摘要：参考《铁路工程岩石试验规程》TB10115-2014，制备样品进行不同荷载及更长浸水时效作用下侧限约束膨胀力的试验。通过试验分析岩石在上覆不同压力和同时保持更长的浸水时间作用下的膨胀力发展趋势，为高速铁路设计及施工提供参考和技术支持。
关键词：不同荷载时效作用 侧向约束膨胀力 膨胀岩
1.前言
《铁路工程特殊岩土勘察规程》TB10038-2012中和《铁路工程岩土分类标准》TB10077-2001中都提出，对于膨胀岩的室内试验判定指标要求采用自由膨胀率、膨胀力及饱和吸水率三个指标来确定是否为膨胀岩。其中膨胀力试验数据对工程起着关键定量的作用。《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266-2013、《铁路工程岩石试验规程》TB10115-2014、《公路工程岩石试验规程》JTG E41-2005中都提出膨胀力试验为上覆0.01MPa接触荷载后浸水48h的稳定膨胀数据。而在实际工程中，隧道仰拱下的岩层所承受的上部压力主要为仰拱、仰拱填充以及其他结构的上覆自重，隧道二衬上部的岩层所承受的压力也是来自于上覆山体的自重等等的这些重力远远超过规范要求的0.01Mpa的接触荷载；同时岩层在地下水的浸泡下，其接触浸水的时间有可能延长；所以本文中将通过试验分析与探讨岩石上覆不同压力和同时保持更长的浸水时间作用下的膨胀力发展趋势，为高速铁路设计及施工提供参考和技术支持。
2.试验原理及方法介绍
本文中的岩石侧向约束膨胀力试验是岩石试件在不同荷载作用下浸水后保持原形体积不变所需的压力与时间的对应关系。试验参照《铁路工程岩石试验规程》TB10115-2014中“岩石膨胀压力试验”采用平衡法进行。
3.设备介绍
1）岩石膨胀压力试验仪：优于1级。
2）游标卡尺：量程200mm，分度值0.02mm。
3）千分表：量程5mm，分度值0.001mm。
4）温度计：量程60℃，分度值1℃。
5）钻石机、切石机、磨石机等试件加工设备。
4.试件制备
岩石圆柱体试件；直径50mm，尺寸偏差小于0.1mm；高度20mm，尺寸偏差小于0.2mm；两端面平行。
5.试验步骤
1）测量样品直径、高度，精确至0.02mm；
2）将膨胀压力仪打开预热数分钟，检查仪器是否运转正常，各部件是否完好。
3）将样品用侧限铁箍固定保证侧限有效；然后将样品安装在膨胀压力仪盛水槽中，上下放置两块透水板，安装位移测量板，应使仪器各部位与试件在同一轴线上，不得出现偏心荷载；开始旋转螺杆，轻轻旋转螺杆至手感刚刚接触，观察千分表位移的变化，如千分表指针不再漂移，轻轻旋转螺杆至千分表指针随螺杆旋转而朝一个方向轻轻转动时，则表示样品已紧密接触(切记不可用力旋转螺杆，尽量不可由人为因素导致样品受压过大而至数据偏大)；
4）缓缓注入蒸馏水至盛水槽中，直至淹没透水板，立即清零压力；再次旋转螺杆，观察压力指示器读数，根据样品面积计算并给予100kPa、600kPa的压力初始值后，再次归零；
5）开始时每10分钟读数一次，直至连续30分钟读数不变时至每小时读一次，直至连续3h压力读数不变时，再每24h读数一次，直至15d为止。记录不同时间下膨胀压力值。
6）试验过程中，应保持水位不变，温差不应超过2℃。
7）结束后，应描述试件表面的泥化与软化现象。
6.试验成果分析与探讨
1）测试5组样品上覆100kPa及600kPa下15天膨胀力变化趋势，如下表。
2）下表罗列上述5组样品的自由膨胀率、饱和吸水率、不覆荷载48h膨胀力、块体密度及抗压强度分析比对。
7.结论：
从上覆100kPa及600kPa下15天膨胀力变化趋势表及曲线可以看出，对于不具膨胀力的样品，随着上覆荷载压力值加重，结构受压的同时又经水的长时间浸泡过程中使得内应力衰减、样品软化导致膨胀力测试值逐渐下降而低于原上覆荷载值（100kPa或600kPa）,从而变为负数，且随着浸水时间的延长而日趋衰减。
而对于具有一定膨胀力的样品，经水浸泡初期，岩石结构遇水发生膨胀，随着上覆荷载压力值加重，样品浸水后发生膨胀的抵抗受上覆荷载加重而增大，从而使得膨胀测试值随上覆荷载重力变大而变大。但随着浸水时间的延长，样品部分结构经水的长时间浸泡使得膨胀力测试值有所回落，并日趋稳定，但总体膨胀趋势不变。
8.结束
膨胀岩具有在遇水情况下发生膨胀、崩解，在道路边坡、隧道施工过程中，也会因为岩石的膨胀性问题导致底板隆起、边墙挤出；承载力的不足，引发掌子面失稳，拱顶下沉增大等现象。膨胀岩这些特点引发的工程问题使得我们不得不重新审视设计及施工是否因测试方法的不适宜而存在一定缺陷，膨胀力的试验原理是否需要改进，是否需要将上覆荷载的侧限约束膨胀力试验作为设计参考指标，还需要更多的试验作支撑，这里作为引子浅谈不同荷载时效作用下的侧限约束膨胀力发展趋势。同时也将进一步研究膨胀岩不同情况下的膨胀力发展趋势，作为有力依据为高速铁路的设计与施工提供参考和技术支持。
参考文献
《铁路工程岩石试验规程》TB10115-2014
《铁路工程特殊岩土勘察规程》TB10038-2012
《铁路工程岩土分类标准》TB10077-2001
《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266-2013
《公路工程岩石试验规程》JTG E41-2005
论文作者:李玲1,李建兵2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/9
标签：荷载论文; 岩石论文; 样品论文; 压力论文; 规程论文; 读数论文; 螺杆论文; 《基层建设》2019年第17期论文;