巖體力學實驗報告、指導書

1、巖體力學實驗報告、指導書。實驗1 測定巖石的顆粒密度一、基本原理巖石的顆粒密度（）是指巖石固體礦物顆粒部分的單位體積內的質量：（克/厘米3）巖石的固體部分的質量(ms)，采用烘干巖石的粉碎試樣，用精密天平測得，相應的固體體積(Vs)，一般采用排開與試樣同體積之液體的方法測得，通常用比重瓶法測得巖石固體顆料的體積。在用比重瓶測定巖石固體顆料體積時，必須注意所排開的液體體積確能代表固體顆料的真實體積，試樣中含有的氣體，實驗中必須把它排盡，否則影響測試精度，所用的液體一般為蒸餾水，并用煮沸法或抽氣法排除巖石試樣中的氣體，若巖石中含有大量可溶鹽類、有機質、粘粒時，則須用中性液體如煤油、汽油、酒精、甲苯

2、和二甲苯等，此時必須用抽氣法排除試樣中的氣體。二、儀器設備1、 巖石粉碎設備： 粉碎機、瓷缽、瑪瑙研缽和孔徑為0.25mm的篩；2、 比重瓶：容積為100ml或50ml(圖11)；3、 分析天平：稱量200克，感量0.001克；4、普通天平：稱量500克，感量0.1克；5、真空抽氣設備和煮沸設備；6、 恒溫水槽；7、 溫度計，量程050，精確至0.5；8、 其它：烘箱、蒸餾水或中性液體、小漏斗、洗耳球等。三、操作步驟1、試樣制備取代表性巖樣約100g，粉碎成巖粉并全部通過0.25mm篩孔。粉碎時，若巖石不含有磁性礦物，采用高強度耐磨粉碎機，并用磁鐵吸去鐵屑；若含有磁性礦物，根據巖石的堅硬程度分

3、別采用磁研缽或瑪瑙研缽粉碎巖樣。2、烘干試樣將制備好的試樣與洗凈的比重瓶一起置于烘箱中，使之在100110溫度下烘至恒重（一般連續(xù)烘12小時即可），取出后放于干燥器內冷卻至室溫備用。4、稱干試樣質量（ms）用四分法取兩份巖粉，每份巖粉質量約15g，將試樣通過漏斗傾入已知質量的烘干的比重瓶內，然后在分析天平上稱取比重瓶加試樣的質量，減去比重瓶質量即得干試樣的質量。4、注水排氣向裝有試樣的比重瓶內注入蒸餾水（如巖石為易溶鹽巖類，需用中性液體），然后用煮沸法或真空抽氣法排除氣體。（1）煮沸法 此法適于用蒸餾水做實驗，注蒸餾水入比重至半滿 將比重瓶置于砂浴上煮沸，煮沸時間在加熱沸騰后不應小于1h，以完

4、全排除氣體。（2）抽氣排氣法 將盛有巖樣試樣及半滿液體的比重瓶放置在真空抽氣缸內（圖12）,接上真空泵，抽氣時真空度應不少于740毫米水銀柱負壓力，并經常搖動比重瓶，直至無氣泡為止，抽氣時間一般為12小時。 5、稱取瓶加試液及巖樣的質量（m2）（1）若用煮沸法排氣時，煮沸完畢后，取出比重瓶冷卻至室溫，注蒸餾水入比重瓶中至近滿并加蓋，然后將比重瓶置于恒溫水槽內待溫度穩(wěn)定，取出比重瓶后將瓶外水份擦干并稱重，得瓶，水加巖樣質量，稱完后立即測定瓶內懸液溫度。（2）若用抽氣排氣法時，抽氣完畢后，取出比重瓶，按上述方法稱取瓶加水及巖樣質量。6、稱取瓶、試液的質量（m1）倒掉瓶中懸液，洗靜比重瓶，注入試液至

5、滿后，恒溫約15min，使瓶內試液與懸液溫度相同。檢查瓶內有無氣泡，若有需排除，塞好瓶塞，擦干瓶外水分，稱瓶加試液的質量。本試驗稱重應精確至0.001g。8、按下式計算巖石的顆粒密度式中：巖石的顆粒密度（g/cm3）；ms干巖粉的質量（g）；m3瓶、試液總質量（g）；m2瓶、試液和巖粉的總質量（g）；0t時液體的密度（g/cm3）。不同溫度下蒸餾水的密度可根據試驗時的溫度t（），查下表求得。  水的密度0 t 0 t 0 t 0 4 1.000000 15 0.999127 26 0.996813 5 0.999992 16 0.998970 27 0.996542 6 0.9999

6、68 17 0.998802 28 0.996262 7 0.999930 18 0.998623 29 0.995974 8 0.999876 19 0.998433 30 0.995676 9 0.999809 20 0.998232 31 0.995369 10 0.999728 21 0.998021 32 0.995054 11 0.999633 22 0.997799 33 0.994731 12 0.999525 23 0.997567 34 0.994399 13 0.999404 24 0.997326 35 0.994059 14 0.999271 25 0.997074

7、    注：一般試驗計算時采用小數(shù)點以后三位數(shù)，第四位四舍五入。 若用中性液體進行試驗時，應用比重瓶來測定其不同溫度下的密度，方法如下：（1）將已知質量的比重瓶裝滿經真空抽氣的中性液體，按本試驗中的第7步稱瓶、中性液體總質量（m4）。（2）用同一比重瓶裝滿蒸餾水，再按本試驗步驟7稱瓶、水總質量（m5）。（3）按下式計算中性液體密度（w）式中：w中性液體密度（g/cm3）；M4瓶、中性液體總質量（g）；M5瓶、水總質量（g）；m0瓶的質量（g）；wtt時的蒸餾水密度（g/cm3），查上表求得。8、本試驗進行兩次平行測定，取其平均值，兩次測定的差值不得大于0.02g/cm3，計

