第29卷第12期岩石力学与工程学报V ol.29 No.12 2010年12月Chine Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，2010
岩石力学室内试验ISRM建议方法的
标准化和数字化
郑虹1，冯夏庭1，陈祖煜2
(1. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉 430071；
2. 中国水利水电科学研究院，北京 100044)
摘要：通过系统分析岩石力学室内试验ISRM建议方法体系基本特征和试验数据信息的结构层次，提出标准化的基本思路和模式，建立标准的方法体系、统一的试验数据结构和发布模式；并应用网络语言技术设计数字化的试验数据结构文档、数据存储文档以及数据显示文档。通过试验数据格式转化平台的开发和Excel的二次开发分别实现初始试验数据文档的数字化存储和试验数据的双向传输。标准化与数字化的试验数据可脱离平台进行网络发布与传输，从而构建国际岩体力学试验数据共享平台。该平台为不同数据库之间的数据整合与共享以及虚拟实验室的实现奠定了基础。该标准化和数字化方法在BPI试验的ISRM建议方法中的成功应用，显示其科学性和可用性。
关键词：岩石力学；ISRM建议方法；标准化；数字化；数据共享平台；BPI试验
中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)12–2456–13 STANDARDIZATION AND DIGITIZATION FOR ISRM SUGGESTED METHODS OF ROCK MECHANICS LABORATORY TESTS
ZHENG Hong1，FENG Xiating1，CHEN Zuyu2
(1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics，Chine Academy of Sciences，Wuhan，Hubei430071，China；2. China Institute of Water Resources and Hydropower Rearch，Beijing 100044，China)
登裴秀才迪小台Abstract：Through the systematic analysis of basic features about International Society for Rock Mechanics(ISRM) suggested methods of rock mechanics laboratory tests and the structural level of test data，the basic idea and pattern of standardization are propod to establish a standardization method system，a unified test data structure and a relea format for laboratory tests. Then，the network language technology is ud to design the digitized data structure document，data storage document and data display document.Bad on the standardized data structure，a format conversion platform is developed to execute the digitized storage of initial test data document. The f
