矿山岩石力学实验报告.docx
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矿山岩石力学实验报告
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矿山岩石力学实验报告
篇一：
cumT-矿山岩体力学-周华强-矿山岩体力学实验报告
中国矿业大学矿业工程学院
实验报告
课程名称矿山岩体力学
姓名班级学号日期成绩
实验一测定掩饰的静力变行参数
一、基本原理
岩石静力变行参数主要有静变形模量、泊松比和剪切模量，本实验只介绍前两参数的测定。
变形模量是指岩石试样在单轴压缩条件下轴向压力与轴向应变之比。
（1）初始模量：
应力-应变曲线远点处切线的斜率。
（2）切线模量：
对应于曲线上某一点m的切线的斜率。
（3）割线模量：
曲线上某一点m与原点o连线的斜率。
一般取抗压强度为50%的应力
水平的割线模量代表该岩石的变形模量。
（4）泊松比：
指单轴受压条件下横向应变与轴向应变之比，一般用单轴抗压强度的50%
时的横向应变值和轴向应变值计算。
本试验是将岩石试样放在压力机上加压，用应变计或位移计测记不同应力作用下岩石试件的应变或变形值，绘出应力-应变曲线。
目前，侧记变形（或应变）的仪表很多，如机械测表、电位差传感器和电阻应变仪等，其中电阻应变仪在我国应用最广，在此着重介绍这种一起的测量方法。
电阻应变仪测量岩石应变的原理是将电阻应变片粘贴在试样的侧面上，当岩石受压下产生变形时，粘贴在其上的应变片与岩石一起变形，应变片变形后，其电阻值发生变化，通过电阻应变仪的电桥装置测出电阻值并转换成应变值，此值即为岩石应变值。
二、仪器设备
（1）平台、角尺、卡尺；
（2）压力机：
能连续加荷，没有冲击，具足够的吨位（能在总吨位的10%~90%之间进行
试验）；
（3）电阻应变仪及贴片设备；（4）导线焊接工具三、操作步骤
1.试样制备
（1）采用圆柱体作为标准试样，直径为5cm，允许变化范围为4.8~5.2cm，高10cm，元
需变化范围为9.5~10.5cm。
当缺乏圆柱体制样设备时，允许采用5cm×5cm×10cm方柱体。
（2）试样制备的精度，应叨叨下列标准：
①沿试样整个高度上，直径差不超过0.3mm；②两断面的平行度，最大不超过0.05mm；
③断面应垂直于试样轴，最大偏差不超过0.25度；④试样表面应处理光滑。
（3）每种情况制备不少于3个试样。
2.试样描述
描述内容包括岩石的名称、颜色、矿物成分、结构、构造、风化程度、胶结物、微裂隙发情况及其与主应力间的关系和含水状态等。
3.电阻片的粘贴和防潮处理
（1）选择电阻片：
要求电阻丝平直，间距均匀，电阻丝的长度大于试样最大颗粒尺寸的
10倍，同一试样的工作片和补偿片的电阻值差不超过±0.2欧姆。
（2）电阻片应贴在试样中部，每个试样采用纵向和周向电阻片各2片，沿圆周等距离分
布；贴片前，用零号砂纸打磨试样面，并用酒精擦洗。
（3）贴片用的胶液，对于烘干试样，可采用一般胶合剂；对天然含水及饱水试样，需采
用防潮胶液，并作防潮处理。
（4）待粘和胶液干固后，用等长金属隔离线与电阻片的引线焊接牢固。
此时，电阻片的
组织增加值不得超过0.5欧姆。
（5）将导线固定，并在其端作号码标记以便识别。
4.安点接线
将准备好的时间防止在压力机的压板中间，取另一电阻补偿时间置于试样附近，按半桥联线方式将仪A、b接线柱之间接测量片，b、c之间接温度补偿片。
5.施加载荷
以0.5~0.8mpa/s的速度施加载荷，直至岩样破坏或至少超过抗压强的之50%：
在施加荷载过程中，记录各级压力下的轴向和横向应变值。
每个电阻片测的的应变值不应少于10个。
四、成果整理
（1）按下式计算应力值：
σ=
pA
式中p—轴向荷载；A—试样横断面积；σ—压应力值，mpa。
（2）计算纵向应变相横向应变平均值。
（3）绘制应力—轴向应变曲线，应力—横向应变曲线及应力—体积应变曲线，体积应变按下式计算：
ε式中εεε
v
v
=εa+2ε
d
----某一应力下体积应变；
a-----同一应力下轴向应变；
d-----同一应力下横向应变。
（4）在轴向应力—应变曲线上，作原点o与抗压强度为50%点的连线，其斜率即为变形
模量：
e0=
?