8、算結果精確至0.01。 四、試驗報告內容1、整理記錄表，格式見下表。  顆粒密度試驗記錄表 試驗編號 比重瓶號 試驗溫度（） 水的密度0 瓶的質量m0（g） 瓶加巖粉質量m1（g） 干巖粉質量ms=m1-m2（g） 瓶加試液加巖粉質量m2（g） 瓶加試液質量m3（g） 巖石顆粒密度 （g/cm3） 單值 平均值                                        

9、;                                                                                     

10、0; 試驗： 計算： 校核： 年         月 日2、思考題（1）巖石的顆粒密度值取決于哪些因素，它與空隙度的關系如何？（2）巖石若為可溶鹽巖類，用蒸餾水測定巖石的顆粒密度時，其結果是偏大還是偏?。繛槭裁?？五、注意事項1、煮沸（或抽氣）排氣時，必須防止懸液濺出瓶外，火力要小，防止煮干，還必須將試樣中氣體排盡，否則影響試驗結果。2、必須使瓶中懸液的溫度與試液溫度相一致。3、稱重必須準確，測定m1與m2時，必須將比重瓶外壁擦干。實驗2 測定巖石的塊體密度巖石的塊體密度（r）：是指巖石單位體積內的質量（g/cm3）。 克/厘

11、米3根據巖石的含水狀態(tài)可將巖石的塊體密度分為：（1）天然塊體密度 指巖石塊體在天然含水狀態(tài)下的單位體積內的質量；（2）干塊體密度 指巖石塊體在105100溫度下烘干時單位體積內的質量；（3）飽和塊體密度 指巖石塊體在飽水狀態(tài)下單位體積內的質量。一般未指明含水狀態(tài)時，系指干塊體密度。 測定巖石的塊體密度常用量積法、水中稱量法與蠟封法。量積法適用于能制備成規(guī)則試樣的巖石；除遇水崩解、溶解和干縮濕脹性巖石外，均可采用水中稱量法；不能用量積法或水中稱量法進行測定的巖石可以采用蠟封法，如軟弱巖石、風化巖石及遇水易崩解、溶解的巖石等。 巖石的飽和塊體密度，一般采用測定吸水率與飽和吸水率的試樣并與其同時進行

12、測定，這里僅敘述干密度的測定方法。 量積法 一、基本原理    由巖石的塊體密度定義可知，可通過測定規(guī)則巖石試樣的體積和質量來求巖石塊體密度。量積法的基本原理是把巖石加工成形狀規(guī)則（園柱體、方柱體或立方體）的試樣，用卡尺測量試樣的尺寸，求出體積，并用天平稱取試樣的質量，然后根據（21）式計算巖石的塊體密度。   二、儀器設備1、試樣制備設備：鉆石機、切石機、磨石機、砂輪機等； 2、烘箱、干燥器； 3、天平：秤量100-500g，感量0.01g； 4、卡尺：精度精確至0.01mm； 5、其它：放大鏡，小刀等。   三、操作步驟1、試樣制備 試樣形

13、狀，常用用園柱體、立方體或方柱體，試樣加工滿足下列要求： （1）試樣尺寸應大于巖石最大顆粒的10倍， （2）沿試樣高度，直徑或邊長的誤差不超過0.03cm； （3）試樣兩端面不平整度誤差不超過0.005cm； （4）試樣兩端面應垂直試樣軸線，最大偏差不超過0.25°。 （5）立方體或方柱體試樣，相鄰兩面應互相垂直，最大偏差不超過0.25°。 每組試樣制備不少于3塊，不允許缺棱掉角。 2、試樣描述 描述內容包括： （1）巖石名稱、顏色、礦物成分、結構、風化程度、膠結物性質等； （2）節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其分布； （3）試樣的形態(tài)。 3、量測試樣尺寸 （1）量測試樣兩端和中間三

14、個斷面上相互垂直的兩個直徑或邊長，按平均值計算截面積。 （2）量測端面周邊對稱四點和中心點的五個高度，計算高度平均值。 尺寸量測應精確至0.001cm，尺寸量完后，按相應公式計算試樣的體積(V)。 4、烘干試樣、稱試樣質量(ms) 將試樣置于烘箱內，在105110恒溫下烘24h，然后放入干燥器內冷卻至室溫，稱試樣質量，精確至0.01g。 5、按下式計算巖石的塊體密度 式中：r巖石的塊體密度（g/cm3）； ms巖石試樣的干質量（g）； V巖石試樣的體積（cm3） 計算精確至0.01g/cm3。 6、本試驗每組平行測定3塊試樣，取其平均值作為巖石的塊體密度。 蠟封法   一、基本原理&

15、#160;   蠟封法是將已知質量的小巖塊浸入融化的石蠟中，使試樣沾有一層蠟外殼，保持完整的外形。通過分別測得帶有蠟外殼的試樣在空氣中和水的質量，然后根據阿基米德原理，計算試樣的體積和密度。二、儀器設備1、烘箱和干燥器；2、石蠟及融蠟工具；3、天平：稱量100500g，感量0.01g；4、其它：燒杯、線、溫度計、針、燒杯架等。三、操作步驟1、取樣取邊長約35cm近似立方體的巖塊、清除尖銳棱角和松動部分，需每組3塊。2、試樣描述描述內容同量積法。3、并稱試樣質量（ms）將試樣置于烘箱中，在105°110溫度下烘至恒重，一般需連續(xù)烘12小時，取出后放于干燥器中冷卻至室