urther development of Excel by visual basic for application(VBA) can implement the two-way transmission between utility software and digital storage document. The standardized and digitized data document can facilitate the integration of test data resources and the simultaneous updates of suggested methods. Besides，it has a good compression performance，a large data storage capacity and an advanced display format. With the superiorities，test data can be displayed and transported on web divorced from the platform. Thus，an international rock mechanics test data sharing platform is t up. This platform lays the foundation for the integration and sharing of data between different databas and the virtual laboratories. The successful application of standardization and digitization method to ISRM suggested methods of block punch strength index(BPI) test shows its scientificalness and availability.
收稿日期：2010–04–23；修回日期：2010–07–20
基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2010CB732006)
作者简介：郑虹(1986–)，女，2009年毕业于中国地质大学(武汉)工程地质专业，现为博士研究生，主要从事岩石力学与岩石工程稳定性智能分析方面的研究工作，E-mail：
第29卷第12期郑虹，等. 岩石力学室内试验ISRM建议方法的标准化和数字化 • 2457 •
Key words：rock mechanics；ISRM suggested methods；standardization；digitization；data sharing platform；block punch strength index(BPI) test
1 引言
国际岩石力学委员会(International Society for Rock Mechanics，ISRM)为了实现岩石力学室内试验、现场试验、监测和场地调查等的标准化，成立了测试方法委员会，专门建立ISRM建议方法。到目前为止，已经建立了52个建议方法，分别涉及岩石野外描述建议方法、室内试验建议方法、现场试验建议方法以及监测建议方法4类[1]。这些建议方法为岩石力学测试结果的标准化作出了重要贡献。现在，该委员会还建立了多个工作组，就现有的建议方法进行修改完善以适应新形势的需要，并着手建立新的建议方法。
对所建立的建议方法进行分析可以发现：各个建议方法测试结果的分析、以及分析的软件都不相同，分析给出的结果表达形式很难统一，不利于将各测试自动汇总，方便地添加到大型岩石力学测试结果数据库中；由此获得的数据格式大相径庭，缺乏标准化与数字化的平台来统一数据结构，导致各国试验数据无法比对分析，异构试验数据库之间资源不易整合，全球试验数据无法共享，无法实现虚拟实验室的数据传输与实时更新。对于建议方法的建立，缺乏统一的标准化、数字化的格式。对于信息化的今天，虚拟实验室的建设已是大势所趋。建立标准化和数字化的ISRM建议方法有利于虚拟岩石力学
实验室的建立。通过远程通讯和调用，异地可以实时观察到试验设备所在地开展的试验进程和数据分析、处理，并及时发出指令进行远程遥控。
因此，国际岩石力学学会专门成立了岩石力学试验ISRM建议方法标准化和数字化工作组[2]。该工作组的主要任务是通过ISRM建议方法的标准化研究，建立ISRM建议方法中方法体系的统一标准、试验测试结果报告中数据结构的统一表达以及数据发布的统一模式。在此基础上，再通过ISRM建议方法的数字化方法和平台研究，将ISRM建议方法的数据结构数字化、数据存储数字化和数据显示数字化。标准化与数字化的数据结构有利于试验数据资源整合与远程数据对比分析，提高复杂工程问题求解方法的可信度与准确度。标准化与数字化的存储格式有利于大量试验数据的存储、查询与实时更新，同时便于形成完备的岩石工程数据库，简化庞大数据库的复杂度，强化工程数据库中保存信息与处理信息的能力，提高数据库的可维护性与可拓展性。标准化与数字化的发布模式有利于试验数据脱离操作环境显示与传输，从而创建网络数据共享平台，提高虚拟实验室的可用性。标准化与数字化的平台有利于新的建议方法的提出，拓展ISRM建议方法的应用领域。
