取的岩块。

J.0.2 岩样尺寸一般为 φ50mm ×lOOmm ,数量不应少于 6个,进行饱和处理。 J.0.3 在压力机上以每秒 500kPa ~800kPa 的加载速度加荷, 直到试样破坏为止. 记下最大加载,做好试验前后的试样描述。

J.0.4 根据参加统计的一组试样的试验值计算其平均值、标准差、变异系数,取岩石饱和单轴抗压强度的标准值为:

rm rk f f ·ψ= (J.0.4-1)

δψ????

??+-=2678. 4704. 11n n (J.0.4-2)

范文四：岩石单轴饱和抗压强度预测的PSO—GPR智能算法研究

岩石单轴饱和抗压强度预测的PSO—GPR智能算法研究岩石单轴饱和抗压强度预测的PSO—GPR智能算法研究

刘正龙

(中国铁建国际集团阿尔及利亚公司，北京100855)

摘　要：采用粒子群优化算法代替传统共轭梯度法对高斯回归学习机进行最优超参数搜索，克服共轭梯度法在优化过程中对初值依赖性太强、迭代次数难以确定、易陷入局部最优的缺点，进而形成粒子群—高斯过程回归算法。基于该算法提出一种根据现场岩石回弹强度σH预测岩石单轴饱和抗压强度σC的新途径，并对绩黄高速佛岭隧道4个掌子面20组σH及σC数据进行学习预测以检验该算法性能。工程应用表明：与传统采用点荷载实验确定σC方法相比，该算法能够更快建立和反映二者之间的映射关系，预测精度较高，加速了施工现场围岩分级变更的信息反馈及σC指标提取，可以此取代传统的数值回归模型进而指导施工。

关键词：围岩分级；岩石单轴饱和抗压强度；粒子群优化算法；高斯过程回归；智能预测

收稿日期：2014-10-11

作者简介：刘正龙(1975—)，男，工程师，主要从事土木工程施工管理工作　14319984@qq.com

DOI：10.13219/j.gjgyat.2015.02.005

中图分类号：U451.2；TU452

文献标识码：A

文章编号：1672-3953(2015)02-0016-05

Abstract:　As　the　traditional　conjugate　gradient　method　shows　the　disadvantages　of　being　too　dependent　on　the　initial　value,difficult　to　determine　the　iteration　steps　and　easy　to　fall　into　the　local　optimum　during　the　optimization　process,the　particle　swarm　optimization　(PSO)　is　used,instead　of　it,to　optimize　the　hyper　parameters　of　the　Gaussian　process　regression　(GPR)　,upon　the　basis　of　which　the　PSO-GPR　algorithm　is　formed.Furthermore,　it　is　adopted　as　a　new　approach　to　establish　the　mapping　between　the　rebound　strength　and　saturated　uniaxial　compressive　strength　of　the　rock　for　evaluating　the　compressive　strength　σC.Besides,20　groups　of　σH　and　σC　from　4　work　faces　of　the　Foling　Tunnel　of　the　Ji-Huang　Expressway　are

《公路隧道设计规范》(JTG　D70—2004)将岩石坚硬程度和岩体完整性程度作为岩体基本质量分级的两个基本要素 [1-2]。其中，岩石坚硬程度可通过点荷载试验确定的岩石单轴饱和抗压强度σ C得以反映。但在现场围岩级别快速判定过程中，通过点荷载实验方法提取的σ C信息相对滞后，这直接制约着支护设计方案的及时调整，并威胁到工程安全及进度。在安徽绩黄高速公路隧道建设中，由于岩性种类繁多且交替分布、断层发育深化、浅埋偏压突出等因素造成大量的现场围岩快速变更需要展开。

近年来，随着遗传算法、粒子群算法等仿生算法及机器学习的广泛应用，文献[3]采用遗传—高斯过程回归算法进行了隧道变形时序曲线回归与预报，预报平均预测误差达到2.11%；文献[4]采用粒子群—高斯过程算法对滑坡变形进行了预报研究，结果表明该算法适应于“减速—匀速型、匀速—增速型、复合型、减速—匀速型和匀速—增速型”多种不同变形时序分析预报。受上述文献应用启发，本文利用现场回弹实验仪器简易便捷且信息反馈及时的特点，采用粒子群—高斯过程算法以建立岩石单轴饱和抗压强度与现场回弹实验指标之间的映射关系 [5-7]，以此取代点荷载实验，提高围岩快速分级效率及准确性，并最终及时变更支护设计方案从而指导施工。