16、溫，然后在天平上稱取烘干試樣的質量。4、封蠟用細線將試樣捆好，持線將試樣徐徐浸入剛過熔點（約60）的蠟中，待全部浸沒后既將試樣提出，重復操作23次，使試樣表面覆蓋一層蠟，注意檢查蠟膜中是否有氣泡，若有需用燒熱的針刺破再用蠟涂平孔口。5、求試樣體積（1）將封蠟試樣放在天平上稱量，得封蠟試樣的質量（m1）；（2）用細線將試樣吊在天平一端，并使之浸沒與盛水燒杯中（見21），封蠟試樣在水的質量（m2）；（3）封蠟試樣取出擦干水分后，再一次稱去封蠟試樣中，若稱得的質量大于浸水前稱得的封蠟試樣的質量（m1），并超過0.03g時，說明封蠟不好，水已進入試樣中，應重做試驗。（4）按下式計算試樣的體積(V) 式

17、中：V 試樣的體積（cm3）；m1封蠟試樣在空氣中的質量（g）；m2封蠟試樣在水中的質量（g）；m3試樣的干質量（g）； 水的密度，一般取1g/cm3； 蠟的密度，一般采用0.92g/cm3。6、按下式計算巖石的塊體密度式中符號意義同前。計算精確至0.01g/cm3。7、本試驗每組需用3塊試樣作平行試驗，取其平均值作為巖石塊體密度。 四、實驗報告內容1、整理記錄表，格式如附表；2、思考題量積法與封蠟法各適用于什么巖石？兩種方法有何本質區(qū)別？五、注意事項1、在封蠟時應將試樣徐徐浸入，并立即提起，以免在蠟膜中產生氣泡。2、封蠟試樣在水中的質量時，應注意勿使封蠟試樣與燒杯壁接觸，同時應排除附在試樣周

18、圍的氣泡。3、在稱封蠟試樣在空氣中質量時，應在天平另一端放上一與捆試樣之細線同等質量的細線。   實驗3 測定巖石的吸水率與飽和吸水率一、基本原理 巖石的吸水率是巖石試樣在大氣壓力和室溫條件下自由吸入的水量與試樣固體質量的比值，用百分數(shù)表示。 巖石的飽和吸水率是巖石試樣在強制狀態(tài)下（1500個大氣壓或真空），吸入的最大水量與試樣固體質量的比值，也用百分數(shù)表示。 一般采用浸水法測定巖石吸水率，用煮沸法或真空抽氣法測定巖石飽和吸水率。在測定巖石吸水率和飽和吸水率的同時，應用水中稱重法測定巖石的塊體密度。 二、儀器設備1、烘箱和干燥器；    2、天平； 3、煮沸設備或

19、真空抽氣設備； 4、水中稱重裝置。   三、操作步驟1、試樣制備 可采用規(guī)則試樣和不規(guī)則試樣，規(guī)則試樣一般用邊長為5cm的立方體或直徑為5cm的園柱體，不規(guī)則試樣一般用邊長35cm的近似立方體巖塊，并將凸出的邊棱部分和松動部分清除，并清除表面附著物，每組試樣需三塊。 2、試樣描述 描述內容同實驗二。3、試樣烘干 將試樣置于烘箱中，在105110溫度下烘干24h，取出放置于干燥器中，冷卻至室溫后稱量（ms）。 4、試樣浸水 將試樣放于水槽內，試樣之間應留有空隙，然后向水槽注水使試樣逐步浸水，首先浸沒至試樣高度的1/4處，以后每隔2小時注水一次，使水位分別抬升至試樣高度的1/2、3/4、

20、4/4處，最后一次注水應高出試樣頂面12厘米，再浸泡48小時，取出試樣，用濕毛巾擦去表面水份，稱取濕試樣的質量(m1)5、強制飽和若用煮沸法飽和試樣時：將試樣置于煮沸水槽內，試樣之間應留有空隙，然后加水煮沸，這時應使水槽內的水位始終保持高于試樣，煮沸時間應不少于6小時。若用真空抽氣法飽和試樣時：將試樣放于真空干燥器內的多孔板上，加蓋后開動真空泵，使干燥器內的真空度達到740毫米水銀柱負壓；約半小時后，經干燥器內的三開關，慢慢將水注入干燥器中，并使水面高于試樣頂面，再繼續(xù)抽氣12小時，直至試樣表現(xiàn)不再發(fā)生氣泡為止，然后關閉真空泵，扭開三通開關，與空氣相通，靜置4小時，取出后用濕毛巾擦去試樣表面水

21、份，稱取飽和試樣的質量（m2）6、 稱量飽和試樣在水中的質量（mw） 方法同實驗二中蠟封法步驟5。 7、按下列公式計算： 式中：a巖石的吸水率（%）； p巖石的飽和吸水率（%）； d巖石塊體的干密度（g/cm3）； ms試樣的干質量（g）； m1試樣浸水48h后的質量（g）； m2試樣強制飽和后的飽和質量（g）； mw飽和試樣在水中的質量（g）； 計算精確至0.01%。   四、思考題根據你所測得的巖石的吸水率（a），飽和吸水率（p），干塊體密度（d）以及該種巖石的顆粒密度（s），推算巖石的各種空隙性指標，即總空隙度（n）、大開空隙度（n1）、小開空隙度（n2）、總開空隙度（n3）以

22、及閉空隙度（n4）。  五、注意事項1、在取樣和試樣制備中，不允許發(fā)生人為裂隙，一般不允許采用爆破法取樣。 2、浸水時間及煮沸時間，應分別從試樣完全淹沒及開始沸騰后算起。   實驗4 測定巖石的靜力變形參數(shù)一、基本原理巖石的變形是指巖石在外荷載作用下，內部顆粒間相對位置變化而產生與大小的變化，反映巖石變形性質的參數(shù)常用的有：變形模量和松泊比。巖石變形模量是指試樣在單向壓縮條件下，壓應力與縱向應變之比，又可分為：1、初始模量：應力應變曲線原點處的切線斜率。2、切線模量：對應于應力應變曲線上某一點M處的切線斜率。3、割線模量：應力應變曲線某一點M與原點O的聯(lián)線的斜率；一般取單軸