50
?
50
式中?
50----相当于抗压强度为50%的应力值，mpa；?
50----应力为抗压强度的50%时的轴向应变值。
（5）取应力为抗压强度的50%时的纵向应变和横向应变值计算泊松比μ（取两位小数）：
?
?
?
d（50）?
a（50）
式中?
d（50）----应力为抗压强度的50%时的横向应变；
?
a（50）----应力为抗压强度的50%时的轴向应变。
（6）根据需要，也可确定任一应力下的切线模量、割线模量和泊松比。
五、注意事项
（1）如压力机承压板的尺寸大于试样尺寸的两倍时，需要在试样上下端加辅助承压板。
（2）贴片应尽量避开显著的裂隙和特大矿物颗粒或斑晶。
（3）在试样加压前，应检查试件是否均匀受压。
其方法是给试样加上少许压力，观测
各应变值是否接近，如纵向应变相差较大，应重新调整试件。
六、实验数据
?
?
?
d（50）?
a（50）
?
?
七、实验小结
?
?
0.48
?
305?
（?
28）
151?
19
通过本实验了解了岩石弹性模量和泊松比的测量仪器，通过实验数据了解了岩石的
一些力学性质。
实验二岩石的单轴抗压强度试验
一、基本原理
岩石单轴受压至破坏时的最大压应力值称单轴抗压强度，简称抗压强度，以R表示。
岩石单轴抗压强度的测定，一般是采用直接压坏标准试件的方法。
二、仪器设备
（1）岩石制样机械：
钻石机、车床、锯石机、磨床；
（2）检验工具：
游标卡尺（精度0.02mm）、直角尺、水平检测台、百分表架及百分表；（3）材料试验机。
三、试件规格、加工精度、数量与含水量
（1）采用圆柱体为标准试样，直径为5cm，允许变化范围为4.8~4.2cm；高度为10cm，允许变化范围为9.5~10.5cm。
当缺乏圆柱体制样设备时，允许采用5cm×5cm×10cm的方柱体。
（2）试样加工精度：
试样两端面不平行度小于0.1mm；试样上下端直径偏差不得大于0.2mm。
（3）试样数量：
试样数量按要求的受力状态或含水状态，每种情况下试样的数量一般不少于3块。
四、测定步骤
（1）测定前核对岩石试样名称和岩样编号，对试样的颜色、颗粒、层理、节理、风化程度、含水状态以及加工过程中出现的问题等进行描述并填入表内。
（2）检查试样加工精度、量测试样尺寸，填入记录表内。
（3）选择压力及机度盘：
一般应满足
0.2p0
max
式中pmax----预计最大破坏载荷；p0----压力机度盘最大值。
（4）试样安装
将试样置于压力机承压板的中心，调整有球形座的承压板，使之均匀受压。
五、成果整理
（1）计算单个试样的单向抗压强度
按下式计算岩石单轴抗压强度R（mpa）
R?