本文将介绍该工作组的部分工作进展，首先系统分析岩石力学室内试验ISRM建议方法体系基本特征和试验数据结构层次，提出标准化的基本思路和模式，建立标准方法体系、统一的试验数据结构和发布模式，并应用网络语言技术使试验数据脱离平台进行网络发布与传输，实现与数据库之间的映射和数据交换，最后通过具体的例子说明该标准化数字化方法和软件平台的科学性和可用性。
2 岩石力学室内试验ISRM建议方法
的标准化与数字化思路
标准化是数字化的基础和前提，而数字化是标准化的应用和拓展，ISRM建议方法标准化与数字化基本思路如图1所示。
2.1 岩石力学室内试验ISRM建议方法标准化的基
本思路
(1) 对岩石力学室内试验ISRM建议方法进行基本特征分析，提出标准化建议方法体系的基本思路和模式，为新的岩石力学室内试验ISRM建议方法的提出创建标准化的平台。岩石力学室内试验ISRM建议方法由5个部分组成，包括试验简介与应用范围、仪器工具、程序步骤、计算分析和结果报告[1，3]。根据岩石力学室内试验的内涵提出各部分具体组成内容。
(2) 归纳岩石力学室内试验ISRM建议方法中数据信息结构层次，建立标准统一的数据结构。该结构决定了室内试验数据信息的存储模式与发布内容，为ISRM建议方法的数字化过程提供结构依据和信息来源。岩石力学室内试验的标准化数据结构
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图1 ISRM建议方法标准化与数字化的基本思路
Fig.1 Basic ideas of standardization and digitization for ISRM suggested methods of rock mechanics laboratory tests
由4部分构成：关于试验仪器工具的描述、关于试验测试对象的描述、关于试验方法步骤的描述以及关于试验结果分析的描述。其中关于试验测试对象的描述又分为关于野外岩样的描述和关于试验岩样的描述，前者是指野外勘探所获得的未经处理的整块岩石，而后者是指为方便室内试验而将整块岩石加工处理后的岩样。
(3) 结合岩石力学室内试验ISRM建议方法的特点设计标准统一的试验数据发布格式，为数字化显示文档提供模版，为数字化的实现奠定基础。这样便于试验数据的多样性、针对性显示以及全球岩石力学试验数据共享系统和虚拟岩石力学实验室的建立。岩石力学室内试验的数据发布格式包括2个部分：通用数据信息格式以及个体数据信息格式。通用数据信息是指室内试验的基本信息，包括结果报告中的关于试验仪器工具的报告、关于试验测试对象中野外岩样的报告以及关于试验操作过程的报告；个体数据信息是指针对每个试验岩样的参数数据信息，包括关于试验测试对象中试验岩样的报告以及关于试验结果分析的报告。
综合分析已经建立的各种岩石力学室内试验ISRM建议方法，发现其具有如表1所示的体系特征。
2.2 岩石力学室内试验ISRM建议方法数字化的基
本思路
岩石力学室内试验ISRM建议方法的数字化思路主要是应用网络语言技术，针对岩石力学试验的具体参数，设计统一标准的数据结构文档，提供数字化的数据存储文档与数据显示文档，使结构化的试验数据脱离平台进行网络发布与传输。具体思路如下：
(1) 试验数据结构：根据具体岩石力学试验中“结果报告”的要求设计数据结构。根据ISRM建议方法的更新情况拓展试验数据结构文件的数目；根据试验参数更新情况拓展数据结构文档的节点；根据试验数据的更新拓展数据存储文档的内容。
(2) 试验数据存储：试验数据输入后存放在相对应的参数节点之间。通过各级节点之间的父子关
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师事表1 岩石力学室内试验ISRM建议方法的体系特征
Table 1 System features of ISRM suggested methods of rock mechanics laboratory tests