23、抗壓強度的50%的應變點與原點聯(lián)線的斜率代表該巖石的變形模量。泊松比是指單向壓縮條件下橫向應變與縱向應變之比；一般用單軸抗壓強度的50%對應的橫向與縱向應變之比作為巖石的泊松比。本試驗是將巖石試樣置于壓力機上加壓，同時用應變計或位移計測記不同壓力下的巖石變形值，求得應力應變曲線，然后通過該曲線求巖石的變形模量和泊松比。目前，測記變形（或應變）的儀表很多，如電阻應變儀、千分表、線性差動變換器等等，其中以電阻應變儀使用最廣，在此著重介紹這種儀器的測量方法。電阻應變儀測量巖石應變的基本原理是將電阻應變片粘貼在試樣的表面，當巖石受壓變形時，電阻應變片與巖石一起變形，并使其電阻值產生變化，通過電阻應變儀

24、的電橋裝置，測出該變化的電阻值并自動轉換為應變值，此值即為巖石的應變值。二、儀器設備1、制樣設備：鉆巖機、切石機、磨片機等； 2、測量平臺；3、壓力機；4、靜態(tài)電阻應變儀；5、惠斯頓電橋、萬用表、兆歐表；6、電阻片及貼片設備；7、電線及焊接設備。三、操作步驟1、試樣制備（1）樣品可用鉆孔巖芯或在坑槽中采取的巖塊，在取樣和試樣制備過程中，不允許發(fā)生認為裂隙。(2)試件規(guī)格：采用直徑5厘米，高為10厘米的方柱體，各尺寸允許變化范圍為：直徑及邊長為±0.2厘米，高為±0.5厘米。（3）試樣制備的精度應満足如下要求：a沿試樣高度，直徑的誤差不超過0.03cm；b試樣兩端面不平行度誤

25、差，最大不超過0.005cm；c端面應垂直于軸線，最大偏差不超過0.25°；d 方柱體試樣的相鄰兩面應互相垂直，最大偏差不超過0.25°。2、試樣描述 描述內容包括：巖石名稱、顏色、礦物成分、結構、風化程度、膠結物性質等；加荷方向與巖石試樣內層理、節(jié)理、裂隙的關系及試樣加工中出現(xiàn)的問題； 3、試樣尺寸測量對園柱體試樣：直徑應沿試樣整個高度上分別量測兩端面和中點三個斷面的直徑，取其平均值作為試樣直徑；高度應在兩端等距取三點量測試樣的高，取其平均值，作為試樣的高，同時檢驗兩端面的不平整度。對方柱體：每個邊長取四個角點及中心點五處分別量測五個尺寸，取其平均值。尺寸測量、均應精確到

26、0.001cm。4、試樣含水狀態(tài)處理 在進行試驗前應按要求的含水狀態(tài)進行風干、烘干或飽和處理。（1）天然狀態(tài)試樣：應在拆除密封后立即制樣試驗，并測定其含水量。（2）風干試樣：在室內放置4天以上。（3）烘干試樣：在105110溫度下烘干12h。（4）飽水試樣：按實驗三規(guī)定的標準進行飽水。5、電阻應變片的粘貼及防潮處理（1）選擇電阻片要求電阻絲平直，間距均勻，電阻片阻柵長度大于試樣中最大顆粒尺寸的10倍，并小于試樣的半徑；作為同一試樣的工作片和補償片的規(guī)格、靈敏系數(shù)等應相同，電阻值相差不超過0.2。（2）電阻應變片應牢固貼在試樣中部表面，并盡量避開裂隙和個別較大的晶體、斑晶及礫石等；縱向、橫向應變

27、片的數(shù)量不少于兩片，其絕緣電阻值要大于200M。（3）貼片及防潮處理貼片用的膠，對于烘干、風干試樣可采用一般膠合劑，對天然含水狀態(tài)及飽和試樣，需采用防潮膠液，并作防潮處理。（4）粘合劑干固后用細導線與電阻應變片的引線焊接牢固，然后將導線固定并在其線頭作標記以便識別。6、電阻應變儀的調試（1）用三芯電源線將交流電源（220V）與儀器電源插座接上，把電源開關置于“BO”短路上，預熱一分鐘，轉動微調盤看指示電表有否偏轉，如有偏轉，說明儀器正常。（2）將開關轉到“阻”上，用螺絲刀調“電阻平衡”電位器，使指示電表指零，然后再將開關轉到“容”上，再調節(jié)“電容平衡”電位器，使指示電表的指針指零或向零靠近。重

28、復上述步驟，反復調整幾次，最后將開關轉到“阻”上。（3）觀察靈敏度，旋轉微調偏轉10時，指示電表也應指示現(xiàn)10。（4）預勢0.5h后，再檢查一次平衡，就可以進行測量工作。7、安點接線將準備好的試樣放置在壓力機的承壓板中心，取另一貼有補償片的試樣置于試樣附近，按半橋聯(lián)線方式將試樣導線與電阻應變儀連接，如圖4-1，即在應變儀A、B接線柱之間測量片，B、C之間接補償片。8、預調平衡箱作多點測量時，需使用平衡箱，予以配合，使用前也應進行調試，其步驟如下：（1）將轉換開關放在平衡位置上；（2）選點開關調在校準上；（3）應變儀通電并將微、中、大調盤調到零點。應變儀電源開關旋轉到“阻”上，并用螺絲刀旋轉“校

