JTJ 054-1994（条文说明） 公路工程石料试验规程.pdf

1、附件公路工程石料试验规程JTJ 054-94 条文说明修订说明遵照交通部工程管理司1990年6月在武汉召开的公路工程水泥海凝土试验规程(JTJ053-83)及公路工程石料试验规程(TJ 054-83)修订方案审议会和1991年2月在北京召开的公路工程材料试验规程修订工作协调会两个会议纪要精神，在发函征求意见和调研的基础上，参照了国内、外岩石力学试验有关规程的规定和要求，尽量采用国内、外试验工作的新成果，结合公路工程特点，力求适用，本公路工程石料试验规程对原JTJ054-83 作了必要的删改和修订。考虑到交通部门原有试验资料较少，条文说明略详。由于某些资料的成熟程度不同，并有一定的局限性，因此，

2、本条文说明只能作使用规程(或标准)时的参考，而不能作为依据。本条文说明由严君弘执笔编写。 59 1总则1. O. 1 1. O. 2 随着高等级公路建设的飞速发展，公路工程对石料的需求量愈来愈大，对石料品质的要求愈来愈高。对于高等级公路路面材料和其它重要结构物采用的石料，必须严格按本规程进行试验，对路面基层、底基层及一般结构物采用的石料，亦应按本规程进行试验。石料在公路工程建设中不但占有重要位置，且需求量特别大。通过试验能科学地鉴定石料(集料)原材料的品质和各项技术性能;通过试验试配能合理地使用原材料;通过试验研究能迅速推广和发展新材料、新技术。在公路工程建设选材时，一定要充分体现优质材料优用

3、的原则。 60 3 物理性质试验3. 1 常用石料岩石学简易鉴定方法(T0201-94)3.1.13.1. 5 岩石学鉴定是天然石料试验室试验的内容之一。岩石学鉴定能更完满地补充石料的物理、力学性质，更正确地判断该石料的适用性。道路建筑用的各种天然石料的物理力学性质，很大程度上决定于岩石的矿物成分，以及这些矿物成分在岩石中的结构和构造。岩石学鉴定的内容包括:石料颜色、岩石学构造(矿物空间排列及空间充填关系)、结构(矿物的结晶程度、大小形态及相互关系)、矿物组成(主要和次要的造岩矿物)等。岩石的分类正是依据上述鉴定结果来决定的。同时，还应描述岩石风化情况(矿物光泽、矿物变化及风化程度)。常用石料

4、岩石学简易鉴定方法就是根据岩石的外观特征，凭肉眼和一些简单的用具(如放大镜、摩氏标准硬度汁、手指甲、小刀、磁铁和稀盐酸等)研究矿物的外形及物理性质，从而有效地鉴定矿物成分，进而确定岩石名称的一种简单的鉴别方法。岩相描述不但能正确地确定岩石名称，还有助于分析和掌握使用各项试验数据。硬度是矿物的一个重要鉴定特征，这次修订充实了这方面的内容。3. 1. 6 为了给使用者提供方便，表1列出几种典型石料岩石学鉴定示例。 61 几种典型石料岩石学鉴定表1工程项目石料产地石料用途试样编号颜色浅红色深灰色冰黄色浅灰色灰黑色构造块状层状块状气孔状气孔状岩结晶程度全晶质完全隐晶质隐晶质结矿粒大小O. 22. Om

5、m 2.05. Omm 母、石英方解石石英斜长石、角闪石倒长石、辉石物分成次要的述次生的化情风矿物光泽光采玻璃光泽玻璃光泽玻璃光泽(黯)矿物变化无显著变化无变化况风化程度新鲜目各经风化轻度风化轻度风化略经风化结论细粒花岗岩微灰晶岩石英中粒砂石岩安山岩玄武岩记录者观测者试验日期3.3 密度试验比重瓶法)(T0203-94) 3.4 密度试验(李氏比重瓶法)(T0204-94) 3.3.1、3.4.1一、本规程将原公路工程石料试验规程)(JTJ054-83) (简称原规程，以下皆同此)比重试验改为密度试验(比重瓶法、李氏比重瓶法)，主要鉴于:1.我国颁布法定计量单位时，考虑到重量一词在物理学上的函

6、义是物体所受的重力，在日常习惯中的涵义则是物体的质量，从而使重量的词义含混不清，故在法定术语中未列入重量这一术语。2.某物质的比重，原义是该物质的密度与4C纯水密度之比 62 值，为无量纲量。比重只是相对密度的特例，因此，比重一词的涵义不太确切。3.本规程中密度的表达式是石料矿质实体(不包括孔隙和空隙体积)单位体积的质量，物理概念明确。二、试验方法的选择岩石(颗粒)密度的测定，常采用静液力学法、比重瓶法或李氏比重瓶法。如测试技术熟练，三者的测试结果基本相同。其差别在于:静液力学法在破体中称量，温度条件控制较好，结果比较稳定;但测试手续繁杂，影响因素较多，不易推广，故本规程未予列入。比重瓶法测试