名称试验简介与应
用范围
使用的仪器工具试验程序步骤计算分析试验结果报告
岩石点荷载强度试验试验目的、用
途说明、对试
验对象与仪器
工具的要求
仪器组成、加载
系统功能、荷载
测量系统功能
岩样制备、仪器校
准、径向测试、轴
向测试、不规则块
体测试、各向异性
岩石测试
未修正点荷载强度、尺
寸修正的点荷载强度、
平均值、点荷载强度各
向异性指数
岩样编号、岩样来源、岩石类型、岩样所处地质环境中
各向异性及软弱层情况；试验时岩样含水情况；加载角
度；破坏荷载、点距、点荷载强度值与尺寸修正值、平
均值
岩石压痕硬度指数试验用途说明、对
试验对象与仪
器工具的要求
和限制
仪器组成、加载
系统、荷载测量股票配资什么意思
系统、穿透测量
系统
岩样制备、加载温
度、加载速率控制、
加载过程
穿透深度值、荷载及其
对应的压痕硬度指数
和风煦日岩样编号、岩样来源(地理位置、深度及方位)、岩性描述、
岩样所处地质环境中各向异性及软弱层情况、岩样直径
与高度、试验历时及加载速率、破坏类型、穿透深度值、
荷载及其对应的压痕硬度指数与平均值
岩石BPI强度指数试验试验目的、用
途说明、对试
验对象与仪器
工具的要求
仪器组成及各部
分系统的功能
岩样制备、加载速
率控制、加载过程
未修正BPI强度、尺寸
修正的BPI强度、角度
修正的BPI强度
岩性描述、加载方向(涉及到各向异性岩样)、取样位置与
深度、岩样处理方式以及岩样存放历时与环境、岩样厚
度和直径、岩样编号、试验日期、试验时岩样的含水状
态(自然干燥、高温烘干或含水百分率)、破坏模式、破坏
荷载、BPI强度指数修正值、当加载方向与弱面方向夹角
小于90°时的BPI强度指数值
岩石单轴抗压强度试验试验目的、用
途说明、对试
验对象与仪器
工具的要求
仪器组成及各部
分系统功能
岩样制备、加载过
程
单轴抗压强度、轴向应
变、径向应变、体应变
岩性描述、加载方向(涉及到各向异性岩样)、岩样来源(包
括地理位置、深度与方向、日期与取样方式)、岩样编号、
岩样直径与高度、试验时岩样的含水率与饱和度、试验
持续时间及应力速率、试验日期与仪器型号、破坏模式、
各岩样的单轴抗压强度、荷载与应力应变值、岩样的杨
氏模量与泊松比
岩石三轴抗压强度试验用途说明、对
试验对象与仪
器工具的要求
和限制
仪器组成及各部
分系统功能
岩样制备、不同加
载方式的试验过程、
加载速率控制
黏聚力、内摩擦角
岩样来源(包括地理位置、深度与方向、日期与取样方式)、
岩性描述(包括其粒度)、岩样处理方式以及岩样存放历时
与环境、加载方向(涉及到各向异性岩样)、试验时岩样的
含水率与饱和度、仪器描述、试验时间、岩样高度和直
径、试验持续时间及应力位移变化率、破坏模式
岩石剪切强度试验试验目的、用
途说明、对试
strengthens验对象与仪器
工具的要求
仪器组成及各部
分系统功能
岩样制备、加载速
率控制、加载过程
正应力、剪应力
试验日期与仪器型号、岩样处理运输装载保存方式、岩
体、剪切面、充填物的野外地质描述、岩样来源、岩样
尺寸、试验历时、法向荷载与位移、切向荷载与位移、
剪切面积、剪切强度与正应力值、绘制剪切强度与正应
力关系曲线等
岩石抗拉强度试验试验目的、用
途说明、对试
验对象与仪器
工具的要求
仪器组成及各部
分系统功能
岩样制备、加载速网络的利
率控制、加载过程
抗拉强度
岩性描述、加载方向(涉及到各向异性岩样)、岩样来源(包
括地理位置、深度与方向、日期与取样方式)、岩样处理
方式以及岩样存放历时与环境、岩样高度和直径、岩样
编号、试验时岩样的含水率与饱和度、试验持续时间及
应力速率、试验日期与仪器型号、破坏模式、抗拉强度
等
膨胀岩石室内试验试验目的、用
途说明、对试
验对象与仪器
工具的要求
仪器组成及各部
分系统功能
岩样的储存与制备、
试验加载条件、步
骤
横截面积、轴向应力、
膨胀应变
岩样编号、岩性描述、岩样来源(包括地理位置、深度与
方向、构造、矿物成分以及孔隙水的化学成分、日期与
取样方式)、岩样封存与处理方式、试验日期、加载方向
(涉及到各向异性岩样)、岩样尺寸、岩样试验前与试验后
的含水率、饱和度和相对密度、试验温度、预荷载值、
浸泡水的规格、时间与轴向应力关系曲线、轴向应力与
膨胀变形关系曲线、最大轴向应力、膨胀总应变等
完整岩石的单轴压缩全应力–应变曲线试验目的、用
途说明、对试
