《岩体工程力学》实验指导书文档格式.docx
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20cm×
15cm的立方体。
4、采样时应有专人做好岩（煤）样描述记录和编号工作。
岩块岩样编号方式采用
，
…等标记，其中罗马数字表示煤层别，前一个阿拉伯数字表示煤层顶板（底板）之第几层，后一个阿拉伯数字表示该岩层之第几块岩样。
阿拉伯字在上（分子）表示为顶板岩样，在下（分母）表示底板岩样。
煤块煤样编号方式可采用（II-1），（II-2），罗马数字表示煤层别，阿拉伯数字表示第几块煤样。
钻孔采样时应附柱状图，岩芯岩（样）编号可采用柱状图上的岩层层序号。
编号用颜色漆写在岩（煤）样上，同时在岩（煤）样上用符号“╧”表明其层理方向。
5、每组煤样或岩样的数量，应满足试样制备的需要，按要求测定的项目确定。
考虑到加工是的损耗以及偏离度大于20％是试样数量要适当增高等因素，采样时一般应按表列数量的两倍采取。
对于软岩，采样数量还应该更大一些。
6、煤样或岩样采好后，迅即用纸包好，写上编号，运到井上后立即浸蜡整体封固。
对松软吸水风化的煤和岩石最好能在井下立即包装封固。
7、试样封固后装入上下四周均填塞木屑的木箱内，编号发运到实验单位
岩（煤）样送验单
地质时代及说明
柱状图
层次
累厚
层厚
煤岩名称
岩性描述
采样地点
采样日期
采样方法
采样深度
岩芯总长度
分段编号
分段长度
岩煤样编号
实验目的和要求
备注
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
注：
1、简要地质说明包括采样地点及其附近地质构造，裂隙和节理情况；
2、岩性描述填写，岩石主要充分，颜色，颗粒，胶结物，岩（煤）层沿厚度岩性变化；
3、柱状图应该做出详细分层；
4、非钻孔取样时，本表2，4，12三栏取消，13改为岩（煤）样块数编号，14改为岩（煤）样规格。
各项实验所需标准试样尺寸与最低数量表
测定项目
标准试样尺寸，cm
标准试样数量
备注
真密度
岩粉
300g
可用测视密度的试样粉碎
视密度，吸水性和含水率
用量积法测视密度时，可采用测定力学性质的试件，用不规则的试样时，可用加工规则试样时剩余的边角料
单向抗压强度
直径5，高10
3个
每个煤、岩块尺寸不小于10cm。
在上中下部位采取
变形参数
单向抗拉强度
直径5，高2.5
抗剪实验（变角法）
5×
9个
抗剪实验
直径2.5，高10
三轴实验
5个
坚固性系数
煤块
6个
膨胀率
高2，径高比≥2.5
膨胀应力
耐崩解性
大致球形40-50一个
450g
点荷载强度
直径5，高径比0.8-1.4
规则实验
双点间距0.3-0.5
不规则实验
实验一岩石单轴压缩实验
一、实验目的：
1.掌握岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的测定方法。
2.了解岩石试件单轴压缩时的应力-应变与金属的应力---应变曲线特点。
3.了解岩石试件的破坏类型。
二、实验设备、仪器和材料
1.试件加工设备：
钻石机、锯石机、磨石机。
2.检测工具：
游标卡尺（精度0.02mm）、直角尺、水平检测台、百分表及百分表架。
3.实验设备及仪器：
YE-600型液压材料试验机；
JN-16型静态电阻应变仪。
4.实验材料：
电阻应变片（BX-120型），胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。
三、石试件的规格、加工精度、数量及含水状态
1.试件规格：
标准试件均采用垂直于岩石层理的方向钻取，直径为5（-0.2+0.6）cm，高径比为2（-0.2+0.2）的圆柱体，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用5cm×
5cm×
