岩石自由膨胀率试验分析.pdf

74
铁道勘察
2014年第3期
文章编号:1672-7479(2014)03-0074-02
岩石自由膨胀率试验分析
邱良军李慧芝
(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津300251)
the test analysis of free swelling rate of rock
QIU Liang-jun LI Hui-zhi
摘要岩石的自由膨胀率试验是岩石膨胀性判定的一项重要指标。试验虽然好做,但在取样和
制件过程中存在很大难题。通过大量试验和比对,提出对泥质砂岩及中等强度、不易破碎、含水量也較
小的岩石用快速湿铻来加工试件的对策,提高了岩样制件的加工速度和成功率。另外,还对自由膨胀率
试验和千分表读数过程中的一些细节问题进行了说明。
关键词岩石膨胀率制件试验
中图分类号:TU458
文献标识码:A
岩石的膨胀性试验包括自由膨胀率、侧向约束膨验的岩芯大部分为泥岩或砂岩,强度较小,芯样钻好后
胀率、饱和吸水率和膨胀压力试验。其中岩石的自由经常卡钻,敲出来后就会破碎;另外,由于干钻、干锯产
膨胀率相对容易检测,试验数据也相对准确。试验方生热量,也会使岩样失水;如果湿钻、湿锯,又会破坏岩
法是,将试件放人膨胀测定仪内,上下放置透水板,上石的天然含水状态。
部和四侧对称安装千分表,记录初读数,加入洁净水至1.3千分表读数的问题
淹没上透水板,并在48h内按规定的读数时间读取变
在实验室采用的是量程1mm的千分表,试验过
形表读数。由测得的膨胀值和试件原始尺寸分别计算程中,有时白天读完数,第二天早上来一看经常会有超
轴向和径向自由膨胀率。岩石的自由膨胀率适用于浸过千分表量程的试件,造成读数不准确,无法继续
水不崩解的岩石。
试验。
1工作中的难点和问题
问题的解决
1.1现场取样时保证岩石的天然状态
按规范要求,若石在工地取样时就应保持天然状2.1现场取样
态,然后密封送实验室。而一般工地现场取样都是用
匹禁用爆破法取岩块和用湿钻法取岩芯。岩样应
钻机钻取岩芯。如果干钻,一方面容易卡钻,另一方面有良好的包装和密封,保证结构不受损坏,天然湿度不
钻进时产生热量也会使岩样中的水分散失;如果水钻,
发生变化。现场地质人员应严格要求,规范取样,保证
岩样遇水产生膨胀,不能保证岩样的天然状态。
岩石的天然状态。有条件时不要钴芯取样,应采用人
1.2室内加工试件时保证岩石的天然状态
工开挖法,取样后立即密封。
岩石芯样送到实验室后,要加工成规范要求的标2.2室内制件
准尺寸,怎样加工才能保证岩石的天然状态是一个难
于法钻取制件加工起来成功率极低,钴取芯样时
题。按规范要求应干钻或干锯,干钻时,由于做膨胀试80%以上的会卡钻,或由于干钴震动、失水,试件也会
开裂;干锯芯样,由于芯样的强度很小,干锯阻力又大,
收稿日期:2014-02-21
也会造成试件开裂和失水。
岩石自由膨胀率试验分析:邱良军李慧芝
通过大量的试验摸索出一些经验,对于非泥岩的试件应勤读数,当即将超过千分表量程时,读数后立
(如泥质砂岩等),中等强度(10MPa左右)、不易破即重新调整千分表,读取新读数,以新读数为起点再继
碎、含水量也较小(<1%)的岩石用快速湿锯来加工试续读数。开始装样时,千分表也要尽量调整到较小的
件。做膨胀试验的岩石一般较软,在锯的过程中可适刻度,以满足大量程的需要。一天工作结東时应观察
当调快锯的前进速度,使试件接触水时间较短,以减少千分表的状态,如接近最大量程,应重新将千分表调