7、结果稳定，精度高，测试手续简便，是比较成熟的方法，国内、外己普遍采用，现已被我国国家标准岩石试验方法标准(简称国标，后皆同)列为国标，本规程编制时倾向于优先选用该法测定岩石密度。但该法对含水溶性矿物成分的岩石有局限性(取样较少)，当用中性液体作浸液时，温度的变化对其体积影响较大，不易控制，称量不够稳定，易使结果产生偏差。李氏比重瓶法虽也用中性液体煤油作浸液，但在恒温水槽中可直接观测试样放入李氏比重瓶后被体体积的变化，温度易于控制，操作简便，影响因素少。而且，由于取样多，尽管精度低于比重瓶法，但结果重现性好，稳定可靠。结合本部实情，采纳有些单位之建议，本规程在修订中仍保留了该法。但在规程中规定，

8、对含有水洛性矿物成分的岩石宜选用李氏比重瓶法测定密度。现将陕西省水电设计院作的比较试验资料介绍如表2。密度试验方法成果比较表表2岩石名称试样数量比重瓶试验方法李氏比重瓶(组)用煤油用蒸馆水试验方法片麻岩6 2.77 2.74 2.74 砂岩10 2.68 2.67 2.65 3. 3. 3 试样粒径原规程规定将岩石粉碎成能通过O.25mm筛孔，修订后的规替立定必须将试样全部粉碎成能通过O.25mm筛 63 孔，多数规程的规定与此一致，但也有提出通过0.125mm筛孔的。为此，水电部成都勘测设计院科研所用不同岩石进行了对比试验。试验结果表明，当最大粒径加大到1.0mm和0.5mm时，与标准粒径(

9、0.25mm)相比，其差值不超过0.012，说明稍许加大粒径对测试成果影响不大，因此没有必要进一步减小试样粒径。3.3.4、3.4. 4 一、试样烘干标准。原规程只规定烘至恒量，并未提出标准。所谓烘干标准，一般认为是达到质量恒定。所谓质量恒定，有两种标准:-是前后两次称量之差不超过O.05g一是间隔仙，前后两次称量差小于后一次称量值的0.1%。国内多数规程均采用时间控制，但烘干时间的规定并不统一。我国地质矿产部部标岩石物理力学性质试验规程)(简称地矿标，后皆同)有关条文介绍了不同烘干时间对质量影响的对比试验情况，认为用时间控制是可行的。并认为一般岩石烘样6-础，粘土矿物含量较高的岩石烘样8-1

10、0h，即可达到上述标准。G300-81则规定烘12h。国标采用烘干时间不少于仙。水电部成都勘测设计院科研所提供的比较试验成果指出，烘12h与烘26h进行比较，绝大部分试样的差值只有0.02g，个别的达到0.04-0.0栓，均未超过0.05g的要求。为逐步求得统一，本规程规定烘至恒量，一般为612ho二、试样质量。原规程规定取10g石粉，未指明比重瓶容积，参照G301-81及国标有关规定，本规程在修订中采纳了固定试样质量为15g(用100mL比重瓶)或10g(用50mL比重瓶)的规定。三、沸煮时间。原规程规定自悬液沸腾时算起约15_25mino参照国标及其官部标，大多数采用不少于lh，本规程在修

11、订中采纳不少于lh的规定。四、比重瓶大小。国内、外己作过比较试验，一致公认比重瓶大小对测试成果影响不大。现将水电部前长春综合研究所的比较试验资料列于表3，以资参考。据此，在修订规程中仍规定100mL或50mL两种比重瓶均可使用。当然，大的比重瓶可以多取样，能增强试样的代表性，提高测试成果的精度。 64 不同容积比重瓶测定的密度值表3密度(g/cm3 ) 土的名称50mL比重瓶lOOmL比重瓶粘土2.739 2.734 粘土2.765 2.755 砂质粘土2.672 2.674 砂质i帖士;2.634 2.635 砂壤士2. 620 2.620 砂土2.604 2. 600 3.5 毛体积密度试