29、準”電位器，使應變儀指示表指零。（4）將選點開關調到需要測量的點上，并調節(jié)預調平衡箱相應點的電位器，到使應變儀指示電表指零，再將應變儀電源開關放在“容”上，調節(jié)應變儀“電容平衡”電位器至指示電表指針指零或最靠近零，這樣反復調整幾次，使應變儀面板上的開關在指“容”和指“阻”時，指示電表指針均指零，最后將開關放在“阻”上。（5）其余各點電阻平衡均按上述方法調試，調好后應變儀的電阻與電容平衡電位器不能再轉動。9、施加荷載（1）開動試驗機，使承壓板與試樣接觸。（2）以0.50.8MPa/s的速度施加荷載，直至試樣破壞或至少超過抗壓強度之50%，在加壓過程中，測記各級壓力下巖石試樣的縱向和橫向應變值。（

30、3）縱向、橫向應變值的測讀：加載時應變儀指示電表指針偏轉，這時需調整讀數(shù)盤各檔，使指針指零，各讀數(shù)盤所指數(shù)即為應變值，正值代表壓縮，負值代表拉伸，為求得完整的應力應變曲線，所測應變值不應小于10個。10、計算與成果整理（1）按下式計算各級應力值：   式中：壓應力值（MPa）；     P垂直荷載（N）； A試樣橫斷面面積（mm2）。 （2）縱制應力-縱向應變曲線、應力-橫向應變及應力-體積應變曲線（圖4-2）。 體積應變按下式計算： 式中：v某一級應力下的體積應變； a同一級應力下的縱向應變； c同一級應力下的橫向應變。 （3）求變形模量及泊

31、松比 在縱向應力應變曲線上，作原點0與抗壓強度50點M的連線，變形模量按下式計算：取應力為抗壓強度50時的縱向應變和橫向應變值計算泊松比式中：E50巖石割線彈性模量（MPa）；           50巖石泊松比；           50相當于抗壓強度50%的應力值（MPa）；           l50應力為50時的縱向應變

32、；           d50應力為50時的橫向應變。 巖石變形模量取3位有效數(shù)字，泊松比計算值精確至0.01。   四、試驗報告內容1、整理記錄表格；格式如附表4-1。2、根據記錄資料作應力縱向應變；應力-橫向應變及就力體積應變曲線并計算變形模量和泊松比值。3、思考題（1）用電阻應變儀量測巖石變形的原理是什么？電阻片及其粘貼技術對測量結果有什么影響？（2）為什么不能將電阻應變片貼在大的晶體、斑晶、礫石及裂隙上？ （3）為什么選用E50作為巖石的變形模量？ 五、注意事項1、如壓力機承壓板的尺寸大

33、于試樣尺寸的兩倍時，需要在試樣上、下端加輔助承壓板。2、貼片時膠要涂得薄而均勻，貼后需細心檢查，不能有氣泡存在。3、在試樣加壓之前，應檢查試樣是否均勻受壓；其方法是給試樣加上少許壓力，觀測兩縱向應變值是否接近，如相差較大，應重新調整試樣。實驗5 測定巖石的單軸抗壓強度一、基本原理巖石的單軸抗壓強度是指巖石試樣在單向受壓至破壞時，單位面積上所承受的最大壓應力: （MPa）一般簡稱抗壓強度。根據巖石的含水狀態(tài)不同，又有干抗壓強度和飽和抗壓強度之分。 巖石的單軸抗壓強度，常采用在壓力機上直接壓壞標準試樣測得，也可與巖石單軸壓縮變形試驗同時進行，或用其它方法間接求得。 二、儀器設備1、制樣設備：鉆巖機

34、、切石機及磨片機； 2、測量平臺、卡尺、放大鏡等；3、烘箱、干燥箱；4、水槽、煮沸設備或真空抽氣設備； 5、壓力機。 三、操作步驟1、試樣制備 試樣規(guī)格：一般采用直徑5cm、高10cm的園柱體，以及斷面邊長為5厘米，高為10厘米的方柱體，每組試樣必須制備3塊。 試樣制備精度要求同實驗四：2、試樣描述 試驗前應對試樣進行描述，內容同實驗四。3、試樣烘干或飽和處理根據試驗要求需對試樣進行烘干或飽和處理。烘干試樣：在105110溫度下烘干24h。自由浸水法飽和試樣：將試樣放入水槽，先注水至試樣高度的1/4處，以后每隔2h分別注水至試樣高度的1/2和3/4處，6h后全部浸沒試樣，試樣在水中自由吸水48

35、h。煮沸法飽和試樣：煮沸容器內的水面始終高于試樣，煮沸時間不少于6h。真空抽氣法飽和試樣：飽和容器內的水面始終高于試樣，真空壓力表讀數(shù)宜為100kPa，直至無氣泡逸出為止，但總抽氣時間不應少于4h。4、測量試樣尺寸按試驗二量積法中的要求，量測試樣斷面的邊長，求取其斷面面積（A）。5、安裝試樣、加荷將試樣置于試驗機承壓板中心，調整有球形座，使之均勻受載，然后以每秒0.51.0MPa的加載速度加荷，直至試樣破壞，記下破壞荷載（P）。6、描述試樣破壞后的形態(tài)，并記錄有關情況。7、按下式計算巖石的單軸抗壓強度 式中：C巖石的單軸抗壓強度（MPa）；    

36、60; P破壞荷載（N）；      A垂直于加荷方向試樣斷面積（mm2）。計算值取3位有效數(shù)字。   四、試驗報告內容1、整理記錄表(格式如下表)單軸抗壓強度試驗記錄表 試樣 編號 受力 方向 試驗 狀態(tài) 試樣尺寸（mm） 橫截面積A （mm2） 破壞荷載P （N） 單軸抗壓強度C（MPa） 直徑(長、寬) 高 單值 平均值                              