1　高斯过程预测

针对任意用于数据训练的数据集D={(x i,　t i),　i=1,…,n}，当其观察目标t被噪声腐蚀时，目标值将与真实值产生ε的误差，采用高斯过程模型可表示为：

(1)

式中：x i∈X是d维输入矢量；t i为输出标量；ε为独立的随机变量，符合高斯分布，

　　)。

由公式(1)可进一步确定训练样本输出t和测试样本输出t *所形成的联合高斯先验分布：

(2)

式中：C( X， X)为 n× n阶对称正定的协方差矩阵；C( X， x *)是测试 x *与训练集的所有输入点 X的 n×1阶协方差矩阵；C( x *， x *)是测试点 x *自身的协方差。

概率预测的目标是计算出在给定测试点x *和训练集D的条件下，

　　(t *|D,x *)的后验分布。

(3)

式中：t *的期望和方差分别为：

(4)

(5)

2　粒子群优化算法

在粒子群优化算法(Particle　Swarm　Optimization，简称PSO)中，待优化问题的解通常被视为解空间的粒子。在该空间内通过向两个“极值”pbest i和gbest靠近而更新进化。可用数学语言描述为：

每个粒子在全局解空间的更新：

(6)

每个粒子在飞行空间的个体极值选取：

(7)

所有粒子在飞行空间的全局极值选取：

(8)

式中：x i表示第i个粒子当前位置；j表示粒子维数；v ij表示粒子的当前飞行速度；c 1为个体进化因子；c 2为社会进化因子；r 1和r 2在(0，1)取随机数；

　　表示惯性权重。

3　粒子群—高斯过程回归算法构建及其工程应用

3.1　粒子群-高斯过程回归算法

高斯过程模型的泛化能力直接受模型超参数取值的制约，传统(未优化的)高斯过程超参数采用共轭梯度法求得。该梯度算法的优化效果往往比较依赖初值的选取，同时，其迭代次数难以确定导致优化时间过长且非全局优化。本文为充分发挥粒子群算法程序化处理方便、参数较少、全局优化、系统信息共享等特点，在高斯过程对数据集的训练过程中将粒子群替代共轭梯度法自动搜索其最优超参数，形成粒子群—高斯过程耦合算法(PSO—GPR)，其计算流程如图1所示。

PSO算法的种群参数：[w min,　w max]=[0.3，0.9]；学习因子c 1和c 2都取2.0；种群规模N p取20；最大迭代步数为50。

3.2　滚动学习预报

高斯回归模型选取NN标准核函数，见公式(9) [4]。对表1收集的20个掌子面实测数据进行学习预报。

C NN=

图1　PSO—GPR耦合算法计算流程图

(9)

式中：令

　　)是包含所有超参数的向量；{P}= l -2I表示超参数 l -2与单位阵I的乘积矩阵；参数

　　为核函数的信号方差，用来控制局部相关性的程度；

　　为x的增广矩阵，即

　　=(1,x) T；σ n表示噪声的方差；δ ij为克罗内尔符号。

滚动学习方式为：假设将表中前16个数据作为高斯过程的学习样本，剩余的4个数据为其预测样本，一次先预测1个样本。即先预报第17号样本的外推值，再将17号的实测数据加入学习样本，重新组成学习样本进行学习并预报第18号样本，以此类推直到20号数据，期间共构造4组时间序列学习外推，实现如图2所示的滚动预报。

3.3　算法工程应用

在绩黄高速佛岭隧道施工过程中，分别在隧道施工现场的4个掌子面进行20组岩石回弹试验和岩石点荷载试验，得到岩石回弹强度σ H和经尺寸修正后的岩石点荷载强度指数I s(50)(单位：MPa)，依据《公路隧道设计规范》(JTG　D70—2004)公式σ C=22.82I s(50) 0.75将点荷载试验数据处理换算得出相应的岩石单轴饱和抗压强度σ C，采集如表1所示。最后，为验证本文提出方法的有效性，分别利用本文提出的粒子群—高斯过程回归算法(PSO—GPR)、未优化的高斯过程回归算法(GPR)、一阶指数方程(EXP)，对前16组数据进行学习，后4组作为外推预测。PSO搜索到的GPR最优超参数和预测结果见表2，一阶指数方程回归见图3；各方法预测结果直观对比见图4；PSO—GPR算法的进化适应度值变化曲线如图5。