12、验(静水称量法)(T0205-94) 3.6 毛体积密度试验(蜡封法)5X 10) 10.82 11. 20 2 10.68 11. 00 3 10.38 9.38 4 10.08 9.36 5 9.80 9.36 6 8.90 9.30 7 8.57 8.78 平均值9.89 9.78 一一一一一一L一一一一一L_ 三、试样制备精度要求:本规程是参照国内、外有关资料提出的，现将有关资料列于表5，以资参考。根据水电规程提供的技术资料，从巳车制的花岗岩、石灰岩、各类石英砂岩和粘土岩的试样来看，制样精度均能达到本规程规定的标准;地矿部水文地质工程地质研究所采用钻石机和平面磨床加工试样，其端面不平整

13、度误差在O.05mm以内，端面和轴线垂直度偏差不超过0.250。端面不平整度包括端面弧度，端面弧度对试验结果影响较大.不允许出现。 72 试样制备精度表表5直径误差端面平整度轴向偏差资料来源(mm) (mm) 0.3 0.02 O.OOlrad 国际岩石力学委员会0.05 0.03 0.05mm 国际岩石力学局0.127 0.025 美国材料试验学会0.025 0.025 0.25。加拿大采矿研究所0.1 0.025 日本矿业规程0.3 0.05 0.25 国标、地矿标、水电规程L一一一一一一一一4.1.2 试件两端承压板的直径不应小于试样直径，也不宜大于试样直径的两倍。4. 1. 4 试件饱

14、水，原规程规定按饱水率试验方法处理。根据本条文说明3.8.4.二吸水稳定标准，试件在自由浸水48h后可达到绝对吸水率的94%.继续浸水的吸水量很小，说明在此期间内完全能够反映岩石试样的吸水特征。同时考虑到与国内大多数规程规定取得一致，本规程规定按吸水率试验方法对试件进行饱水处理。并规定试件在完全被水淹没后再自由吸水48h。4. 1. 5 由于岩石试样是各向异性的非均质体，各单块试样单轴抗压强度的测试值之间往往差异较大，为此，特制订本规程4.1. 5. 2 之规定。4.2 间接抗拉强度试验(劈裂法)(T0214-94) 4. 2. 14. 2. 4 一、岩石的抗拉强度是岩石的重要力学指标之一。国

15、内外现行的两类抗拉试验方法，即直接拉伸法和间接拉伸法，各有其优缺点。前者采用单轴拉伸测定岩石抗拉强度，适用于各类性质的岩石，但操作较复杂，试验技术难于解决，本规程暂未列入此法。后者假定岩石为弹性介质，应用弹性理论间接测定，对坚硬脆性岩石较 73 适用;同时，用劈裂法测定岩石的抗拉强度，比用其它方法简便，测定结果也较稳定。目前，我国大多数试验规程均采用此法测定岩石的抗拉强度。二、用劈裂法测定的岩石抗拉强度值取决于试样形状和加荷条件的某种函数特征值。许多资料表明，用这种方法测定岩石的抗拉强度，其结果随垫条材料尺寸的不同而有所差异。不同规程对垫条材料、尺寸有不同的规定。考虑到目前对垫条材料、试样尺寸

16、的研究还不够充分，各自的优缺点尚难判定，本规程仍采用直径为2mm钢丝作垫条。三、关于试样形状和尺寸，国内规程尚不统一。劈裂法测定抗拉强度的计算公式和理论分析均以圆断面为基础。但国内外研究者曾证明，在一对集中力的作用下，正方形平面中心的最大拉应力，与在一对轴向力的作用下圆片中心的最大拉应力相近。有关单位的对比试验也表明，两者的抗拉强度非常接近。因此，本规程仍保留原规程的规定，圆柱体试件和正立方体试件均允许采用。四、测定岩石层面的抗拉强度时，不要将垫条放在层面上，应放在层面的侧面，垫条的方向与层面垂直。4.3 抗剪强度试验(T0215-94)4. 3.14. 3. 5 一、岩石的抗剪强度是岩石力学

17、性质的重要指标之一。二、对试样加工精度的要求必须严格控制在允许误差范围内。如试样加工误差大，则会引起剪切面应力分布不均匀，应力集中导致试悻过早破坏或局部破坏。三、关于试样的放置角度，有些资料认为，以30070。为好。放置角度小于30。时，试样主要受压应力破坏;放置角度大于70。时，易产生力偶作用。湖北省地质实验室曾用水泥砂浆混凝土进行过比较试验。从剪断情况看，当放置角度小于45。时，沿剪力方向两侧有压碎现象，剪切面似鞍型，说明是应力集中造成的;当放置角度大于45。时，试样主要是剪力破坏，剪断面较平齐。本规程在修 74 订中将原规程规定的试件的放置角度在20070。的范围内变化改为在45070。