10cm的立方体，对于砾岩等大颗粒岩石，试件尺寸应放大，其直径应大于岩石最大颗粒尺寸的10倍，高径比不小于1.8；
由于特殊原因（岩石松软）不能制取标准试件时，可采用非标准试件，需在实验结果加以说明。
2.试件加工精度：
a平行度：
试件两端面的平行度偏差不得大于0.01cm。
检测方法如图1-1所示，将试件放在水平检测台上，调整百分表的位置，使百分表的测头紧贴试件表面，然后水平移动试件百分表指针的摆动幅度小于10格。
b直径偏差：
试件两端的直径偏差不得大于0.02cm，用游标卡尺检查。
c轴向偏差：
试件的两端面应垂直于试件轴线。
检测方法如图1-2所示，将试件放在水平检测台上，用直角尺紧贴试件垂直侧边，转动试件两者之间无明显缝隙。
3.试件数量：
每种状态下同一层煤、岩试件的数量一般不少于3个，当实验目的对试件数量有专门要求时，试件的数量可根据实验目的的要求另行确定。
4.试件的含水状态：
a.自然含水状态：
试件制成后，放在底部有水的干燥器内1—2天，以保持一定的湿度，但试件不得接触水面。
b.干燥状态：
将试件放在105～110℃的烘箱内干燥24小时。
c.其他含水状态按委托单位的要求确定，在实验报告中加以说明。
四、电阻应变片的粘贴
1.应变片的检查：
要求电阻丝平直，间距均匀，无黄斑，电阻值一般选用120欧姆，测量片和补偿片的电阻差值不超过0.5欧姆。
2.粘贴位置确定：
纵向和横向应变片均粘贴在试件中部，尽可能避开裂隙，节理等弱面，每个试件纵向和横向各贴一片。
3.电阻片粘贴工艺：
试件表面清洗处理→涂胶贴片→固化处理→焊接导线→防潮处理。
五、实验步骤
1.测定前核对岩石名称和试件编号，并对试件的颜色、颗粒、层理、裂隙、分化程度、含水状态等问题进行描述。
2.检查试件加工精度，测量试件尺寸，一般在试件中部两个互相垂直方向测量直径计算平均值。
3.选择实验机度盘，一般应满足0.2P0<
<
0.8P。
式中：
P0—实验机度盘的最大值，KN；
Pmax--预计试件最大破坏载荷，KN。
4.将电阻应变仪接通电源并预热数分钟后,连接测试导线，接线方式采用半桥连接。
5.将试件放置在实验机的承压板中心，调整试件位置和球形座，使试件上表面与上承压板接触均匀，然后纵、横应变片分别进行反复预调平衡。
6.施加初载荷，检查试验机和应变片工作情况，正常后以0.5～1.0
/s的加载速度均匀加载，按估计破坏载荷的十分之一间隔读数，纪录载荷和应变值，直至试件完全破坏。
每个测试过程读数不得少于7个点，同一试件的纵、横应变值尽可能同时读出。
7.记录破坏载荷值以及加载过程中出现的现象，并对试件的破坏形态进行描述。
六、实验结果
1.单轴抗压强度：
RC--试件单轴抗压强度
；
P--试件破坏载荷，KN；
A--试件初始截面积，cm2。
岩石单轴抗压强度测定结果填入表1-1。
表1-1单轴抗压强度测定结果
岩石
名称
试件
编号
岩性
描述
试件尺寸
破坏载荷
（KN）
抗压强度
D×
L（cm）
单值
均值
2.岩石单轴压缩应力--应变曲线绘制：
检测实验结果，废弃可疑数据，分别计算应力值，纵向应变ε1、横向应变ε2以及体积应变值εv，体积应变值按下式计算：
εv=ε1-2ε2
计算结果填入表1-2。
以轴向应力为纵坐标，以应变为横坐标描出各测点并光滑连接各测点。
岩石试件单轴压缩的应力--应变曲线如图1-3。
表1-2岩石试件变形测定纪录
试件
编号
载荷（KN）
项目
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
轴向应力σ（
）
纵向应变ε1
横向应变ε2
体积应变εv
3.岩石的弹性模量:
根据各岩石试件单轴压缩的应力-应变曲线计算弹性模量，由于岩石压缩过程中各个阶段的变形情况有所不同，弹性模量分为切线模量Eτ（弹性模量）和割线模量E50（变形模量），其值分别以下式计算：
△σ---应力---应变曲线中直线段的应力增量，
△ε---应力---应变曲线中直线段的应变增量；