式中p——最大破坏荷载，n；
pA
2
A——垂直于加荷方向的试件断面积，mm。
篇二：
岩石力学总结
第一章绪论
岩石力学是一门研究岩石在外界因素（如荷载、水流、温度变化等）作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。
又称岩体力学，是力学的一个分支。
研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。
它是一门新兴的，与有关学科相互交叉的工程学科，需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识，并与这些学科相互渗透。
应用：
水利水电道路建设采矿工程等
煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术铁路隧道设计和施工技术水库诱发地震的预报问题地震预报中的岩石力学问题
岩体力学的研究对象：
岩石由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体
岩体力学的发展历程：
20世纪以前萌芽阶段宋应星《天工开物》古德恩维地表移动范围
20世纪初到20世纪50年代第二阶段松散介质学派卡曼型三轴试验机三下开采20世纪50年代到现在现代阶段弹塑性理论流变理论
百花齐放世界各国成立岩石力学学会论文的发表数值模拟方法
矿山岩体力学的特点及其研究范围
采深大计算精度低位置受限不断移动
由于大面积开采还会引起采空区上方大量岩层移动和破坏，研究这些岩层的运动、破坏和平衡规律及其控制方法，是矿山岩石力学的重要课题，这也是区别于其他应用性岩石力学学科的重要内容。
矿山岩体力学的研究目的和方法
在安全、经济、高强度、高指标的原则下最大限度地开采地下资源。
矿山岩石力学的研究方法是科学实践和理论分析相结合，二者互相联系，互相促进。
岩石的物理性质
密度、视密度、孔隙性、碎胀性和压实性、吸水性、透水性、软化性、膨胀性和崩解性2.7?
103kg/m3
密度是指单位体积的岩石（包括空隙）的质量
容重是指单位体积的岩石（包括空隙）的重量通常，岩石的容重愈大则它的性质就愈好
孔隙度是岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比，
故也称为孔隙率通常根据岩石的密度和干视密度经计算而求得碎胀性是岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大的性质
吸水性是指遇水不崩解的岩石在一定的试验条件下（规定的试样尺寸和试验压力）吸入水分的能力，通常以岩石的自然吸水率和强制吸水率表示。
岩石的自然吸水率是试件在大气压力作用下吸入水分的质量与试件的干质量之比
透水性是岩石能被水透过的性能。
达西定律可知Q=KAI
软化系数是指水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之比
膨胀性和崩解性主要取决于其胶结程度及造岩矿物的亲水性，一般含有大量粘土
矿物（如蒙脱石、高岭土和水云母等）的软岩遇水后极易产生膨胀和崩解。
岩石的膨胀性可用膨胀应力和膨胀率来表示。
岩石与水进行物理化学反应后，随时间变化会产生体积增大现象，这时使试件体积保持不变所需要的压力称为岩石的膨胀应力，而增大后的体积与原体积的比率称为岩石的膨胀率。
岩石的崩解性是用耐崩解性指数表示，它是指岩样在承受干燥和湿润两个标准循环之后，岩样对软化和崩解作用所表现出的抵抗能力。
第二章
岩石的强度：
岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够承受的最大应力。
a.单向抗压强度b.单向抗拉强度c.剪切强度d.三轴抗压强度
a.单向压缩变形b.反复加载变形c.三轴压缩变形d.剪切变形
?
单轴抗压强度：
岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度
?
单轴抗拉强度：
岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力
?
抗剪切强度：
岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力?
三轴抗压强度：
岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力
端部效应其消除方法：
润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）加长试件岩石的变形：
岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。
岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质
弹性：
物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力（卸载）后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性。
塑性（plasticity）：
物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质，称为塑性。
在外力作用下只发生塑性变形的物体，称为理想塑性体?
理想塑性体的应力－应变关系:
?
当σ ?