18、范围内变化，间隔为5。是合适的。当抗剪断强度曲线向下弯曲时，随正应力的增加，内摩擦角#偏低，凝聚力C值偏高。在这种情况下，c ，t值实际上决定于选择的试验角度。在高角度下试验，C值与抗剪切强度相近;在低角度下试验，C值明显偏高。因此，本规程规定，试件的放置角度不得少于4个，一般可取45。、50。、55。、6000四、抗剪断强度参数c_t可按下式计算:nir.-t三Jrl=tgFl=;=l n-.2 1=1 1=1 三jO r. - Oi .r. c .1 1= n树一.21=1 1=1 式中:t 内摩擦角;C一一剪切面上的凝聚力，MPa。(1) (2) 五、本试验测得的内摩擦角计算至分;凝聚力

19、计算至小数点后一位。六、滚轴摩擦系数f按下式计算:f=i nd 式中:n 为漉轴根数;d一一为滚轴直径，mm。4.4 抗折强度试验(T0216-94)4. 4. 1 4. 4. 5 (3) 一、抗折强度是岩石板材、条石基础、条石路面等建筑材料的一项重要力学指标。二、国际材料与结构试验研究协会有关规程中规定，抗弯试验 75 试样的跨距必须为高度的3倍以上。本规程规定跨径为ZOOmm。4. 5 抗压静弹性模量试验(杠杆引伸仪法)(TOZ17一-94)4.6 抗压静弹性模量试验(电阻应变仪法)(TOZ18 -94) 4.7 抗压静弹性模量试验(镜式引伸仪法)(TOZ19 94) 4. 5、4.6、4

20、.7 岩石变形试验方法的选择目前，测量变形的仪表主要有杠杆引伸仪、电阻应变仪、千分去及镜式寻|伸仪等。杠杆引伸仪、千分表和镜式引伸仪是一种机械式测量立移的仪表，将它装在不同的支架上，可以测得各种不同形式的位移，测试周期短，因而在变形测试工作中采用得较广泛。特别是测定饱水状态下或颗粒粗大的岩石试样，此法较为适宜。电阻应变仪法从全面讲是日前变形测试中应用最广泛的一种方法，它具有较高的精度，适合于大多数情况下的变形试验，而且可以连续观测到屈服强度(钢材)前的变形情况。但是，电阻应变仪法对电阻应变片粘贴技术要求高，特别是使用小标距电阻应变片时，因测量标距较短，不能完全反映整个试样的状态，建议有条件时尽

21、量采用大尺寸的电阻应变片。4.5. 1. 1 岩石的变形性是研究岩石力学问题的重要内容之一，是公路工程地质勘察中对岩石力学性质评价的必不可少的依据。根据公路系统工作的特点，本规程只列室内变形试验。4.5.3 试样的形状和尺于国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会的岩石力学试验建议方法中指出，变形试验的试样形状和尺寸与单铀抗压强度试样相同(高径比为Z.53. 0)。本规程采用高径(边长)比等于3。太原工学院土木系用边长150mm的混凝土棱柱体进行的试验指出，在高径(边长)比为2和3的两种情况下，测得的弹性模量值相差不超过1% 0 4.5.4.11 一、加荷速度。在岩石变形试验中，加荷速度主

22、要采用时间控制和荷载控制。用时间控制的，如芜田和日本的规程所作规定与单轴抗压强度的加荷速度一致。国内有关规程均采用荷载控制.其加荷速度略低于单轴抗压强度试验。原规程规定的加荷速度比单轴抗压强度试验低的很多，只有O.017 O. 033MPa胆，这样低的速度，不但人为地提高了岩石的抗压强度，而且对塑性岩石会产生显著的时间效应，混淆瞬时变形和蠕变之间的界限。据此.参照当前国内外规程的规定和研究资料，在修订规程中使岩石变形试验和单轴抗压强度试验的加荷速度取得一致是合理的。二、加荷方式。为了测定岩石变形特征的各项指标，本规程规定采用一次连续加荷的方式。如果没有连续纪录装胃、贝IJ要求在选定加荷区间内取

23、等间隔荷载，记录相应的应变量或变形量。并规定，至少应记取10个读数，以便绘制纵向和横向的应力一应变曲线。4.8 点荷载试验(T022094)4.8 试验原理根据国内外一些学者对在点荷载作用下弹性球体的应力状态的数学分析、有限单元分析、及材料在点荷载作用下破坏机制的研究，得到基本一致的结果是:试样在斗士点荷载作用下破坏，主要是由于加荷轴上的切向拉应力引起的，试样的破坏性质是属于拉裂。因此有可能直接用点荷载强度计算抗拉强度。通过三维光弹试验证明，不同形状的试样在点荷载的作用下，其加荷轴附近的应力状态基本相同。这就为采用不同形状及不规则试样进行点荷载试验提供了依据。4.8. 1. 14.8. 1.3