σ５０---岩石的单向抗压强度的50%的应力值，
ε５０---岩石试件承受σ５０应力时的纵向应变值。
4.岩石泊松比:
岩石在单轴压缩过程中纵向变形的同时横向也发生相应变形，把应力-纵向应变和应力-横向应变两曲线上对应直线段纵向应变和横向应变的平均值计算泊松比μ：
μ---岩石的泊松比；
ε１---应力---纵向应变曲线中对应直线段部分的应变的平均值；
ε２---应力---横向应变曲线中对应直线段部分的应变的平均值。
岩石的弹性模量Eτ、变形模量E50及泊松比μ测定结果填入表1-3：
表1-3岩石的弹性模量Eτ、变形模量E50及泊松比μ测定结果
名称
弹性模量Eτ（
变形模量E50（
泊松比μ
均值
七、回答问题
1.试验机上为何要配备球形调节座？
2.影响实验结果的实验因素有那些？
3.岩样的描述主要包括那些内容？
4.岩样破坏的类型有那几种？
5.你对本实验的建议和意见。
实验二岩石抗拉强度测定
掌握用劈裂法测定岩石抗拉强度的测定方法，并与岩石的抗压强度作比较，从而了解岩石的强度特点。
二、实验设备和量具
1.试件加工设备：
2.检测工具：
游标卡尺（精度0.02mm），直角尺、水平检测台、百分表及百分表架。
3.实验设备及仪器：
劈裂夹具。
三、试件的规格、加工精度、数量及含水状态
1.试件规格：
标准试件均采用垂直于岩石层理的方向钻取，直径为5（-0.2+0.6）cm，厚为2.5（-0.2+0.2）的圆盘体试件，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用5cm×
2.5cm的立方体试件。
2.试件加工精度、数量和含水状态与同实验一的要求相同。
四、实验步骤
2.检查试件加工精度，测量试件尺寸。
3.
选择压力机度盘，一般应满足0.2P0<
0.8P，选600KN。
P0—试验机度盘的最大值，KN；
4.通过试件直径的两端，沿轴线画两条相互平行的线作为加载基线。
将岩石试件放置劈裂夹具内，加具的上、下刀刃对准加载基线，用两侧加持螺钉固定好试件如图2-1。
5.把夹好的试件放入试验机的上、下承压板之间，使试件的中心线和试验机的中心线在一条直线上，调整试件位置和球形座，使刀刃与试件均匀接触。
6.开动试验机，松开劈裂夹具两侧的加持螺钉，然后以0.03——0.05
/s的加载速度均匀加载，直至破坏。
7.记录破坏载荷，破坏类型描述。
1.岩石单向抗拉强度：
RC--试件单轴抗拉强度
D--试件直径（试件为方试件时D为高度），cm；
L--试件厚度，cm。
岩石单向抗拉强度测定结果填入表2-1。
表2-1岩石单向抗拉强度测定结果
岩石
名称
岩性描述
抗拉强度
1.岩石的抗拉强度有哪几种测定方法，各自特点？
2.你认为影响抗拉强度实验结果的因素有那些？
？
3.你对本次实验的建议和意见。
实验三岩石点荷载强度实验
1.掌握煤和岩石试件点荷载强度测定方法。
2.了解煤和岩石抗压强度、抗拉强度与点荷载强度的折算关系。
二实验设备、仪器
1.试件加工设备：
钻石机、锯石机。
游标卡尺；
3.实验设备：
数显式点荷载仪。
三岩石试件的规格、加工精度、数量及含水状态
试件采用圆柱体，垂直层理钻取。
直径为5（-0.2+0.6）mm，高径比为0.8—1.4的圆柱体，对于两端面无特殊要求。
2.试件数量：
每个参数实验的试件数量一般5——10试件。
3.试件的含水状态：
一般采用自然含水状态，其他含水状态加以说明。
2.用游标卡尺测量试件尺寸。
3.接通数数显点荷载仪电源，调整加载间距。
4.选择点荷载测量范围，一般选0--20KN。
5.将试件放入点荷载仪的加载锥头之间，加载锥头应在直径两端与试件接触，并使接触电与试件两端头的距离大致相等，试件层理一般应与纵向加载方向平行，其他方向应加以说明，
6.关闭手动油泵的卸载阀，缓缓摇动油泵均匀加载至试件破坏，记录破坏载荷
7.如果破裂面仅通过一个加载点，判断测定结果无效。
