岩石力学与岩体实验指导书及报告72.docx
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岩石力学与岩体实验指导书及报告72
岩石力学与岩体实验指导书及报告
（内部资料）
矿业工程学院实验总室
2011年6月
实验一岩石单轴抗压强度测定
一、实验目的：
测定岩石的单轴抗压强度。
二、实验方法：
将圆柱体岩石试样放在压力实验机上进行单轴压缩实验，试件破坏瞬间受压面上的极限应力值为该岩石的抗压强度。
（一）实验前的准备工作
1、试件制备。
描述和尺寸测量见<变形实验>。
每组试件数根据实际情况而定，但最好不少于三块。
（二）实验步骤
1、试件安装
将准备好的岩石试件放在压力实验机上、下加压板的中心位置，试件整个断面应与加压板严密接触，若不合要求，应予处理。
2、施加载荷
保持恒定的应力速率（50～100N/cm2/s）对试件连续加载至破坏为止，记录破坏载荷数值。
描述试件的破坏情况，描述内容见<岩石抗拉强度实验>。
“施加载荷”部分，并记入记录表3－2内，发现试件初裂后仍能继续承受载荷，应记录出裂时的载荷值。
三、计算岩石的抗拉强度
岩石的（单轴）抗压强度按下式计算：
式中：
－岩石抗压强度（MPa）；
P－试件破坏时施加的最大载荷KN；
A－试件横截面积cm2。
表3－2岩石（单轴）抗压强度实验记录
岩样编号
试件
编号
试样尺寸（厘米）
试件面积（cm2）
破坏载荷（KN）
抗拉强度（MPa）
备注
直径
厚度
实验二岩石单轴抗拉强度测定
一、实验目的：
测定岩石的抗拉强度。
二、实验方法：
本实验采用劈裂法测定岩石的抗拉强度。
（一）实验前的准备工作：
主要是试件的制备、描述和尺寸测量。
（1）采用圆盘试件。
试件直径（D）为50毫米，厚度（T）为25毫米（T/D=0.5）。
（2）试件两端面应平等，试件轴心线与断面应垂直，二者的最大偏差均不得大于0.2毫米。
试件表面光滑平整。
试件数目据实际情况而定，但最好不少于10块。
（3）测量试件尺寸。
圆盘试件测直径和厚度。
沿厚度（T）上、中、下三个部位分别测直径，取三次测量的平均值为试件的直径。
沿预定加载方向上、中、下三个部位测定试件厚度，取三次测量的平均值为试件的厚度。
方片形试件参照圆盘形试件确定规格，测量其尺寸。
（二）试件安装
将试件安装于抗拉模具上，要将试件安放在模具的中心线上，避免偏心加载。
2、施加载荷
操纵压力实验机，对试件施加载荷。
加载速率每秒100N，至试件破坏为止。
记录破坏时载荷数值。
描述试件的破坏情况，其内容包括：
记述破坏面情况与最大主应力方向的夹角、破坏面上颗粒的完整情况、破坏面是否平整、是否沿预定的面破坏以及实验过程中的特殊情况等。
三、计算
按下式计算岩石抗拉强度：
式中：
－岩石的抗拉强度（MPa）；
－破坏载荷KN；
D－试件的直径cm；
T－试件的厚度cm；
以每组试件抗拉强度的算术平均值作为该种岩石的抗拉强度。
岩石抗拉强度实验记录表
取样地点：
实验日期年月日
岩石名称：
岩样编号
试件编号
试样尺寸（厘米）
破坏载荷（KN）
抗拉强度（MPa）
备注
直径
厚度
实验三岩石抗剪强度测定
一、实验目的
本实验为完整岩石规则试件剪切实验。
其目的在于测定岩石的剪切破坏瞬间，破坏面的应力分量－正应力（
）和剪切力（
）之间的关系，绘制岩石的抗剪断
曲线，确定内聚力（c）和内摩擦角（
）值。
二、实验方法
1、采用直径（D）为50毫米，高50毫米的圆柱体，或者边长为50毫米的正方体岩石试件。
2、试件各面平整，各端面对轴线应垂直，最大偏差不超过0.05毫米。
