实验室液压测试系统在岩石点荷载强度试验（Plt）中扮演什么角色？实现精确的岩石强度指数结果

实验室液压测试系统在点荷载强度试验（PLT）中的主要作用是使用锥形压板将集中、高精度的载荷施加到岩石试样上。通过保持稳定的加载速率，液压系统确保岩石在受控条件下破坏，从而生成计算点荷载强度指数（$I_{s(50)}$）所需的数据。

核心要点 液压系统是试验背后的精确引擎，将液压压力转化为集中的机械力。其在加载过程中保持稳定性的能力是获得可靠强度指数的关键因素，这使得工程师能够经济高效地估算岩层的不排水抗剪强度（UCS）。

液压加载的力学原理

在点荷载强度试验中，液压系统并非将压力施加到试样表面的整个区域。相反，它将锥形压板压入岩石试样。

液压机构必须能够以高度集中的方式施加这种力。这会产生点破坏而非整体压缩破坏，这是该特定试验的定义特征。

试验数据的可靠性完全取决于液压压力随时间的变化行为。系统必须确保压力以稳定、无波动的速率增加。

无论是在圆柱形试样的轴向（沿长度方向）还是径向（沿直径方向）进行试验，液压输出都必须保持一致。液压压力的突然尖峰或下降将使结果无效。

液压系统的直接输出是岩石破坏瞬间的力数据。这些数据用于计算点荷载强度指数 ($I_{s(50)}$)。

液压机的稳定性在此至关重要。如果没有稳定的力施加，产生的指数值将是混乱的，使试验对工程分析无用。

使用这种液压装置的最终目标通常是得出不排水抗剪强度 (UCS) 的估算值。

虽然完整的 UCS 测试需要复杂的样品制备和特定的行业标准加载（例如 ISRM 建议），但 PLT 提供了一种更快捷的替代方法。液压系统可以快速测试多个样品，提供与岩石真实抗压强度相关的经济高效的参考值。

至关重要的是要理解，虽然 PLT 中的液压系统提供了精确的力数据，但由此产生的 UCS 值是估算值，而非直接测量值。

直接 UCS 测试涉及将连续的垂直轴向载荷施加到特定的破坏点以捕获峰值应力。PLT 使用集中的点载荷来推断此特性。因此，虽然 PLT 很高效，但对于关键安全计算，它可能缺乏全面 UCS 测试的绝对确定性精度。

PLT 的简单性在很大程度上依赖于液压控制的质量。

如果液压系统缺乏精度或无法保持稳定的加载速率，则 $I_{s(50)}$ 与 UCS 之间的相关性就会崩溃。引入“噪声”或压力波动的低质量液压组件可能导致岩石分类出现重大错误。

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Daniela Tomaz Alves, Afonso Rangel Garcez de Azevedo. Technological evaluation of stones from the eastern region of the state of São Paulo, Brazil, for railway ballast. DOI: 10.1038/s41598-024-83929-9

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .