岩石单轴抗压强度试验结果不确定度的评定

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1、2014年5月JiangsuScience&TechnologyInformationMay，2014岩石单轴抗压强度试验结果不确定度的评定杭荣胜，范健，范宽鹏（江苏省地质调查研究院，江苏南京210018）摘要：为评定岩石单轴抗压强度试验结果的测量不确定度，文章以φ75mm岩芯样为例建立了不确定度计算的数学模型，分析产生测量不确定度的主要来源，讨论了某些因数产生的相对标准不确定度分量，并合成了标准不确定度，得出抗压强度试验结果的扩展不确定度，给出了最终测量结果的表达式。关键词：单轴抗压强度试验；测

2、量不确定度；标准不确定度；扩展不确定度0引言岩石抗压强度是反应岩石力学性质的主要指标，它是岩体工程分类、工程稳定性评价、地质灾害治理及防治计算中必不可少的指标。试验研究表明，岩石抗压强度受一系列因素的影响与控制。这些因素包括2个方向，一方面是岩石本身方面因素的影响，如岩石的孔隙、湿度、层理裂隙的发育程度、风化程度、胶结物等；另一方面是试验条件、试件的形状、大小、高径比、及加工精度、加荷速率等。而所用计量仪器准确程度、不确定度的评定是否合理也决定岩石抗压强度试验的结果准确性。本次研究仅以岩石单轴抗压强度

3、测量为例，进行测量结果的不确定度评定。1概述1.1测量依据：GB/T50266—1999《工程岩体试验方法标准》。1.2环境条件：室温10～35℃，湿度20%～75%。1.3测量仪器：1级液压(100kN)万能试验机，游标卡尺（0-250mm）。1.4测量过程：采用高径比2∶1的标准岩石试件，利用材料试验机对岩石进行单轴抗压破坏试验，以手动控制速率按标准要求施加轴向应力直至破坏，记录岩石破坏时所需最大的力（Fm），岩石抗压强度δm等于试验过程中的最大力Fm与试块面积S0之比。1.5使用对象：测量结果符

4、合以上条件均可直接使用本不确定度评定法。2数学模型R=（Fm/S0）Tε×λ×J（1）式（1）中：R—岩石抗压强度，单位MPa；S0—岩石面积，单位mm2；F—破坏荷载，单位N；T—环境温度；ε—环境湿度；λ—应变（负荷）速率；J—数据修约。式（1）即为在规定的温度、湿度及应变（负荷）速率下，岩石试块抗压强度测量过程的数学模型。3各输入量的标准不确定度分量的评定输入量Fm的不确定度μ（Fm）主要来源于试验机的示值最大允许误差、试验机的校准误差以及试验人员试验过程中读取示值的误差；输入量S0的不确定度

5、μ（S0）主要来源于游标卡尺的示值最大允许误差、试验人员测量过程中读取示值的误差；输入量T、ε的不确定度μ（t，ε）主要来源于检测环境引起的误差；输入量λ的不确定度μ（λ）主要来源于试验人员操作过程引起的误差；输入量J的不确定度μ（J）主要来源于计算结果的数值修约。3.1测量破坏荷载带来的不确定度分量μ（Fm）的评定3.1.1试验机最大允许误差的不确定度分量μ（Fm1）试验机经过计量部门的检定，校准证书上提供的是符合一级要求的，允许使用。根据JJG139—1999《拉力、压力和万能试验机检定规程》表3

6、规定，1级试验机的最大允许误差为±1%，根据JJF1059—1999《测量不确定度评定与表示》之5.1.d可定为B类方差。依据矩形（均匀）分布类别，指明了包含因子K=姨3，因此试验机相应的相对标准不确定度为:μ（Fm1）=1.0%/姨3=5.8×10-3（2）作者简介：杭荣胜（1971-），男，江苏溧阳，工程师；研究方向：实验测试及质量管理。E-mail:573142004@qq.com。3.1.2试验机的校准引入的不确定度分量μ（Fm2）试验机的校准借助更高一级计量仪器进行，根据JJG139—199

7、9《拉力、压力和万能试验机检定规程》规定校准一级验，计量人员测量直径的置信水平为95%，则由此引入的是B类标准不确定度。单次实验标准差s（d2）=R=0.04=0.035（mm）（11）试验机所用标准测力计最大允许误差为0.3%。其置信因子为Cs（d2）1.130.035姨3，故引入B类相对标准不确定度:标准不确定度μ（Sd）2=kp=1.96=0.018（mm）（12）μ（Fm2）=0.3%/姨3=1.7×10-3（3）3.1.3试验人员试验过程中读取试验机示值误差带入的不确定度分量μ（F

8、m3）本试验机是电子显示，测试按照数修约原则，读取0.1kN，3.2.3测量岩石试件面积带来的的不确定度μ（S0）的计算由于游标卡尺、检测人员测量过程的不确定度分量彼此无关，而检测人员在检测过程中通常只测量1次，所以测量岩石试件面积相对标准不确定度可合成为：以直径75mm的岩芯，强度为50.1MPa为例讨论：岩石试块μ（Sd）=姨μ（2d）1+μ（2d）2=姨0.012+0.0182=0.021（13）在220.9kN处破坏，知其相对误差为0.1/