37、                    試驗：       計算：    校核：  年月日 2、試樣描述資料。 3、思考題：影響巖石單軸抗壓強度的試驗條件有哪些？試樣形態(tài)、高經比、加荷速度等是怎樣影響巖石單軸抗壓強度的？五、注意事項1、當試樣臨近破壞時，需適當放慢加荷速度，并事先設防護罩，以防止脆性堅硬巖石突然破壞時巖屑飛射。 2、在對試樣加荷前，應檢查試樣是否均勻受壓。 附 測定巖石的軟化系數(shù)&

38、#160; 巖石在飽水狀態(tài)下的抗壓強度與干燥狀態(tài)下的抗壓強度之比，稱為巖石的軟化系數(shù)。若分別測出飽水試件和干燥試件的單軸抗壓強度，即可求得巖石的軟化系數(shù)。巖石的飽水抗壓強度，應首先對試件進行飽水處理，然后按本實驗規(guī)定的步驟和要求測定其抗壓強度，巖石的干燥抗壓強度，可采用室內風干試樣，也可用烘干試樣，按本實驗的方法測定，按下式計算巖石的軟化系數(shù)：式中：Kd巖石的軟化系數(shù)；巖石飽水抗壓強度巖石干抗壓強度實驗6 測定巖石的抗拉強度巖石的抗壓強度是指巖石在單向受拉條件下，受拉面上能承受的最大拉應力。目前，測定巖石抗壓強度的方法很多，大致可分為直接位伸法和間接法兩大類，而間接法又以劈裂法應用最為廣泛。下

39、面重點介紹直接拉伸法和劈裂法。直接拉伸法一、基本原理直接拉伸法是將試樣夾持在夾持器內，然后平行于試樣軸施加拉伸荷載直至巖石破壞，通過破壞荷載求得巖石的抗拉強度（t）即： 二、儀器設備1、制樣設備：鉆石機、鋸石機、磨石機、車床等； 2、萬能材料試驗機：出力100kN； 3、拉伸夾持器（圖6-1）：不少于3套； 4、測量平臺、卡尺、放大鏡等； 5、烘箱、干燥器； 6、水槽、煮沸設備或真空抽氣設備； 7、樹脂膠及粘接設備。 三、操作步驟1、試樣制備 試樣規(guī)格采用直徑為5cm，高為10cm的園柱體，每組3塊，在試樣制備過程中，不允許人為裂隙產生。試樣制備的精度應満足如下要求： （1）沿試樣高度，直徑的

40、誤差不超過0.03cm； （2）試樣兩端面不平行度誤差，最大不超過0.005cm； （3）端面應垂直于軸線，最大偏差不超過0.25°； 2、試樣描述 試驗前，對試樣應描述下列內容： （1）巖石名稱、顏色、礦物成分、結構、風化程度、膠結物性質等； （2）加荷方向與巖石試樣內層理、節(jié)理、裂隙的關系及試樣加工中出現(xiàn)的問題； （3）含水狀態(tài)及所使用的方法。 2、試樣尺寸量測及描述 按試驗二量積法中的要求，量測試樣斷面的邊長，求取其斷面面積（A）。 試樣描述內容：包括巖石名稱、顏色，主要礦物成分、結構構造、層理、節(jié)理等裂隙發(fā)育情況及拉伸應力間的關系。 3、試樣烘干或飽和處理 根據試驗要求需對試

41、樣進行烘干或飽和處理。 烘干試樣：在105110溫度下烘干24h。 自由浸水法飽和試樣：將試樣放入水槽，先注水至試樣高度的1/4處，以后每隔2h分別注水至試樣高度的1/2和3/4處，6h后全部浸沒試樣，試樣在水中自由吸水48h。 煮沸法飽和試樣：煮沸容器內的水面始終高于試樣，煮沸時間不少于6h。 真空抽氣法飽和試樣：飽和容器內的水面始終高于試樣，真空壓力表讀數(shù)宜為100kPa，直至無氣泡逸出為止，但總抽氣時間不應少于4h。 4、試樣膠結 試樣與夾持器膠結前，應將試樣端面及夾持器接合面用丙酮洗凈，然后將膠合劑均勻地涂抹在試樣及夾持器端面上，膠結時，應嚴格對準中心。膠接后，在其上稍加重壓，使兩者緊

42、密結合，靜直至干燥。 5、安裝試樣、加荷 將膠接有巖樣的拉伸夾持器安裝在萬能材料試驗機的夾頭內，注意須使試樣平行于機器軸線，然后，以每秒0.3MPa的速率加荷至試樣破壞，記錄整個試驗中荷載的最大值及試樣徹底破壞的荷載值。 6、描述試樣破壞情況 描述內容包括：破壞面的平直程度，與軸線的關系及破壞部位等情況，如破壞面為沿某一裂隙破壞或沿端面附近破壞時，則該次試驗無效。 7、按下式計算巖石的抗拉強度 式中：t巖石的抗拉強度（MPa）；             Pt試樣破壞時的拉伸荷載（N）；

43、             A試樣橫載面積（mm2）。 四、試驗報告內容1、整理記錄表格，格式如下表：巖石軸向拉伸試驗記錄表工程名稱：   巖石 名稱   試樣 編號受力 方向含水 狀態(tài)   試樣尺寸   最大破 壞載荷 （N）巖石抗 拉強度 （MPa）備注   平均直徑 （mm）平均高度 （mm）橫截面積 （mm2）試驗者：       計算者：   校核者：

