脆性是巖石的一項(xiàng)基本力學(xué)性質(zhì),，理解巖石的脆性對(duì)巖石的破壞行為，巖石在機(jī)械作用下的破碎過(guò)程是至關(guān)重要的,，但是目前在巖石學(xué)界并沒(méi)有對(duì)巖石的脆性形成一致的描述和測(cè)量方法,。
研究人員從各自的研究結(jié)果對(duì)巖石的脆性作出了不同的定義。Hetenyi于1966年定義巖石的脆性是低延展性,。Ramsey于1967年對(duì)巖石脆性的定義是當(dāng)巖石內(nèi)部的凝聚力破壞后,，巖石就變?yōu)榇嘈缘牧恕bert和Duvall于1967年將巖石的脆性定義為：像鑄鐵和巖石等材料在達(dá)到或稍微超出其屈服應(yīng)力時(shí)就會(huì)發(fā)生斷裂破壞的性質(zhì),。脆性被定義為材料在發(fā)生破壞時(shí)表現(xiàn)出的極小或者無(wú)塑形流動(dòng)的性質(zhì),。
Hucka和Das指出，雖然巖石脆性的概念尚沒(méi)有精確的定義,，但對(duì)于較高脆性的巖石,，觀察到其具有以下一些特性：低延展性，斷裂破壞,，在壓力作用下形成巖石粉末,，抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值較高，高彈性,，較大的內(nèi)摩擦角和在被侵入時(shí)會(huì)形成較多的裂紋,。George認(rèn)為巖石脆性是巖石材料的一種性能,，即在巖石發(fā)生持續(xù)變形的過(guò)程中不出現(xiàn)由于施加的應(yīng)力超過(guò)使巖石產(chǎn)生微裂紋的必要應(yīng)力而引起的永久變形。由于巖石脆性的定義只是描述了巖石在具體應(yīng)力條件下變形和破壞的性質(zhì),，所以至今還沒(méi)有一個(gè)測(cè)量巖石脆性的標(biāo)準(zhǔn),。目前有五種常用的標(biāo)示巖石脆性的方法，即巖石的脆性值可以通過(guò)應(yīng)變,、應(yīng)變能,、巖石內(nèi)摩擦角、抗拉和抗壓強(qiáng)度或者專門的試驗(yàn)得到,。
1) 基于應(yīng)變的方法
2) 基于應(yīng)變能的方法
在這種方法中,，脆性定義為：
式中，S20—NTNU預(yù)測(cè)模型中一個(gè)沖擊試驗(yàn)得到的巖粉（<11.2mm）的百分比,。
因?yàn)榛趶?qiáng)度比和專門試驗(yàn)的脆性定義簡(jiǎn)單且容易獲得,，所以經(jīng)常用于工程分析。根據(jù)相關(guān)性分析,，Kahraman于2002年得到這樣的結(jié)論：B5,、B6與TBM的掘進(jìn)速率、旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的掘進(jìn)速度,，B8與沖擊鉆機(jī)的掘進(jìn)速率之間存在相關(guān)性,。相反，B5,、B6與沖擊鉆機(jī)的掘進(jìn)速度,，B8與旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的掘進(jìn)速率之間沒(méi)有明顯相關(guān)性。B7與旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的掘進(jìn)速率有良好的相關(guān)性,。這主要是由于TBM,、旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)和沖擊鉆機(jī)的破巖過(guò)程不同造成的。沖擊是沖擊鉆機(jī)的主導(dǎo)因素,，這個(gè)過(guò)程與沖擊試驗(yàn)的過(guò)程很相似,。因此，B8,、B9更適合與沖擊鉆機(jī)的掘進(jìn)速率相關(guān)聯(lián),。TBM和旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的破巖過(guò)程主要是刀具或貫入器侵入巖石，巖石被壓碎,，產(chǎn)生裂紋并傳播,，行程巖片。這個(gè)過(guò)程與巖石的抗拉強(qiáng)度有關(guān),，所以,，B5、B6,、B7更適合關(guān)聯(lián)TBM和旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的掘進(jìn)速率,。
B5定義為單軸抗拉強(qiáng)度與巴西抗拉強(qiáng)度的比值，用于分析巖石材料脆性對(duì)刀具入侵巖石和TBM掘進(jìn)的影響,。一般來(lái)說(shuō),，隨著B5的增大，巖石的脆性隨之增大,。
脆性試驗(yàn)
脆性試驗(yàn)一般和Sievers-J小鉆試驗(yàn)一起用于測(cè)試巖石的可鉆性指數(shù)（DRI）,。
1) 取樣
巖石試樣應(yīng)具有巖相學(xué)和力學(xué)性質(zhì)方面的代表性。避免使用風(fēng)化的巖石試樣是非常重要的,，由爆破而造成的帶有裂縫的巖塊或曾在高地應(yīng)力（各向異性的）狀態(tài)下的巖塊也要避免作為試樣使用,。
為了獲得可靠的試驗(yàn)結(jié)果，每個(gè)試樣的質(zhì)量都應(yīng)該達(dá)到15-20kg,。一個(gè)試樣可能包括多個(gè)巖塊（每個(gè)巖塊的最小質(zhì)量是0.5kg）,。當(dāng)需要鉆取巖芯取得試樣時(shí)，巖芯直徑必須大于32mm,，所取試樣的************也大于10kg,，質(zhì)量達(dá)不到的試樣也能使用，但平行脆性試驗(yàn)數(shù)就會(huì)減少,，結(jié)果的差異性會(huì)變大,。