图2　滚动预测过程

表1　现场回弹值σ H与单轴饱和抗压强度σ C对照表　　　MPa

日期里程2009-3-24YK24+7982009-4-3YK24+8262009-4-4YK28+2632009-4-4ZK27+9532009-4-5YK24+8322009-4-9ZK24+4592009-4-12YK24+861σH32.726.921.522.629.319.837.2σC44.1037.7331.2932.6540.4329.1648.68

日期里程2009-4-18YK24+8852009-5-1YK28+2162009-5-5ZK27+8462009-5-5YK28+1962009-5-20YK25+0562009-6-17YK25+203.52009-6-22YK25+226σH32.414.624.116.741.323.833.1σC43.8322.3034.4625.1452.6034.1044.52

日期里程2009-6-22ZK24+8752009-6-25YK25+2352009-6-27YK25+2422009-7-2YK25+2592009-7-7YK27+9722009-7-10ZK24+946σH28.636.733.233.023.728.1σC40.1048.4944.6244.4133.9839.09

注：σ H为岩石回弹强度，σ C为岩石单轴饱和抗压强度。

表2　基于粒子群优化的高斯过程回归算法、高斯过程回归算法、指数回归算法的外推预报及误差分析

训练样本起讫编号 PSO优化后的NN核参数 θ1θ2θ3断面里程单轴饱和抗压强度σC/MPa 外推预测值/MPa PSO-GPRGPR一阶指数(EXP) 相对误差/% PSO-GPRGPREXP1~160.1374100.30340.5621YK25+24244.6244.61645.32145.6310.011.572.271~170.875112.56230.6520YK25+25944.4144.44945.06245.4210.091.462.281~180.76126.52150.3785YK27+97233.9834.77235.11134.8652.333.332.601~190.90111.16912.2977ZK24+94639.0938.63738.66940.0471.161.162.45

图3　一阶指数方程拟合曲线

图3为表2中1~16组数据的拟合方程，利用σ C=-114.228× exp(-σ H/65.161)+113.828外推17~20组数据的单轴饱和抗压抗压强度。从曲线相关性来看，回归拟合效果较好，测点基本分布在曲线周围。EXP外推数据见表2，其误差分布虽然相对均匀，但总体偏大，误差均超过了2.0%，平均值达到2.40%，为PSO—GPR算法结果的2.7倍。图4更是直观的反映了各方法预测值的差异，说明在原始样本(数据)较少的情况下，传统的指数回归方法精度不高，且随着数据量的增加指数方程有可能发生较大变化，不利于数据的统一维护分析；而高斯过程方法可以不断通过数据量的增加丰富学习机的外推模型，不断的提高其外推泛化性能。另外，从PSO—GPR、GPR的预测结果来看，显然耦合后的PSO—GPR算法外推性能较佳，最大相对误差仅为2.33%，平均误差为0.90%，完全满足工程应用需求，为现场围岩分级变更提供有利的理论依据，而未采用粒子群优化参数的高斯回归过程预测外推稍大。

图4　外推预测值与实测值对比

图5　适应度值随迭代步变化曲线

从图5中PSO优化高斯过程回归参数的收敛性来看，随着迭代步增加，在前20步适应度值迅速振荡，至50步迭代终止即可找到使回归外推精度较高的全局优化参数，即适应度值越接近零点，回归精度越高，曲线振荡段落越小算法寻优能力越强。表2的预测结果也近一步说明采用PSO优化能够较好地提升GPR的泛化性能。