44、0; 年月日 2、整理試樣描述記錄。 五、注意事項試樣與夾持器膠接時，要注意膠接牢靠，并注意檢查夾持器軸與試樣軸線是否一致。劈裂法一、基本原理劈裂法是在試樣的直徑（園柱體試樣）方向上，施加一線性荷載，使之沿試樣直徑方向發(fā)生壓致拉裂破壞，然后根據彈性理論求巖石的抗拉強度。劈裂法適用于能制成規(guī)則試樣的各類巖石。試驗時，線性荷載是通過一個特制夾具或在試樣上、下各加一根壓條實現(xiàn)的（圖6-2）。二、儀器設備1、壓力機：要求能連續(xù)加荷沒有沖擊，噸位約100千牛頓（約10噸）；2、抗拉夾具和墊條3、測量平臺、卡尺、放大鏡等；4、制樣設備：鉆石機、切石機、磨石機；5、烘箱、干燥器6、水槽、煮沸設備或

45、真空抽氣設備。三、操作步驟1、試樣規(guī)格 一般采用直徑為5cm，高度為5cm的園柱體，以及邊長為5厘米的立方體，每組試樣需3塊。 試樣制備精度要求同實驗四。 2、試樣尺寸測量及描述 按試驗二中量積法的要求，量測度樣的直徑，高度或邊長，并劃出加荷中線。 試樣描述內容： （1）巖石名稱、顏色、礦物成分、結構、風化程度、膠結物性質等； （2）加荷方向與巖石試樣內層理、節(jié)理、裂隙的關系及試樣加工中出現(xiàn)的問題； （3）含水狀態(tài)及所使用的方法。 3、試樣烘干或飽水處理 根據試驗要求需對試樣進行烘干或飽和處理。 烘干試樣：在105110溫度下烘干24h。 自由浸水法飽和試樣：將試樣放入水槽，先注水至試樣高度的

46、1/4處，以后每隔2h分別注水至試樣高度的1/2和3/4處，6h后全部浸沒試樣，試樣在水中自由吸水48h。 煮沸法飽和試樣：煮沸容器內的水面始終高于試樣，煮沸時間不少于6h。 真空抽氣法飽和試樣：飽和容器內的水面始終高于試樣，真空壓力表讀數(shù)宜為100kPa，直至無氣泡逸出為止，但總抽氣時間不應少于4h。 4、安裝試樣、加荷 通過試樣直徑的兩端，沿軸線方向劃兩條相互平行的加載基線，將2根墊條沿加載基線，固定在試樣兩端。 將試樣置于試驗機承壓板中心，調整球形座，使試樣均勻受荷，并使墊條與試樣在同一加荷軸線上。 以每秒0.30.5MPa的加荷速度加荷，直至試樣破壞，記錄下破壞荷載，描述試樣破壞后的形

47、態(tài)。 5、按下式計算巖石的抗拉強度 對園柱體試樣： 對立方體試樣： 式中：t巖石的抗拉強度（MPa）；             P破壞荷載（N）；             D試樣直徑（mm）；             l試樣高度（mm）； a立方體試件邊長（mm）。計算

48、值取3位有效數(shù)字。 四、試驗報告內容1、整理記錄表格，格式如下表：抗拉強度試驗（劈裂法）記錄表   試樣 編號試驗 狀態(tài)受力 方向試樣尺寸（mm）破壞荷載P（N）抗拉強度（MPa）高h   直徑D 單值   平均值2、整理試樣描述資料。 3、思考題（1）同一巖性的巖石分別用直接拉伸法和劈裂法進行試驗，如果不考慮其它因素的影響，求得的抗拉強度是否相同？為什么？ （2）試比較直接拉伸法與劈裂法間的異同點。五、注意事項1、試樣上、下兩根墊條應與試樣中心面位于同一平面內，以免產生偏心荷載。 2、破壞面必須通過上、下兩加荷線，如果只產生局部破壞，須重新試驗。 實驗7 測定巖

49、石的剪切強度 一、基本原理巖石的剪切強度是巖石抵抗剪應力破壞的最大能力， 根據試驗時的應力狀態(tài)和試驗條件，又可將巖石剪切強度細分為如下三種：1、抗剪斷強度 指巖石在一定法向應力下沿某一剪切面能抵抗的最大剪應力，試驗證明，巖石的抗剪斷強度與法向應力近似地服從于庫侖定律即： （71）式中內摩擦角和內聚力是反映巖石剪切強度的參數(shù)，本次試驗的目的在于求這兩個參數(shù)。 2、抗切強度 指巖石在法向應力為零時，能抵抗的最大應力，根據（71）式，由于法向應力為零，所以抗切強度等于內聚力。 3、抗剪強度 指巖石沿原有破壞面，在一定法向應力作用下能抵抗的最大剪應力。這時的巖石剪切強度主要取決于內摩擦阻力，而內聚力則

50、很小甚至趨于零。 目前室內測定巖石剪切強度的試驗方法很多，如單面和雙面剪切等直接剪切試驗和變角板法，沖孔試驗以及三軸試驗等，本節(jié)主要介紹國內外常用的變角板及雙面（單面）剪切試驗，三軸試驗將在第十一節(jié)中介紹。 變角板法一、基本原理變角板法是利用壓力機施加垂直荷載，通過一套特制的夾具使試樣沿某一剪切面產生剪切破壞，然后通過靜力平衡條件解析剪切面上的法向壓應力和剪應力，從而繪制法向壓應力（）與剪應力（）之關系曲線，求得巖石的內聚力（c）和內摩擦角（）。二、儀器設備1、制樣設備：鉆石機、切石機、磨石機； 2、壓力機：技術要求同試驗五； 3、變角板剪切夾具一套，要求在45°-70°范