3、按照规定的剪切方向和试件放置角度，在每个试件上标注剪切面和剪切角度。
4、测量试件尺寸。
按照剪切面，测量两垂直边（或直径和高）的尺寸。
每边都要测两端和中间三个部位。
取其平均值。
精度为0.1毫米。
三、实验步骤
1、将剪切装置的上半部分和下半部分分别安置到压力实验机上、下加压板上，打开定位销，调整剪切角度。
2、在调整好角度的剪切装置上，安好钳口，放上试件，使剪切装置的钳口与预定剪切面平齐并严密接触。
开动压力实验机，使加压板与剪切装置平稳接触。
3、施加载荷，保持恒定的加载速度（50～100N/cm2/s）对试件连续加载至破坏为止，记录破坏载荷数值。
描述试件的破坏情况，描述内容见<岩石抗拉强度实验>。
“施加载荷”部分。
四、计算
1、按下式计算岩石试件剪切破坏时破坏面上的剪应力和正应力：
MPa
MPa
式中：
P－试件破坏时的最大载荷KN；
A－剪切破坏面的面积cm2;
－破坏面上的剪应力MPa；
－破坏面上的正应力MPa；
－剪切角（剪切面与水平面夹角）。
2、根据在不同的倾斜压模倾角
下得到的
，
值，在坐标系σ～ε内绘制出岩石强度曲线。
根据岩石强度曲线可以近似得到岩石的内聚力C和内摩擦角ψ。
方法是：
将测得的各剪切角度下的诸多散点点在σ～ε坐标系内，线性回归得到回归直线方程即为强度曲线方程，回归系数分别为C和tgψ。
实验四岩石变形参数测定
一、实验目的
本实验的目的在于测定规则岩石试件在单轴压缩应力状态下的弹性模量和泊松比。
弹性模量分为初始弹性模量、割线弹性模量和切线弹性模量。
它们均可由实验结果绘制的应力－应变曲线确定。
泊松比则为横向应变与纵向应变之比。
对于岩石，一般按纵向应力－应变曲线近于直线段之平均纵向应变与相应应力段平均横向应变计算。
二、实验方法
目前，实验室广泛采用电测法测定岩石弹性模量和泊松比。
即用转换元件将待测之非电量转换成电量输入电子仪器进行测量。
为了测定和绘制岩石应力－应变曲线可以采用静态应变测量法，也可以采用动态应变测量法。
（一）实验前的准备
1、试件制备、描述和尺寸测量
（1）采用圆柱体试件。
试件直径（d）为50毫米，高（h）为100毫米，h/d=2。
（2）试件端面平整到0.02毫米。
两端面应垂直于试件轴，最大偏差每50毫米不超过0.05毫米。
在试件整个高度上，直径差不超过0.3毫米。
试件表面要光滑。
（3）试件直径要在试件高度上、中、下三个部位测定其相互正交的直径，取其平均值，精度为0.01毫米。
试件高度测量精度为1.0毫米。
（4）试件描述：
其内容包括：
岩石名称、颜色、主要矿物组分、结构、构造、风化程度、裂隙发育情况、沉积岩胶结物的性质、胶结程度以及加载方向与层理、片理方向的关系、主要裂隙与加载的关系等。
三、实验步骤
1、将平衡箱选点开关调在与其背面号数对应的测量点上，调节相应点电位器使应变仪电表指零。
再将应变仪电源开关放在“容”上，调节应变仪“电容平衡”电位器到电表指针偏转最小。
（注意：
应变仪“电阻平衡”此时不得再调），最后应变仪电源开关放在“阻”上，电表指针指零。
其余各点电阴平衡按上述方法调整。
调整后应变仪上的所有调平衡电位器均不得再转动。
2、安放试件，加载实验
静态应变测定的特点是在应变不变的条件下从静态应变仪上直接读取应变值。
这就要求载荷稳定在某一量组下测读应变值。
本实验要求按每秒50~100N/cm2d的应力速率对试件单轴压缩。
在破坏载荷范围内，等间隔至少读10个应变值，而且每级载荷都要保持稳定，方可读值。
一般应做几次加载卸载循环才能得到比较符合实际的测试结果。
应注意从应变仪上读取的是微应变值（με），1με＝10-68，而且符号与岩石的规定相反。
3、对破坏后试件进行描述。
其内容包括：
破坏类型、破坏面和岩石结构、构造间的关系以及主要破坏裂隙的描述等。
四、实验计算
1、轴向应变和横向应变由应变仪读取，试件的压应力按下式计算：
式中：
P－施加在试件上的轴向载荷，（KN）；
A－试件垂直载荷方向的初始横截面积，（cm2）。
2、绘制应力－应变曲线
3、弹性模量的计算
（1）初始弹性模量（Ei）：
由应力－应变曲线坐标原点引该曲线的切线，其斜率即为初始弹性模量。
式中：
σi－切线上任一点的轴向应力（MPa）；
εi－对应于σi的轴向应变值。
（2）割线弹性模量（ES）
式中：
σ50－极限强度σc的50％的应力值（MPa）；
εi－对应于σ50的轴向应变值。
（3）切线弹性模量（Et）
式中：
－应力－应变曲线近于直线段上任意两点的应力差（MPa）；
－对应于（
）的轴向应变差。
也可以对近于直线段内诸点线性回归求得切线弹性模量。
本实验要求计算切线弹性模量
。
4、泊松比（μ）的计算：
式中：
－求切线弹性模量之（
）值；
－对应于（
）之横向应变差。
5、体积应变（
）的计算：
体积应变按下式计算：
式中：
－某一应力下体积应变；
－同一应力下横向应变值（假定为负）；
－同一应力下轴向应变值（假定为正）。
在σ～ε坐标系内画出应力－体积应变曲线。
实验五岩石点载荷实验
一、实验目的
测定不规则岩样的抗拉强度。
二、实验方法
采用未经加工的岩石试样，在携带式点载荷仪上受对轴压缩，至试件压裂而破坏，根据破坏时的最大载荷和加载端点之间的距离求出岩石的抗拉强度，并可近似地计算出岩石抗拉强度。
这种方法减少岩样加工，缩短实验时间，降低了实验费用，特别使得那些不能加工成型的风化岩石来说是唯一可行的。
（一）实验前准备
1、选择不规则岩样。
选择形状尺寸相近的岩样作为同组试件。
采用千斤顶加压时，试件最大直径为110毫米，采用压力环加压时，试件最大直径为68毫米，每种不规则岩样数目不少于15个。
2、依据岩样的强度选用加压测压装置。
当预测岩样的单轴抗压强度小于50MPa时，采用丝杠加压，压力环测压。
在应力环上应事先安装好计量用百分表。
当岩样单轴抗压强度大于50MPa时，采用千斤顶加压，由油压表上读取压力值，这时应安装，固定千斤顶，连接油路及油压表。
（二）实验步骤
1、施加载荷至试样破坏，记录下百分表（或油压表）读数，并从仪器所带的标定曲线上查出压力值。
2、用卡尺量取加载点之间的最短距离。
将上述结果全部填入记录下表中。
3、试样破坏前后应予描述。
三、实验计算
点载荷实验记录表
试样编号采样地点实验日期年月日
序号
内容
1
2
3
4
5
6
1
试样编号
2
岩石名称
3
样品处理
4
载荷方向
5
三轴尺寸（厘米）
长
A
中
B
短
C
6
加载点间距离
D
7
极限荷载
P
8
形状系数
K
9
点荷载强度指数
I0=P/D2MPa
I0
10
抗拉强度
MPa
11
换算抗压强度
12
试样
特征
实验前
实验后
实验六传感器标定
一、实验目的
确定压力传感器的静态特性参数，了解传感器的性能。
二、实验仪器及设备
1、万能材料试验机
2、压力传感器（内部带放大器）
3、数字电压表
4、稳压电源
三、实验方法
利用材料实验机作为标准输入量，对应读出压力传感器的输出电量，作为输入－输出特性曲线即
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