當(dāng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)脆性試驗(yàn)所需的必要的試驗(yàn)材料很難取到或需花費(fèi)很多才能取到時(shí)，可以考慮進(jìn)行Mini-DRI試驗(yàn),，在大多數(shù)情況下,，做這樣的試驗(yàn)，幾百克的樣品材料就足夠了,。
2) 試驗(yàn)原理及步驟
目前,，在Trondheim的挪威科技大學(xué)盧威科學(xué)院工程地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室具有進(jìn)行巖石脆性（DRI、BWI和CLI）試驗(yàn)的設(shè)備,，并積累了長(zhǎng)期的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),。韓國(guó)國(guó)立首爾大學(xué)仿照NTNU的設(shè)備自制了一套相同的設(shè)備。還有一些大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)也由購(gòu)置相關(guān)設(shè)備的計(jì)劃,。
赫爾辛基技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)了升級(jí)版的DRI試驗(yàn),，它需要比標(biāo)準(zhǔn)DRI試驗(yàn)更少的試驗(yàn)材料，必要的試驗(yàn)材料時(shí)按照一定順序排列的長(zhǎng)625px直徑800px的巖芯,。
脆性試驗(yàn)中通過(guò)對(duì)巖石的反復(fù)沖擊,，很好地對(duì)巖石抵抗沖擊破碎的能力進(jìn)行測(cè)量。脆性試驗(yàn)首先是由Matern和Hjelemer于1943年在瑞典提出的,。出于不同的應(yīng)用,，后來(lái)陸續(xù)產(chǎn)生了幾個(gè)不同的版本。試驗(yàn)過(guò)程的示意圖如下所示,。
圖2 脆性試驗(yàn)示意圖
脆性試驗(yàn)主體是一個(gè)巖石沖擊試驗(yàn),，其主要試驗(yàn)步驟如下：
（1） 巖石在顎式破碎機(jī)中按照規(guī)定的程序破碎,，顎式破碎機(jī)的出料口大小取兩次篩分間隔的平均值13.6mm。
（2） 破碎后的巖石先經(jīng)過(guò)16mm孔徑篩分儀器的篩分,，接著再進(jìn)行一次11.2mm篩分儀器的篩分,。粒徑大于16mm的巖石碎塊用于測(cè)量巖石的密度，其干密度由烘干過(guò)后的巖石質(zhì)量除以體積得到,，其中巖塊質(zhì)量由電子天平秤稱得,，精確到0.01g。
（3） 在得到的粒徑為11.2~16mm的巖石碎塊中取體積為4725px3（相當(dāng)于500g密度為2.65g/ cm3的巖石碎塊）的巖石碎塊作為一次試驗(yàn)的試樣,。
（4） 將試樣放入特定的研缽中,，用14kg的重錘對(duì)其進(jìn)行重?fù)簦劐N的下落高度為625px,，重?fù)舸螖?shù)為20次,。
（5） 將經(jīng)過(guò)重?fù)舻脑嚇釉儆?1.2mm篩分儀器進(jìn)行篩分。脆性值（S20）是通過(guò)11.2mm孔篩的巖石碎塊所占的百分比,。脆性值取3~5次的平均值,。
3) Mini-DRI脆性試驗(yàn)
在很多情況下，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的DRI試驗(yàn)所必須的試驗(yàn)材料很難取得或需要花費(fèi)很多,。因此,，挪威科技大學(xué)/盧威科學(xué)院修改了標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法，修改后的試驗(yàn)方法用很少的試驗(yàn)材料就能進(jìn)行巖石的脆性（可鉆性）試驗(yàn),。這些修改基于試驗(yàn)儀器的縮小,，以達(dá)到所使用試樣的體積和粒徑都比標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)小的目的。
此外,，試驗(yàn)中還要進(jìn)行足夠數(shù)量的平行試驗(yàn)以找出修改的試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)之間的關(guān)系,。
在修改的試驗(yàn)中，試驗(yàn)所用的試樣的粒徑大小由11.2mm~16mm減小到2~4mm,，試樣的質(zhì)量由500g下降到15g（試樣密度為2.65g/cm3）,，研缽蓋子的質(zhì)量由4025g降到115g，錘擊的質(zhì)量由14kg降到390g,。研缽中試樣體積的高度與寬度的比值把持不變,，其他的參數(shù)也保持不變。
初步的試驗(yàn)結(jié)果：基于試樣數(shù)量的限制,，試驗(yàn)結(jié)果是很有前景的,。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了修改的試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)由良好的相關(guān)性，兩種試驗(yàn)中脆性值（S20）的相關(guān)系數(shù)R2=0.8,。
相比于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn),，縮小的試驗(yàn)更容易受巖石粒徑和葉理的影響。因此，與試樣尺寸大小相關(guān)的參數(shù)將會(huì)隨巖石類型和粒徑大小的變化而變化（也很可能是其它因素）,。Mini-DRI試驗(yàn)肯定比標(biāo)準(zhǔn)DRI試驗(yàn)具有更多的不確定性,。
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