岩石含水率试验

岩石含水率试验是测定岩石中水分含量的基础物理性质测试，反映了岩石在自然状态或特定环境下的含水程度。

含水率直接影响岩石的力学强度（如抗压、抗剪强度常随含水率增加而降低）、体积稳定性（膨胀性岩石含水率变化易引发崩解）及工程适用性（如路基岩石含水率过高会导致承载力下降）。

试验的核心是通过定量测量水分质量与岩石固体质量的比例，为地质勘察、工程设计提供关键参数。

试验原理

岩石含水率的测定基于 “烘干减重法” 的基本原理：岩石中的水分（包括吸附水、毛细水等）在加热至一定温度时会蒸发逸出，通过测量岩石烘干前后的质量差，即可计算出水分的质量；再将水分质量与烘干后岩石固体质量相比，得到含水率。

试验中需确保水分完全蒸发，同时避免岩石中的矿物成分因高温分解或氧化（如含硫化物的岩石可能因高温氧化增重），因此温度和烘干时间需严格控制。

试验流程与关键步骤

样品制备与称量：

选取具有代表性的岩石样品，根据试验要求切割或破碎成规则形状（如块样、碎屑样），样品质量通常不小于 100g（碎屑样可适量减少至 50g），避免因样品过小导致水分测量误差。

用精度 0.01g 或更高的天平称量样品的初始质量（即 “湿重”），记录数据时需确保样品表面无附着水分（若为露天样品，需先擦拭表面浮水，但不破坏内部含水率）。

烘干与水分蒸发：

将样品放入恒温烘箱，设定温度为 105~110℃（此温度下水分可完全蒸发，且多数岩石矿物性质稳定）。

对于含石膏、黏土等易脱水矿物的岩石，需降低温度至 60~80℃（避免矿物结晶水脱出导致质量损失被误算为含水率）。

烘干持续时间根据样品大小和孔隙率调整：块样通常需 8~12 小时，碎屑样可缩短至 6~8 小时。

每隔 2 小时取出样品称量，直至两次称量质量差不超过 0.01g（即 “恒重” 状态），确保水分完全蒸发。

冷却与最终称量：

烘干后的样品需立即放入干燥器中冷却至室温（避免样品在空气中重新吸附水分），干燥器内的干燥剂（如硅胶）需提前烘干至失效后及时更换。

冷却后迅速称量样品的质量（即 “干重”），两次称量的质量差即为水分的质量。

影响因素与注意事项

样品代表性：岩石含水率分布可能不均匀（如风化层与新鲜岩体含水率差异大），取样时需在目标区域多点采集，混合后测试；

对于层状岩石，需注意层理方向对含水率的影响（如页岩沿层理方向含水率可能更高）。

烘干温度控制：温度过高可能导致岩石中的有机质分解（如煤系岩石）或矿物脱水（如蒙脱石失去层间水），使质量损失大于实际水分含量；

温度过低则水分蒸发不完全，导致结果偏低。特殊岩石（如盐岩、含结晶水矿物的岩石）需参照专门标准调整温度（如盐岩烘干温度不超过 50℃）。

称量精度与操作速度：水分极易挥发或重新吸附，称量过程需快速完成，尤其是潮湿环境下，冷却后的样品若暴露在空气中超过 10 分钟，可能因吸湿导致干重测量值偏高，含水率计算值偏低。

重复试验要求：为减少偶然误差，同一岩样需进行 2~3 次平行试验，若含水率差值超过 0.5%（或干重差值超过 0.1%），需重新测试，最终结果取平均值。

应用场景

岩石力学性质研究：含水率是影响岩石强度的关键因素之一。

例如，砂岩含水率每增加 1%，抗压强度可能降低 5%~10%；

页岩含水率升高会导致层间黏结力下降，更易发生滑动破坏。

通过含水率试验，可建立 “含水率 - 强度” 关系曲线，为地下工程（隧道、基坑）的稳定性分析提供依据。

地基与路基工程：天然地基岩石的含水率过高会导致承载力不足，需通过换填、排水等措施处理；

路基填料若选用高含水率岩石，可能在车辆荷载下产生沉陷，因此规范要求填料含水率需控制在最优含水率 ±2% 范围内（通过击实试验确定）。

边坡与滑坡灾害评估：雨水入渗会增加边坡岩体的含水率，导致自重增大、孔隙水压力升高，降低抗滑力。

含水率试验可辅助计算边坡岩体的实际重量和渗透压力，为滑坡预警和加固设计提供数据支持。

矿物加工与资源利用：矿石含水率影响破碎、筛分等加工效率（含水率高易导致设备堵塞），也影响资源储量计算（如煤炭含水率是评估发热量和经济价值的重要指标）。

此外，在岩石制砂、建材生产中，含水率控制直接关系到产品质量（如混凝土骨料含水率过高会改变水灰比，影响强度）。

岩石含水率试验操作简单但细节要求严格，其结果不仅反映岩石的自然状态，更是连接岩石物理性质与工程应用的关键纽带，在地质工程、土木工程等领域具有不可替代的基础作用。