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岩体力学实验.doc

1、岩体力学实验一.实验目的岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法,学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法;了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。二.实验设备、仪器和材料1.钻石机、锯石机、磨石机;2.游标卡尺,精度0.02mm;3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架;4.YE-600型液压材料试验机;5.JN-16型静态电阻应变仪;6.电阻应变片(BX-120型);7.胶结剂,清洁剂,脱脂棉,测试导线等。三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态1. 试样规格:采用直径为50 mm,高为100 mm的标准圆柱体,对于一些裂隙比

2、较发育的试样,可采用50 mm50 mm100 mm的立方体,由于岩石松软不能制取标准试样时,可采用非标准试样,需在实验结果加以说明。2. 加工精度: a 平行度:试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。检测方法如图5-1所示,将试样放在水平检测台上,调整百分表的位置,使百分表触头紧贴试样表面,然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。 b 直径偏差:试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm,用游标卡尺检查。 c 轴向偏差:试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2所示,将试样放在水平检测台上,用直角尺紧贴试样垂直边,转动试样两者之间无明显缝隙。3.试样数量: 每种状态下试样的数量

3、一般不少于3个。4.含水状态:采用自然状态,即试样制成后放在底部有水的干燥器内12 d,以保持一定的湿度,但试样不得接触水面。 34121百分表 2-百分表架 3-试样 4水平检测台图5-1 试样平行度检测示意图2311直角尺 2-试样 3- 水平检测台图5-2 试样轴向偏差度检测示意图 四.电阻应变片的粘贴图5-3 电阻应变片粘贴试样电阻片1.阻值检查: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。2.位置确定:纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部,纵向、横向应变片排列采用“”形,尽可能避开裂隙,节理等弱面。3.粘贴工艺:试样表面清洗处理涂胶

4、贴电阻应变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样编号,并对岩石试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。2. 检查试样加工精度。并测量试样尺寸,一般在试样中部两个互相垂直方向测量直径计算平均值。3. 电阻应变仪接通电源并预热数分钟后, 连接测试导线,接线方式采用公共补偿半桥连接方式。4. 将试样放置在试验机的承压板中心,然后对纵向、横向应变片分别进行反复预调平衡。5. 施加初载荷,检查试验机和应变片工作情况,正常后以1.02.0 kN/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,纪录相应载荷下的纵向、横向应变,均匀加载直至试样完全破

5、坏。每个测试过程读数不得少于7个点,同一试样的纵向、横应变尽可能同时读出。6. 记录破坏载荷值及加载过程中出现的现象,并对试样破坏形态进行描述。六.实验结果整理 1. 岩石单轴抗压强度: 式中: RC试样单轴抗压强度,MPa; P试样破坏载荷,N; S试样初始截面积,mm2。岩石单轴抗压强度测定结果填入表5-1。 表5-1 岩石单轴抗压强度测定结果岩石名称 试件编号岩性描述试样尺寸破坏载荷/kN抗压强度 /MPaDL/mm单值均值1232. 绘制岩石单轴压缩应力-应变曲线实验结束后检查每一组的实验结果,废弃可疑数据,分别计算试样所受应力和与之对应的纵向应变1、横向应变2以及体积应变值v,体积应

6、变值按下式计算: 将单轴压缩实验记录与计算结果填入表5-2。然后以纵向应力为纵坐标,以应变为横坐标描出并光滑连接测点。岩石试样单轴压缩实验的应力-应变曲线,如图5-4。表5-2 岩石单轴压缩变形测定纪录试样编号 载荷/kN项目204060801001201401601802002001轴向应力/MPa纵向应变1横向应变2体积应变v2轴向应力/MPa纵向应变1横向应变2体积应变v3轴向应力/MPa纵向应变1横向应变2体积应变v1-21-v1-11/10-3 1/MPa图5-4 岩石单轴压缩实验的应力-应变曲线3/10-3ABCD3.弹性模量: 根据岩石单轴压缩实验的应力-应变曲线计算变形参数。由

7、于岩石压缩过程中各个阶段的变形情况有所不同,弹性模量又分为切线模量E(又称弹性模量或杨氏模量)和割线模量E50(又称变形模量),分别按下式计算: 式中: 纵向应力-应变曲线中直线段的纵向应力增量,MPa;纵向应力-应变曲线中直线段的纵向应变增量;单向抗压强度的50%的应力值,MPa; 试样与对应的纵向应变值。4.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,在轴向应力-纵向应变与轴向应力-横向应变曲线上,对应直线段纵向应变和横向应变的平均值计算泊松比:式中:岩石的泊松比;p纵向应力-纵向应变曲线中对应直线段部分的应变的平均值; p纵向应力-横向应变曲线中对应直线段部分的应变的平