水对试件的浸泡。在湿锯的过程中,有的岩石会开裂零,以免造成第二天膨胀超出量程。
崩解,岩石自由膨胀率只适用于不崩解的岩石,这样也
可初步判定岩石是否崩解,是否能进行自由膨胀率试3结束语
验,崩解的岩石则改做石粉的自由膨胀率F。湿锯后
岩石的自由膨胀率试验是测定岩石膨胀性的一项
岩石含水率与天然状态相比发生了变化,可将试件先重要指标,试验过程中的主要问题是保证岩样试验前
风干3~5d,再进行试验。因为岩石本身含水量较小,的天然状态,取样和制件是最关键、也是最难达到规范
经过现场的取样再送到试验室也基本上为风干状态。要求的环节。一般来说,膨胀性大的岩石(标准试件
另一方面,若石风干后再做自由膨胀率得到的结果应膨胀量超过1mm)大部分都会崩解或者开裂,而不崩
该是最大的,更能反映岩石的膨胀特性。
解、开裂的岩石其膨胀性一般较小。经过一些对比,对
对于纯泥质岩石,还是用干锯法。对于这种岩石于一些不易崩解、开裂的岩石(泥质砂岩等)做自由膨
(强度在1~3MPa左右,天然含水量>10%,有的天然胀率试验后烘干,再做1~2次自由膨胀率试验,经对
含水量能达到30%以上,类似于硬泥,天然状态下浸比其膨胀数据无太大变化。作者认为,岩芯加工的过
水也不崩解),遇水后强度变得更低,用湿锯容易破程中为了增加试件加工的成功率,可用湿锯法进行加
碎,而锯后如果风干后再浸水极易开裂,所以必须采用工。干锯虽然符合规范要求,但存在很多缺点,其
干锯法加工试件,且加工好试件后立即试验。
试件容易开裂,制件成功率低;其二、锯的磨擦生热会
2.3试验过程和千分表的调整
使岩样中的水分散失;其三、加工过程中粉尘很大。
将试件放入自由膨胀率仪内,在试件上下各放置
对于一些天然含水量较大、天然状态浸水不易崩
块透水板。在试件上部和标志的四侧直角对称的中解、有些强度(1-3MPa)的纯泥岩则必须使用干锯法
心部位分别安装好量表,四侧量表与试件接触处应垫因为其风干后再浸水极易崩解,不能进行试验。
上一块厚约0.2mm的薄铜片。量表测杆浸水部分应
参考文献
涂有防水材料。测量表读数,精确至0.001mm。开始[1]张惟理,钱伟平.乌鞘岭道岩石试验成果研究[]铁道勘察,
时每10min测记一次,3次读数不变后,缓缓的向仪器
2007(3)
内注水,直至淹没上透水板。之后在开始的第1h内,
21姚其明,郭得令,彭永良.究石线临沂某段岩溶路基坍堿墈察分析
每隔10min测量表变形一次(膨胀量小的可延长
[了].铁道勘察,2011(1)
[3龚兴耀,尹全勇,胡惠.岩石试件纵波测试的影响因素[J].铁道勘
些,膨胀量大的要勤读一些),以后每隔1h测一次,直
至3次读数差不大于0.001mm为止,浸水后试验时间[4]杜镰,水运震,邢纪国,等钻井过程中预测钻速的一种新方法
不得少于48h。
[J].江汉石油学院学报,1995(3)
最好采用量程较大的千分表进行试验。一般来说(5」鲁凡岩石可结性分级的讨论及可钻性精确测量〔,超绠材料工
膨胀量超过1mm的岩样较少,大部分膨胀量大的岩
程,2007(2)
6]李荣,何世明,等.钻井工程中岩石可钻性求取综合研究[J].钻采
样都是崩解的或开裂的。做岩石自由膨胀率试验一般
工艺,2004(5)
应选在早晨刚上班时开始装样试验,对一些膨胀量大『[7]高峰,谢和平.岩石块度分布的分形性质及细观结构效应[J].岩
石力学与工程学报,1994,13(3):240-246
8]张绍和,等.一种新的岩石可钻性分级法研究[J].探矿工程,
9]TB10115-98铁路工程岩石试验规程[S
[10]尹宏锦.实用岩石可钻性[M].东营:中国石油大学出版社,1988<