51、圍內有4-5個角度可供調整，見下圖； 4、卡尺：精度為0.002cm。 三、操作步驟1、試樣制備 本試驗彩邊長為5cm的立方體試樣，每組加工4-8塊，試樣加工精度要求：相鄰面間應互相垂直，偏差不超過0.25°；相對兩面須互相平行，不平行度不得大于0.005cm。 2、試樣描述及尺寸量測 試樣描述內容同試驗四；描述后測量預定剪切面的邊長，求出剪切面面積，并做好標記。 根據試驗要求對試樣進行烘干或飽水處理，處理方法與要求同試驗五。 3、安裝試樣 將變角板剪切夾具用繩子栓在壓力機承壓板間，應注意使夾具的中心與壓力機的中心線相重合，然后調整夾具上的夾板螺絲，使刻度達到所要求的角度，將試樣安裝

52、于變角板內。 4、加荷 開動壓力機，同時降下壓力機橫梁，使剪切夾具與壓力機承壓板接觸上，然后調整壓力表指針到零點，以每秒0.5-0.8MPa的加荷速度加荷，直至試樣破壞，記錄破壞荷載（P）。5、破壞試樣描述 升起壓力機橫梁，取出被剪破的試樣進行描述，內容包括破壞面的形態(tài)及破壞情況等。         6、重復試驗 變換變角板夾具的角度（），一般在45°-70°內選擇，以5°為間隔如45°、50°、55°、60°、65°、70°，重復步驟3-6進行

53、試驗，取得不同角度下的破壞荷載。 7、成果整理 （1）按下式計算作用在剪切面上的剪應力和正應力：   式中：剪應力（MPa）； 正應力（MPa）； P試樣破壞荷載（N）； A試樣剪切面面積（mm2）； 試樣放置角度（變角板角度），度； f滾軸摩擦系數(shù)： ，n為滾軸根數(shù)，d為滾軸直徑（mm）。 （2）按下式計算巖石的抗剪斷強度參數(shù) 式中：巖石內摩擦角（°）； C巖石的內聚力（MPa）； 第i塊試樣的破壞正應力（MPa）； 第i塊試樣的破壞剪應力（MPa）； n試樣塊數(shù)。 計算結果精確至小數(shù)點后一位。 （3）以剪應力（）為縱坐標，法向應力（）為橫座標，將每一試樣的、標在坐標系中

54、，以最佳方法擬合一直線（強度包絡線），并在圖中求得巖石的內摩擦角（）和內聚力（c）（圖72）。 以上兩種求內摩擦角（）和內聚力（c）的方法可任選一種，也可兩種同時用，以便比較。 四、試驗報告內容1、整理記錄表格。 2、整理試樣描述記錄。 3、思考題 （1）試樣放置角為什么要在45°-70°內選擇，從應力分布分析，該角度太小會出現(xiàn)什么結果。 （2）試比較變角板法、雙面（單面）剪切及三軸剪切等試驗方法間異同點。五、注意事項1、試驗時夾具周圍應用木板或其它板材，護住壓力機立柱，以避免試樣突然破壞，夾具滑出而打壞壓力機。 2、在變動變角板角度時，應先調整上剪切板，同時調整過程中要用

55、手托住變角板以防止變角板掉下來，上剪切板角度整好后，再調下剪切板，這時須放一塊四方柱形鐵塊代替試樣。 雙面（單面）剪切法一、基本原理雙面剪切的夾具是三塊鉆有園孔的鋼塊構成的，試驗時，用園柱形試件放入園孔中，在中間部分加載，試件沿兩個面被剪斷(圖7一3)。 單面剪切的夾具則由試件固定框架和加荷剪切刀具組成，試驗時，由加荷刀具將固定在框架中的試件切斷(圖74)，以求巖石的抗剪強度。 雙面(單面)剪切試驗的目的是測定巖石的抗切強度，由于剪切面上的法向應力為導，因此抗剪強度僅取決于巖石的內聚力。二、儀器設備1、制樣設備：切石機、鉆石機及磨石機等；2、壓力機：技術要求同實驗五；3、雙面剪切夾具或單面剪切

56、夾具(參見圖7一3，圖74)；4、測量平臺、卡尺、放大鏡等；5、其它：烘箱、干燥器三、操作步驟 1、試樣制備雙面剪切試驗采用直徑9厘米，長為20厘米的巖芯柱體。 單面剪切試驗采用長12厘米，寬4厘米，高2厘米的長方柱體。以上試樣每組須制備3塊，試樣加工精度同實驗四。 2、試樣描述及尺寸量測 試樣描述內容同實驗四；描述后須根據實驗要求對試樣進行烘干或飽和處理，處理方法同實驗五。根據實驗二量積法中規(guī)定要求，測量試樣尺寸，求得預定剪切面的面積(A)，并作好標記。3、安裝試樣 用雙面剪切夾具時，將試樣放在剪切夾具內，旋緊兩邊的固定螺絲，并將加荷板對準試樣中間受剪切的標記處。 用單面剪切夾具時，將試樣放

57、在固定框架內固定好，并將剪切刀具對準試樣受剪切的標記處，然后固定螺絲。4、加荷 將安裝有試樣的剪切夾具置于壓力機承壓板中心，開動壓力機并調整讀數(shù)指針到零，然后以每秒0.3一0.5MPa的加荷速度加荷，直至試樣破壞，記下破壞荷載(P)。5、按下式計算巖石的抗切強度 對雙面剪切時： 對單面剪切時：式中： c一一巖石的抗切強度，(MPa)； P一一試件破壞荷載，(牛頓)； A剪切面的面積，(毫米2)。計算結果準確至小數(shù)點后一位。四、實驗報告內容 1、整理記錄表格，格式如附表72； 2、思考題 試比較角板法，雙面剪切及單面剪切試驗各自的優(yōu)缺點。 實驗8 測定巖石的抗折強度一、基本原理巖石的抗折強度是指巖石受彎曲至折斷時所能隨的最大壓力，測定巖石抗折強度的