8、均值。弹性模量E、变形模量E50及泊松比测定结果填入表5-3:表5-3 弹性模量E、变形模量E50及泊松比测定结果岩石名称试样编号岩 性描 述弹性模量E/GPa变形模量E50/GPa泊松比单值均值单值均值 单值均值 七.实验报告要求 实验结束后认真独立填写实验报告,实验报告应包括以下内容:1. 实验目的;2. 主要实验仪器;3. 实验步骤;4. 原始数据及实验数据整理;5. 对本实验的建议。八.思考题1. 试验机上为何要配备球形调节座?2. 影响单轴压缩实验结果的实验因素有那些? 3. 单轴压缩破坏的类型有那几种? 实验六 岩石常规三轴压缩实验一.实验目的岩石常规三轴压缩实验是指岩石试样在轴对

9、称应力组合方式(12=3)的三轴压缩实验。通过该实验使学生掌握岩石常规三轴实验方法,并能根据岩石在不同围压下实验结果计算出内摩擦角与粘结力,绘制出岩石的强度曲线,进一步理解岩石的强度准则。二.实验设备、仪器和材料1. 钻石机、锯石机、磨石机;2. 游标卡尺,精度0.02mm;3. 干燥器;4. 直角尺、水平检测台、百分表及百分表架;5. YE-2000型液压材料试验机;6. 三轴室,三轴液压源;7. 热缩管、胶带、密封圈等。三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态1. 试样规格:采用直径为50 mm,高为100 mm的标准圆柱体。2. 加工精度: a 平行度:试样两端面的平行度偏差不得大于0.

10、1mm。检测方法如图5-1所示,将试样放在水平检测台上,调整百分表的位置,使百分表触头紧贴试样表面,然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。 b 直径偏差:试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm,用游标卡尺检查。 c 轴向偏差:试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2所示,将试样放在水平检测台上,用直角尺紧贴试样垂直边,转动试样两者之间无明显缝隙。3.试样数量:每种岩石同一状态下,试样数量一般不少于5个,每个试样在一定围压下的进行实验。4.含水状态:采用自然状态,试样制成后放在底部有水的干燥器内12 d,以保持一定的湿度,但试样不得接触水面。 四.实验步骤1. 测定前核对岩石名

11、称和试样编号,并对试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。 2. 检查试样加工精度。并测量试样尺寸,一般在试样中部两个互相垂直方向测量直径计算平均值。3. 围压一般取5MPa、10 MPa、15 MPa、20 MPa和25 MPa。 4. 试验机量程,一般应满足0.2P0Pmax0.8P0,式中:P0为试验机最大量程,kN;Pmax为预计试样最大破坏载荷,kN。5. 试样的安装,首先把钢垫块端部擦净,将试样置于上、下垫块之间,使三者中心为一条直线,再将试样与垫块套上热缩管,热缩管长度稍大于试样高度,用吹风机缓慢加热热缩管,并再用密封胶带固定试样两端,见图6-1。6. 打开三

12、轴室上压盖,再将制备好的试样下垫块置下放入三轴室底座中心,上好压力室顶盖活塞,将装有试样的三轴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。7. 注油排气,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。12341上垫块;2密封圈;3岩石试样;4下垫块图6-1 试样防油安装示意图8. 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10 cm左右,关闭送油阀,然后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50 kN的纵向载荷固定试样。 9. 施加围压,缓缓施加围压到指定值,稳定数2分钟后,使围压保持恒定

13、时,要求变动范围不应超过选定的2%。10. 再以1.0 kN/s2.0 kN/s的加载速度均匀加载,直至试样破坏,立即关闭液压泵卸载阀,再打开试验机的回油阀卸轴压。11. 纪录破坏载荷及围压值。打开三轴室的放气阀,卸掉上压盖取出试样,破坏类型描述。 五.实验结果整理1.计算一定侧压力作用下岩石的抗压强度1: 图6-2 围压与纵向抗压强度关系曲线式中: 1max岩石三轴抗压强度,MPa; P纵向破坏载荷,N; F试样初始截面积,m2。 2.计算内摩擦角和粘结力。在直角坐标系绘制3-1的关系曲线图6-2, 对实验值采用最小二乘法进行线性回归,计算出其斜率m和纵轴上的截距b,即线性方程,其中m和b可用下式计算: 图6-3 岩石三轴试验摩尔园及包络线 式中: 1岩石三轴抗压强度,MPa; 3围压,MPa; n试样数量。

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