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堅(jiān)固性系數(shù)（f）檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-29 02:41:19 更新時(shí)間：2025-07-28 02:41:20

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

堅(jiān)固性系數(shù)（f）檢測(cè)概述

堅(jiān)固性系數(shù)（f），通常指材料的堅(jiān)固性系數(shù)，是一個(gè)衡量材料（尤其是巖石、混凝土、骨料等工程材料）抵抗外力破壞能力的綜合性指標(biāo)。它常用于礦山工程、土木工程、地質(zhì)工程等領(lǐng)域，是評(píng)價(jià)巖體穩(wěn)定性、選擇開采方法、設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)以及評(píng)估建筑材料耐久性的重要參數(shù)。該系數(shù)通常與材料的單軸抗壓強(qiáng)度（Rc）存在直接換算關(guān)系（常用公式如f = Rc / 10，單位為MPa），但具體定義和測(cè)定方法可能依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用場(chǎng)景有所差異。

對(duì)堅(jiān)固性系數(shù)（f）進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的檢測(cè)至關(guān)重要。它不僅關(guān)系到工程設(shè)計(jì)和施工的安全性與經(jīng)濟(jì)性，也是確保工程結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。通過檢測(cè)，可以量化材料的力學(xué)性能，為巖體分級(jí)、材料選用、工藝參數(shù)制定提供直接、可靠的依據(jù)。規(guī)范的檢測(cè)程序、合適的儀器設(shè)備以及嚴(yán)格參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是獲得可信檢測(cè)結(jié)果的關(guān)鍵。

檢測(cè)項(xiàng)目

堅(jiān)固性系數(shù)（f）檢測(cè)的核心項(xiàng)目是測(cè)定材料的單軸抗壓強(qiáng)度（Rc）。這是計(jì)算f值的基礎(chǔ)和首要步驟。對(duì)于巖石等天然材料，檢測(cè)項(xiàng)目還可能包括：

1. 巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)（Is(50)）測(cè)定：這是一種間接測(cè)定巖石單軸抗壓強(qiáng)度的快速、簡(jiǎn)便方法（通常有經(jīng)驗(yàn)公式：Rc ≈ K * Is(50)，其中K為轉(zhuǎn)換系數(shù)）。
2. 巖石密度測(cè)定：了解材料的密度有助于數(shù)據(jù)分析和結(jié)果解釋。
3. 巖石含水狀態(tài)記錄：材料的含水狀態(tài)對(duì)其強(qiáng)度有顯著影響，需明確試樣狀態(tài)（天然含水、飽和或干燥）。
4. 巖石完整性觀察：記錄試樣的裂隙、節(jié)理等結(jié)構(gòu)特征，這對(duì)評(píng)估巖體整體堅(jiān)固性和工程性質(zhì)非常重要。

檢測(cè)儀器

進(jìn)行堅(jiān)固性系數(shù)（f）檢測(cè)，主要依賴以下儀器設(shè)備：

1. 萬能材料試驗(yàn)機(jī)/壓力試驗(yàn)機(jī)：這是測(cè)定單軸抗壓強(qiáng)度的核心設(shè)備。它應(yīng)具備足夠的加載能力（通常在幾十kN到幾千kN不等，視材料強(qiáng)度而定）、精確的荷載測(cè)量系統(tǒng)（精度不低于1%）和可控的加載速率。
2. 巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)儀：用于快速測(cè)定巖石的點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)（Is(50)）。它由加載框架（液壓或機(jī)械）、錐形或球狀壓頭、荷載測(cè)量裝置（壓力表或傳感器）和距離測(cè)量裝置（游標(biāo)卡尺或位移傳感器）組成。
3. 巖石切割機(jī)與磨平機(jī)：用于將巖石試樣切割、打磨成符合標(biāo)準(zhǔn)要求的圓柱體或立方體（常用于單軸抗壓試驗(yàn)）。
4. 烘箱/干燥箱：用于制備干燥狀態(tài)的試樣或測(cè)定含水率。
5. 抽真空飽水設(shè)備/水槽：用于制備飽和狀態(tài)的試樣。
6. 游標(biāo)卡尺/電子數(shù)顯卡尺：精確測(cè)量試樣的尺寸（直徑、高度、加載點(diǎn)間距等）。
7. 電子天平：測(cè)量試樣的質(zhì)量。