验对象与仪器
工具的要求
仪器组成及各部
分系统功能
岩样制备、针对延
性与脆性岩样各自
的加载步骤
压应力、轴向应变、径
向应变、环向应变、杨
氏模量(切线模量、割线
模量、平均模量)、泊松
比、体积应变
给力岩样编号、样品的岩性描述(粒度大小)、加载方向(涉及
到各向异性岩样)、岩样来源(包括地理位置、深度与方向、
孔隙率、矿物成分、日期与取样方式、岩样储存过程与
环境)、试验日期与历时、仪器类型、岩样尺寸、试验时
岩样的含水率、饱和度和相对密度、荷载、压应力、轴
向应变、径向应变、环向应变、杨氏模量、泊松比、体
积应变、全应力应变曲线(指明峰值荷载)、峰后杨氏模量
的测定方法、峰前杨氏模量与泊松比的平均值等
岩石折断刚性试验试验目的、用
途说明、对试
验对象与仪器
工具的要求
仪器组成及各部
分系统功能
岩样制备、仪器校
准、安装、试验过
程
加载速率、折断刚度、
非线性折断刚度修正
值、杨氏模量、泊松比
岩样编号、岩样来源、岩石类型、现场岩体各向异性及
软弱层构造、加载角度、岩样储存过程与环境、试验时
岩样的含水率、饱和度、孔隙率、粒度、渗透率与相对
密度、岩样尺寸、加载历时与速率、折断刚度、辅助参
踌蹰
数(杨氏模量、泊松比等)
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系能够准确输入、查找、更改数据。试验数据文档能在脱离软件环境的情况下以文本格式的形式完成数据输入与存储。不同数据结构之间实现构架整合，相同数据结构之间实现数据压缩。
(3) 试验数据处理：先将试验初始数据按照建议方法的规范公式进行处理，再将数据结果与初始数据一并整合到数据存储文档中。数据结构文档不但能够定义试验数据参数的结构树样式，而且能够定义各试验参数的数据类型。
(4) 试验数据显示：实现数据的多样显示与网络发布，建立网络数据库来传输共享数据。通过对试验数据结构树的节点访问与信息提取，建立多种有针对性的显示方式。数据显示文档不仅可以为试验数据的发布设计多样化的外观，还具有文件转换的功能。
(5) 试验数据的应用：通过数据内容与显示样式的分离，用户能从网页中直接获取标准格式的数据存储文档。该应用包括建立全球岩石力学试验数据库，便于数据共享与资源整合。通过网页显示使试验数据信息脱离环境发布，便于虚拟实验室实时传输与更新数据。
3岩石力学室内试验ISRM建议方法标准化与数字化的实现
3.1 岩石力学室内试验ISRM建议方法的标准化
系统分析组成岩石力学室内试验ISRM建议方法体系各部分的基本特征后，将各部分涵盖的具体内容(
见图2)概括如下：试验简介与应用范围部分需要阐明该室内试验的目的、用途以及该试验对研究对象和仪器工具规格的限制要求；仪器工具部分需要说明该室内试验的仪器组成、各部分系统的功能与原理；程序步骤部分需要阐明该室内试验的岩样制备程序、仪器校准与安装过程、加载条件的调控、应变测量方法(尤其是测量径向应变的方法说明)；计算分析部分指室内试验的待求参数及其演算公式；结果报告部分则是前面4个部分整体信息的集合，包括取样信息、岩样状态、试验过程、记录数据、计算结果分析等。
试验数据结构的标准化4个部分的具体报告内容(见图3)如下：(1) 试验仪器工具的描述包括仪器型号；(2) 试验测试对象的描述包括野外岩样描述(岩样来源、岩性描述)和试验岩样描述(储存和处理的方式、试样编号、试样状态以及试样尺寸)；(3) 试验方法步骤的描述包括试验温度和湿度、加载条件(加载速率、加载方向与层理或片理之间的夹角等)、应变测量方法说明以及试验历时；(4) 试验结果分析的描述包括破坏类型(附照片说明)、试验记录数据以及计算分析结果。
不同试验的具体试验取样、制样、仪器、试验步骤、试验结果及计算绘图都不相同。上述标准数据结构树是整体试验数据的普遍特征结构。针对具体试验的要求选取合适的试验数据结构。例如，对于具有层理结构的岩样，考虑到各向异性的影响，则需要加载角度方向的数据；膨胀岩石试验则需要试验温度及试样重度的数据。
岩石力学室内试验的数据发布格式的2个部分组成内容见图3。通用数据信息由于其通用性位于
图2 岩石力学室内试验ISRM建议方法的标准化方法体系
Fig.2 Standardization method system of ISRM suggested methods of rock mechanics laboratory tests
