如何測試石頭的硬度

如何測試石頭的硬度

德國礦物學家摩斯(F.Mohs,1824年)取自然界常見的10種礦物作為標準,將硬度分為1度到10度十個等級,稱為摩斯硬度計(摩氏硬度計)：滑石1,石膏2,方解石3,螢石4,磷灰石5,正長石6,石英7,黃玉8,剛玉9,金剛石10. 說一個石頭的硬度是4,說明它的硬度和螢石相當；瑪瑙硬度是6.5,說明它的硬度介于正長石和石英之間（比正長石大且比石英?。?用摩氏硬度標準描述硬度,只有1、1.5、2、2.5…9、9.5、10,總共19個數.而不應該有6.4或者7.8這樣的數.

兩個礦物的相對硬度大小,是用相互刻劃的方法來測試的.如果礦物A將礦物B劃破留下劃痕,就說明礦物A的硬度大于礦物B.那么“礦物A將礦物B劃破留下劃痕”,是如何操作和確認的呢? 如果打算用已知硬度的石頭A去刻劃被測試石頭B,應該使用石頭A的一個尖端,來用力刻劃石頭B的一個相對平展面（比如幾毫米尺寸）,并觀察劃痕.如果B的平面被劃出凹槽,則說明A的硬度大于B.有時刻劃過后雖然出現了痕跡,但卻不一定能判斷是被刻劃面出現凹槽還是刻劃尖端受損留下的痕跡.這時需要用手指輕輕擦拭痕跡,再仔細觀察是否仍能看到痕跡甚至凹槽.注意,刻劃時即使A的尖端受損,也不能據此判斷A的硬度就小于B,還是要根據劃痕的特征來判斷：如果被刻劃面上留下劃痕,則判斷A的硬度大.

下面介紹一點硬度測試的經驗：如果測試尖端的硬度明顯大于被測試的面的硬度,刻劃時會感到明顯的阻力,并劃出明顯凹槽；如果被測試面的硬度很大且比較光滑時,刻劃時會感到打滑、吃不上勁.還有一個情況需要注意：有些石頭表面打了油蠟,這會對硬度測試的操作有影響,因為油蠟容易導致打滑.這時需要刻劃用的尖端更加尖銳才好操作. 也可用一些簡便的隨身物件來測試硬度：指甲2.5,鑰匙3左右,玻璃5.5,鋼刀刃6.5. 測試過的一些奇石的硬度情況如下：太湖石3,靈壁石3-3.5,軒轅石4,都安石4,金海石6-7,九龍璧6-7,三江彩卵6.5-7,大化石6-7,蠟石6.5-7,沙漠漆（碧玉）6.5,瑪瑙6.5. 絕大多數造巖礦物的硬度在7以下,個別巖石中也可能含有少量硬度大于7的礦物（比如剛玉、黃玉、綠柱石等）,但不是奇石的主要成分,因此石頭的硬度一般不會超過（可以達到）7.所以,凡是聲稱巖石類奇石的硬度超過7的,基本是不可信的.

可以簡單估一下，指甲2.5，小刀5，長石6，石英7。能劃動就小于對應硬度。

需要用莫氏硬度計測，分10級，最好找有能力的實驗室檢測一下

需要用專門的儀器才行。

巖石應力怎樣測試？

(一)、表面應力測試

1、應力解除法

1 試驗的適用條件

試驗適用于堅硬完整和半堅硬完整的巖體，測量巖體表面的應力狀態;

2 試驗的布置

測點應布置在不受開挖爆破破壞的巖面。

常用的主要設備有：靜態電阻應變儀、應變片(應變花>、惠斯登電橋、防護罩、鉆機及輔助設備、粘結劑及屏蔽線等。

3 試驗的主要技術要求

4 試驗成果的分析

1) 計算各級解除深度下的應變值

εi=εn-εo

式中 εi-某一級解除深度的應變值(με);

εn-某一級解除深度應變儀讀數(με);

εo-應變花初讀數(με)。

2) 繪制應變花各應變片的應變值(εi)與相對解除深度(h/D)的關系曲線。

2、應力恢復法

1 試驗的適用條件同(表面)應力解除法。

2 試驗的布置

測點布置及應變量測儀及應變片同(表面)應力解除法。應力恢復設備包括液壓枕、油泵及壓力表等。

3 試驗的主要技術要求

4。試驗成果的分析

參照應力解除法計算式計算巖體表面應力。

(二)、孔壁應力測試

1、試驗的適用條件

試驗適用于地下水位以上、完整或較完整的細粒巖體，用套孔應力解除法測量巖體內某點的三向應力大小和方向。

2、試驗的布置

3、試驗的主要技術要求

1) 用φ130mm鉆頭鉆至預定深度，取出巖芯，磨平孔底。

2) 用φ46mm鉆頭同心鉆測孔，同心度(即大、小孔圓心差距)宜小于2mm，孔深約50cm。

(三)、孔底應力測試

1、試驗的適用條件

試驗適用于地下水位以上完整和較完整的細粒巖體，用孔底面應力解除法測量巖體內某點的平面應力大小和方向。

如測求巖體內某點的三向應力狀態，應在同一平面內用三個鉆孔交匯于該點的方法。

2、試驗的布置

測點的布置要求同孔壁應力測試。

主要的設備有：“門塞”應變計及安裝器;靜態電阻應變儀及輔助設備;坑道鉆機，金剛石鉆頭(φ76mm)，孔底磨平鉆頭及鉆機輔助設備等。

3、試驗的主要技術要求

1) 將鉆孔鉆至預定深度后，取出巖芯，觀察節理發育情況，判明孔底巖體是否滿足測試要求，不能滿足時應繼續鉆進。

2) 清除孔底殘留巖芯，用金剛砂細磨鉆頭磨平孔底，并用水沖洗干凈和高壓風吹干，再用丙酮擦洗孔底。

3) 孔底涂一層環氧樹膠后，用安裝器將檢查合格的應變計(見下圖)送至孔底并粘貼好。

4)將應變片與應變儀接通、預調平衡，測記初始讀數，連續三次(10min讀一次)讀數小于±5微應變即視為穩定，然后取出安裝器，記取孔深及孔的方位、傾角。

5) 鉆孔進行應力解除，鉆至10～20cm時停止鉆進，取出巖芯并清洗干凈，裝上安裝器，測記解除后的應變穩定讀數。

6) 將應變測試獲取的巖芯進行彈性模量E、泊松比μ的室內試驗。

測試的工作程序見下圖。a-孔底磨平;b-粘貼應變計;c-套孔應力解除;d-取出巖芯。

4 試驗成果的分析

1) 計算各應變片的解除應變測點值。

2) 計算巖體的三向應力，計算方法參見有關專業書籍。

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