4　结论

(1)与未经参数优化的GPR算法、一阶指数方程EXP法相比，PSO—GPR算法的泛化性能更高，能有效地适应少样本预报回归问题且预测精度较高。

(2)PSO算法种群参数少，少量迭代后即可获取较高适应度，完全可代替共轭梯度法搜寻高斯过程最优超参数，更有效地运用于GPR参数优化设计。

(3)本文提出的PSO—GPR算法经实际算例验证可以高效地应用于围岩快速变更期间的岩石单轴饱和抗压强度预测，并为支护参数的变更调整提供有利依据。

参考文献

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[2]丁黄平，佴　磊，张振营.岩石抗压强度点荷实验与回弹实验相关性研究[J].路基工程，2008(5)：70-72

[3]刘开云，方　昱，刘保国，等.隧道围岩变形预测的进化高斯过程回归模型[J].铁道学报：自科版，2011，33(12)：101-106

[4]徐　冲，刘保国，刘开云，等.基于粒子群-高斯过程回归耦合算法的滑坡位移时序分析预测智能模型[J].岩土力学，2011，32(6)：1669-1675

[5]徐　冲，刘保国，刘开云，等.基于组合核函数的高斯过程边坡角智能设计[J].岩土力学，2010，31(3)：821-826

[6]刘开云，刘保国，徐　冲.基于遗传—组合核函数高斯过程回归算法的边坡非线性变形时序分析智能模型[J].岩石力学与工程学报，2009，28(10)：2128-2134

[7]Fuwei　Zhu，Chong　Xu，Guansuo　Dui.Particle　swarm　hybridize　with　gaussian　process　regression　for　displacement　prediction[C]//Proceedings　of　the　IEEE　Fifth　International　Conference　on　Bio-Inspired　Computing.Hunan：IEEE　Press，2010:522-525

A　Study　of　the　PSO-GPR　Intelligent　Algorithm　for　the　Saturated

Uniaxial　Compressive　Strength　of　the　Rock

LiuZhenglong

(China　Railway　Construction　Corporation　Algeria　Company,Beijing100855,China)

Key　words:　classification　of　the　surrounding　rock；saturated　uniaxial　compressive　strength　of　the　rock;particle　swarm　optimization　algorithm;Gaussian　process　regression;intelligent　prediction

封面照片说明

石家庄铁道大学国防交通研究所设计的SGTJ170型公铁两用架桥机应用在青烟威荣城际铁路烟台段架梁现场。

范文五：野外点荷载试验及岩石单轴饱和抗压强度的确定(野外实用)

一、野外点荷载试验方法

引自：《工程岩体试验方法标准》（GB/T 50266-99）

二、岩石坚硬程度确定

岩石单轴饱和抗压强度(Rc)：

岩石坚硬程度的定量指标，应采用岩石单轴饱和抗压强度(Rc)。 Rc应采用实测值。当无条件取得实测值时，也可采用实测的岩石点荷载强度指数(IS(50))的换算值，并按下式换算：

岩石单轴饱和抗压强度(Rc)与定性划分的岩石坚硬程度的对应关系，可按表

引自：《工程岩体分级标准》（GB 50218—94）

三、点荷载强度指数Is（50）的确定按下列规定获得的点荷载强度指数Is（50）。

（1）试件尺寸：径向加载试验用的岩芯，直径取30≤d≤70mm，长度为试件直径的1.4倍。

轴向加载试验用的岩芯，直径取30≤d≤70mm，长度为试件直径的0.5～1.0倍。

不规则试件的最短边长b＝30～80mm，加荷点间距（D）与最短边长之比D／b＝0.5～1.0。

（2）点荷载强度指数Is（50）用下式计算：

Is（50）＝Is·Kd·KDd (1)

式中 Is（50）——直径为50mm标准试件的点荷载强度指数；

Is——非标准试件的点荷载强度指数；

Kd——尺寸效应修正系数；

KDd——形状效应修正系数；

P——破坏时的荷载。

试件尺寸与标准试件尺寸一致时，取Kd＝1。在其它情况下尺寸效应修正系数按下式计算，但需将直径d的单位用厘米代入式中：

Kd＝0.4905d0.4426 （2）

试件形状效应修正系数按下式计算：

KDd＝0.3161e2.303〔（D/b+logD/b）÷2〕（3）

在使用式（1）时，当测试采用圆柱状岩芯，取KDd＝1；当测试采用不规划试件，取Kd＝1。

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