当σ≥σs时，ε－＞∞
黏性（viscosity）:
物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性
脆性（brittle）:
物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。
5%
岩石的延性与脆性是相对的，在一定的条件下可以相互转化
延性（ductile）:
物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性单轴压缩条件岩石应力－应变曲线6种类型
类型Ⅰ弹性岩石。
例如：
玄武岩、石英岩、白云岩以及极坚固的石灰岩类型Ⅱ弹—塑性岩石。
例如：
较弱的石灰岩、泥岩以及凝灰岩
类型Ⅲ塑—弹性岩石。
例如：
砂岩、花岗岩、片理平行于压力方向的片岩以及某些辉绿岩
类型Ⅳ塑—弹—塑性岩石。
例如：
大多数为变质岩
类型Ⅴ与类型Ⅳ相同一般发生在压缩性较高的岩石中。
应力垂直于片理的片岩具有这种性质
类型Ⅵ弹—粘性岩石。
例如：
岩盐、某些软弱岩石
名词解释（已知）
1、弹性模量：
直线的斜率,也即应力（σ）与应变（ε）的比率被称为岩石的弹性模量，记为e
线弹性岩石应力—应变曲线具有近似直线的形式
完全弹性岩石岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线
弹性岩石岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线，且卸载曲线不沿原加载路径返回原点o滞回效应
弹塑性岩石岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线，卸载曲线不沿原加载路径返回，且应变也不能恢复到原点o塑性滞回环：
加载曲线与卸载曲线所组成的环，叫做塑性滞回环弹塑性岩石等荷载循环加载变形特征
①等荷载循环加载：
如果多次反复加载与卸载，且每次施加的最大荷载与第一次施加的最大荷载一样。
②塑性滞回环：
则每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环。
这些塑性滞回环随着加、卸载的次数增加而愈来愈狭窄，并且彼此愈来愈近，岩石愈来愈接近弹性变形，一直到某次循环没有塑性变形为止，如图中的hh‘环。
③临界应力：
当循环应力峰值小于某一数值时，循环次数即使很多，也不会导致试件破坏；而超过这一数值岩石将在某次循环中发生破坏（疲劳破坏），这一数值称为临界应力。
此时，给定的应力称为疲劳强度。
弹塑性岩石增荷载循环加载变形特征
?
①增荷载循环加载：
如果多次反复加载、卸载循环，每次施加的最大荷载比前一次循环的最大荷载为大。
?
②塑性滞回环：
每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环。
随着循环次数的增加，塑性滞回环的面积也有所扩大，卸载曲线的斜率（它代表着岩石的弹性模量）也逐次略有增加，表明卸载应力下的岩石材料弹性有所增强。
?
③岩石的记忆性：
每次卸载后再加载，在荷载超过上一次循环的最大荷载以后，变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升（图中的oc线），好象不曾受到反复加载的影响似的，这种现象称为岩石的变形记忆。
（:
矿山岩石力学实验报告） 全应力－应变曲线的特征
孔隙裂隙压密阶段（oA段）
弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（Ac段
非稳定破裂发展阶段，或称累进性破裂阶段（cD段）
破裂后阶段（D点以后段）
?
其工程意义：
揭示岩石试件破裂后，仍具有一定的承载能力。
?
预测岩爆。
?
预测蠕变破坏。
?
预测循环加载条件下岩石的破坏。
?
围压对岩石变形的影响：
随着围压的增大，岩石的抗压强度、变形、弹性极显著增大，岩石的性质发生了变化：
由弹脆性→弹塑性→应变硬化
按照结构面的形成原因可以划分为：
原生、构造、以及次生结构面
结构面状态按照贯通情况可划分为：
非贯通、半贯通、贯通
或者：
产状：
倾向、倾角、走向（与工程关系）
形态：
起伏度、粗造度（影响抗滑力）
延展度：
相对工程岩体范围内
充填物：
断层泥（硅质、钙质、泥质）水对其的力学性质有很大影响密集度：
裂隙度（K）切割度（xe）
迹长
张开度
裂隙度（K）
（面）切割度xe迹长：
结构面露出表面的长度
张开度具体可以划分为闭合、裂开、张开结构面
结构面形态按照JRc划分为10种
结构面的力学性质：
法向、剪切、抗剪强度。
岩石分类评价1.岩石普氏系数（f=σc/10）分类法RmR?
Ri?
i?