檢測(cè)方法

堅(jiān)固性系數(shù)（f）的檢測(cè)主要通過以下兩種核心方法完成：

1. 單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)法（直接法）： * 試樣制備：將巖樣加工成標(biāo)準(zhǔn)的圓柱體（通常直徑50mm，高徑比2:1）或立方體（邊長(zhǎng)50mm或70mm），兩端面需平行且平整光滑。 * 狀態(tài)調(diào)節(jié)：根據(jù)需要將試樣調(diào)節(jié)至天然含水狀態(tài)、飽和狀態(tài)或干燥狀態(tài)。 * 尺寸測(cè)量與記錄：精確測(cè)量試樣尺寸，計(jì)算受壓面積。 * 加載試驗(yàn)：將試樣置于壓力試驗(yàn)機(jī)承壓板中心，以恒定的加載速率（如0.5-1.0 MPa/s）施加軸向壓力，直至試樣破壞。 * 數(shù)據(jù)記錄：記錄破壞時(shí)的最大荷載（P_max）。 * 強(qiáng)度計(jì)算：單軸抗壓強(qiáng)度 Rc = P_max / A (A為試樣初始橫截面積)。 * f值計(jì)算：根據(jù)定義公式計(jì)算f值，最常用公式為 f = Rc / 10 (Rc單位MPa)。

2. 點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)法（間接法）： * 試樣制備：試樣可以是規(guī)則或不規(guī)則塊體（如巖芯段、不規(guī)則塊、方塊），但需滿足加載點(diǎn)間距（D）的要求（30-85mm）。常用巖芯試樣（軸向或徑向測(cè)試）或塊狀試樣（徑向或方塊體測(cè)試）。 * 狀態(tài)調(diào)節(jié)：根據(jù)需要調(diào)節(jié)試樣狀態(tài)。 * 加載與破壞：將試樣置于點(diǎn)荷載儀的兩壓頭之間，使壓頭沿試樣徑向或軸向加載。施加壓力直至試樣破壞。 * 數(shù)據(jù)記錄：記錄破壞荷載（P）和破壞瞬間兩壓頭尖端間距（D）。 * 指數(shù)計(jì)算：計(jì)算未經(jīng)修正的點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù) Is = P / D2。 * 尺寸修正：將Is修正到等效巖芯直徑50mm時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值 Is(50) = F * Is (F為尺寸修正因子，可通過查表或經(jīng)驗(yàn)公式獲得)。 * Rc估算與f值計(jì)算：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（如 Rc ≈ 24 * Is(50)）估算單軸抗壓強(qiáng)度Rc，再根據(jù)f = Rc / 10 計(jì)算f值?；蛑苯永?Is(50) 與 f 的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

堅(jiān)固性系數(shù)（f）的檢測(cè)必須嚴(yán)格遵循相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以確保結(jié)果的科學(xué)性、可比性和權(quán)威性。主要標(biāo)準(zhǔn)包括：

1. 巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)： * GB/T 50266-2013 《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》 - 第2章巖塊試驗(yàn)：2.1 單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。 * ASTM D7012-14e1 《Standard Test Methods for Compressive Strength and Elastic Moduli of Intact Rock Core Specimens under Varying States of Stress and Temperatures》。 * ISRM Suggested Methods: Determining the Uniaxial Compressive Strength of Rock Materials。

2. 巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)： * GB/T 50266-2013 《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》 - 第2章巖塊試驗(yàn)：2.11 點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)。 * ASTM D5731-16 《Standard Test Method for Determination of the Point Load Strength Index of Rock and Application to Rock Strength Classifications》。 * ISRM Suggested Methods: Suggested Method for Determining Point Load Strength。

3. 堅(jiān)固性系數(shù)（f）的定義與應(yīng)用（?；谄帐戏旨?jí)法）： * 該方法雖然最初源于工程實(shí)踐（M.M.普羅托季亞科諾夫），但在我國礦山、隧道等工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其核心參數(shù)f值的測(cè)定通常是基于上述強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果。 * 相關(guān)工程規(guī)范或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如煤礦、金屬礦、隧道設(shè)計(jì)施工規(guī)范）中會(huì)引用f值作為巖體分級(jí)或設(shè)計(jì)依據(jù)，這些規(guī)范會(huì)指定依據(jù)GB/T 50266或其他認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試來計(jì)算f值。

執(zhí)行檢測(cè)時(shí)，必須仔細(xì)閱讀并遵循所選標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)規(guī)定，包括試樣尺寸要求、狀態(tài)調(diào)節(jié)方法、加載速率、數(shù)據(jù)采集精度、計(jì)算公式等所有環(huán)節(jié)，確保檢測(cè)過程與結(jié)果的合規(guī)性。