五、岩石点荷载强度测定结果计算。
1.岩石试件的点荷载指数IS:
IS--试件点荷载指数,
d—加载双点间距，cm。
2.每组试件的点荷载指数的算术平均值
ISP--试件平均点荷载指数,
Isi—第i个试件点荷载指数,
n—每组试件个数。
3.每组试件的点荷载指数的偏离度
v—偏离度；
m--点荷载指数的标准差，
六.煤和岩石点荷载强度与单项抗压强度、单向抗拉强度的换算
1.点荷载指数与单轴抗压强度的换算：
a加载方向平行层理时：
煤和岩石径向点荷载强度换算
岩石：
Ιsp≥2MPa
Ιsp<
2MPa
煤：
ISP--平均点荷载指数,
RCP---平均单轴抗压强度，
b加载方向垂直层理时：
煤和岩石的点荷载强度与抗压强度的换算
2.加载方向垂直层理时：
煤和岩石点荷载指数与单向抗拉强度的换算
RLP—煤、岩平均单轴抗压强度，
煤、岩点荷载强度以及抗压强度和抗拉强度测定结果填入表3-1。
表3-1煤、岩点荷载强度测定结果
岩
石
名
称
试
件
编
号
试件规格cm
加载方向
破坏
载荷KN
点荷载
指数
平均
偏
离
度
%
折算抗压强度
折算抗拉强渡
直径
长度
1.点荷载强度测定法的优点在哪里？
2.影响点荷载强度测定结果的主要因素有哪些？
3.你对本次实验有何建议和意见。
实验四岩石的三轴压缩实验
掌握岩石在轴对称应力组合方式（σ1>
σ2=σ3）应力条件下的三轴实验方法，并能根据实验结果计算出岩石的内摩擦角
与粘结力
，绘制出岩石的强度曲线。
YE-2000型液压材料试验机；
三轴压力室；
三轴液压源。
防油乳胶套、胶、密封圈等。
标准试件均采用垂直于岩石层理的方向钻取，直径为5（-0.2+0.6）mm，高径比为2（-0.2+0.2）的圆柱体。
2.试件加工精度和含水状态：
试件加工精度与实验一相同。
3.试件数量：
每种岩石同一状态下，每个参数实验的试件数量一般不少于5试件做不同围压下的三轴压缩实验。
三、实验步骤。
1.测定前核对岩石名称和试件编号，并对试件的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等问题进行描述。
3.围压力的选择应与所研究的范围内实际情况选定，一般可根据岩层在矿井所处的深度或原岩应力状况来确定围压的范围。
4.选择试验机度盘，一般应满足0.2P0<
5.试件的安装,把上、下垫块端面擦净，将试件置于上、下垫块之间使三者中心为一条直线，再将试件与垫块套上防油乳胶套，乳胶套与垫块间用胶布缠紧，并再用密封圈固定试件两端见图4-1。
打开三轴压力室上压盖，再将制备好的试件下垫块置下放入三轴压力室底座中心，上好压力室顶盖活塞，将装有试件的三轴压力室放入试验机的下承压板上，并使三轴压力室的中心与试验机的中心一致。
6.
接通电源，开动开压力机，打开送油阀，使压力机的下承压板的拖轮离开轨道10cm左右，关闭送油阀，调整试验机上承压板位置与压力室的上压头接触，缓缓打开送油阀施加40KN的纵向载荷固定试件，然后打开压力室的放气阀，启动围压油泵向压力室注油排气，当压力室有油排除时关闭排气阀。
7.施加围压，缓缓施加围压到指定值，稳定数分钟后，使围压保持恒定时，要求变动范围不应超过选定的2%。
8.以0.5～1.0
/s的加载速度均匀加载，直至试件破坏，立即打开液压泵的卸载阀卸围压，再打开试验机的回油阀卸轴压，纪录破坏载荷及围压值。
9.打开压力室的放气阀，卸掉上压盖取出试件，破坏类型描述。
四、实验结果计算与整理
1.计算一定侧压力作用下岩石的抗压强度σ1max：
σ1max—在一定围压作用下的岩石抗压强度
P--纵向破坏载荷，KN；
F—受压试件初始截面积，cm2。
2.计算内摩擦角和粘结力。
在直角坐标系绘制围压力σ3与轴向抗压强度σ1max的关系曲线图4-2，对各测点进行线性回归，计算出其斜率m
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