16
2.岩石质量指标RQD
3.RmR（RockmassRating）值分类法六个参数完整岩石强度岩芯质量指标节理间距节理条件地下水条件节理走向或倾向
4.巴顿岩体质量分类（Q分类）
5.岩体基本质量分级－－计算bQbQ=90+3σc+250KV第三章地应力：
是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力。
年代里由于地质构造运动等原因使地壳物质产生了内应力效应，这种应力称为地应力
地应力的成因：
1）板块边界受压2）地幔热对流3）岩体自重应力场4）岩浆侵入5）水压力、热应力6）地形、地表剥蚀对地应力影响
地壳浅部（3000m以内）地应力分布的主要规律
1）地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。
2）垂直应力随深度的变化规律：
垂直应力随深度线性增加
3）水平应力普遍大于垂直应力；
4）平均水平应力与垂直应力之比随深度增加而减小，且趋近于1
5）最大水平主应力与最小水平主应力随深度增加线性增长
6）最大水平主应力与最小水平主应力之差随深度增加而增大
地应力测量的方法
直接测量法:
1扁千斤顶法2刚性包体应力记法3水压致裂法4声发射法
间接测量法:
1全应力解除法2局部应力解除法3松弛变量测量法4孔壁崩落测量法5地球物理勘探法
材料力学─研究杆件（如梁、柱和轴）的拉压、弯曲、剪切、扭转和组合变形等问题。
结构力学─在材料力学基础上研究杆系结构如桁架、刚架等
弹性力学─研究各种形状的弹性体，如杆件、平面体、空间体、板壳、薄壁结构等问题。
弹力研究方法：
在区域V内严格考虑静力学、几何学和物理学三方面条件，建立三套方程;在边界s上考虑受力或约束条件，并在边界条件下求解上述方程，得出较精确的解答。
外力─其他物体对研究对象（弹性体）的作用力。
体力─（定义）作用于物体体积内的力。
以单位体积内所受的力来量度。
坐标正向为正。
mL?
1T?
2.面力─（定义）作用于物体表面上的力。
坐标正向为正。
?
1?
2应力─截面上某一点处，单位截面面积上的内力值正面正向，负面负向为正
正应变，以伸长为正。
切应变,以直角减小为正,用弧度表示。
形变—用线应变和切应变表示，
弹性力学中的五个基本假定。
（1）连续性─假定物体是连续的。
（2）完全弹性mL?
2T?
2.mLT.
篇三：
中国矿业大学矿山岩石力学近十年汇总
矿
大
岩
石
力
学
近
十
年
考
题
汇
总
希望学弟们装订成册，认真复习，必有收获
祝你们取得好成绩
中国矿业大学20XX～20XX学年第2学期
《矿山岩体力学》试卷（b）卷
考试时间：
120分钟考试方式：
闭卷
一、名词解释（21分，每题3分）
1.弹性力学基本假设
2.弹性
3.塑形
4.残余强度
5.逆解法
6.半逆解法
7.结构体基本类型
二、辨析题节理与裂隙的区别（19分）
三、简答题（40分）
1.地应力分布规律（6分）
2.全应力应变曲线特点（6分）
3.岩石构造分类（7分）
4.如何岩石的真密度（7分）
5.如何测出岩石的谁碎胀系数（7分）
6.什么叫岩石力学？
其研究内容是什么？
研究方法有哪些？
（
7分）
四、计算题（20分）
1.设某岩体的结构体强度符合莫尔—库仑强度准则，c＝20mpa，?
＝20，受三轴压应力作用，其中?
3＝5mpa＝const。
若此岩体受?
1、?
3的作用方向分别为铅直和水平，而岩体内仅包括有一条节理。
该节理面的cj?
1mpa，?
j?
30。
节理对水平的倾角或为15，或为45，或为75，或为90。
问：
（1）不考虑节理面影响，岩体极限平衡时的?
1?
?
（2）在何种情况下，节理不破坏，仅岩块破坏？
（3）在何种情况下，节理不破坏，或岩块和节理都破坏且岩块面和节理重合？
（4）在何种情况下，岩块和节理都破坏，但岩石破裂面并不与节理面重合？
（14分）
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