24、 将岩石试样置于上下两个球端圆台状加荷器之间，对试样施加集中荷载，直至试样破坏，通过H-算求得试样的点荷载强度，这就足点向载试验。无论是岩心样(径向或轴向)、切割成的方块体样或未力rlm割的不规则样，均可进行点荷载试验。使用携带式点荷载仪，或实验室的试验机(配备点荷载加荷装置)都可完成这种试验， 77 故在现场和室内均可进行。用点荷载强度预估单轴抗压强度和抗拉强度，已由大量对比试验证实是可行的。有资料表明，通常单轴抗压强度是点荷载强度的2025倍，抗拉强度是点荷载强度的1.53倍。这虽然只是种近似关系，但对于规则选点及可行性研究是足能满足要求的。因为大多数岩石具有各向异性的特点，所以测量其强度

25、各向异性具有普遍意义。用点荷载试验测定岩石强度各向异性，比其它常规试验优越。只要分别对垂直和平行岩石的层理或各种软弱面进行试验，就可以得到岩石的最大和最小强度。岩石的各向异性程度可以用各向异性指标I叫50)来表征。lo(町等于最强与最弱方向的点荷载强度之比，即10(50)= 1(50)上/1叫50)矿。I峭的值越大，岩石的各向异性愈明显。4.8.3 试样4.8.3.2.3 像所有的岩石强度那样，岩石点荷载强度也因试样的含水率不同而有变化。因此，同一组试样应有相同的含水状态。只要可能，都应测试样的含水率和饱和度值，并注明试样的储存情况，特别是试样存放的时间等。4.8.3.2.4 本规程要求岩心样

26、每组5lO个;方块体或不规则体试样每组1520个，如果岩石是明显各向异性的，还应再分为平行与垂直层理加荷的两个亚组，每组试样不少于15个，这主要是为了保证测试精度。4.8.4.6 在试验中，应注意观察和描述试样的破坏特征，例如:试样破裂面全部是新鲜平直的;全部是沿原有裂面破裂的;部分是新鲜断面，部分是原有裂面，呈拐弯状破坏等。对此，应分别j1t:忖强度统计，这有利于分析成果的代表性。4.8.5.3 荷载强度试验段距离D应是在破坏瞬间测量的。在对软岩进行试验时，加荷锥头常有一定的嵌入度。破坏瞬间的U值，可以在试样破坏时由试验框架立柱上的标尺得到，也可以用卡尺或钢卷尺对准试样破坏面上加荷留下来的两

27、个凹瘾直接测量得到。 78 5 公路工程石料技术标准(M0201-94)从目前所收集到的技术资料得知，国内只有石料方面的试验规程(方法)，尚无单列的强度技术标准。1991年2月在北京召开的公路工程材料试验规程修订工作协调会，要求制订交通行业公路工程石料技术标准，为此，我们又进行了大量的调研工作，从现在所掌握的技术资料来看，要制订出与单轴抗压强度试件规格高径(边长)比为2相配套使用的石料技术标准还有些困难。鉴于以上情况，这次修订石试规程时，仍以原国标沥青路面施工及验收规范中所列的道路建筑用天然石料等级及技术标准作为公路工程石料技术标准。该标准与原规程公路工程石料试验规程(JTJ054-83)附录

28、一道路建筑用天然石料按强度技术分级标准大同小异，一、二、三级石料技术指标基本相同，只是把附录一规定的石料等级从五级改为四级，并增加了洛杉矶磨耗率试验标准。上述两个标准存在同问题，均只提出强度标准，而未指明制订强度标准时所采用的试件规格。为此，我们又进行了专项调研，走访了GB92-86编写单位。据介绍，以上标准引自原苏联，规格为50mmX 50mm X 50mm的方块试件。据此，我们在表5.o. 1后加了注。石料饱水抗压强度试验按本规程T0213-94试验方法进行。 79 (京)新登字091号中华人民共和国行业标准公路工程石料试验规程JTJ 054-94 (附条文说明)交通部第二公路勘察设计院插图设计:汪萍正文设计:崔凤莲责任校对:杨杰人民交通出版社出版发行(100013北京和平里东街10号)各地新华书店经销北京凯通实业总公司印刷印刷开本:850X1168古印张:2.75字数31994年12月第l版1994年12月第1版第1次印刷印数:000 1 -30000册定价:12.00元统一书号:15114 0004