巖石力學(xué)課程試驗指導(dǎo)書102239

1、江西理工大學(xué)?巖石力學(xué)?課程實驗指導(dǎo)書適用于采礦、地質(zhì)、土木等專業(yè)業(yè)工程實驗室米礦工程教研室、乙刖百試驗是巖石力學(xué)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié),目的在于輔助課堂教學(xué),直觀培養(yǎng)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和動手水平.本指導(dǎo)書是根據(jù)我校?巖石力學(xué)?課程實驗教學(xué)大綱、并結(jié)合我校的實驗條件而編寫的,主要內(nèi)容有：1、巖石容重的測定；2、巖石含水率的測定；3、巖石單軸抗壓強度的測定；4、巖石變形參數(shù)的測定;5、巖石單軸抗拉強度的測定；6、點荷載強度指標的測定；7、巖石凝聚力及內(nèi)摩擦角的測定.說明：本試驗指導(dǎo)書主要依據(jù)為：中華人民共和國國家標準：?工程巖體試驗方法標準?GB/T50226-1999(2)中華人民共和國水利部：?水利

2、水電工程巖石試驗規(guī)程?國際巖石力學(xué)學(xué)會(ISRM：?巖石力學(xué)試驗建議方法?由于我們水平有限,文中如有不當之處,歡送使用者批評指正.第一局部緒論4第二局部根本實驗指導(dǎo)6學(xué)生試驗守那么6試驗一巖石容重的測定7試驗二巖石含水率的測定8試驗三巖石單軸抗壓強度的測定9試驗四巖石變形參數(shù)的測定10試驗五巖石單軸抗拉強度的測定12試驗六點荷載強度指標的測定13試驗七巖石凝聚力及內(nèi)摩擦角的測定抗剪強度試驗15第一局部緒論本實驗指導(dǎo)書是根據(jù)?巖石力學(xué)?課程實驗教學(xué)大綱編寫,適用于采礦工程等專業(yè).一、本課程室內(nèi)巖石試驗的任務(wù)和工作根本要求1、室內(nèi)巖石試驗的任務(wù)了解巖塊的根本物理力學(xué)性質(zhì)及其破壞機制；研究在原巖應(yīng)力

3、的作用下巖石工程或圍巖的工程性狀,為巖石工程的評價和工程設(shè)計提供資料.2、室內(nèi)巖石試驗工作根本要求為使試驗工作符合實際情況,保證成果質(zhì)量,巖石試驗工作,應(yīng)在詳細了解工程地質(zhì)條件、設(shè)計意圖、巖石工程的特點和可能采用的施工方法等根底上進行.試驗工作的安排和布置,應(yīng)和勘測設(shè)計階段相適應(yīng),既要滿足本設(shè)計階段的要求,又利于與以后各設(shè)計階段的試驗工作相銜接.一般的要求是：(1)規(guī)劃選點階段在充分分析和利用與巖石工程地質(zhì)條件相類似的工程的試驗成果根底上,可根據(jù)實際情況布置少量的室內(nèi)巖塊試驗,通常不做現(xiàn)場試驗.(2)初步設(shè)計階段初期應(yīng)根據(jù)劃分的工程地質(zhì)單元分別進行動力法測試和取代表性試樣進行室內(nèi)巖塊試驗.對礦

4、山主要井巷和采場采礦方法方案選擇起重要作用的巖石力學(xué)問題,如主要結(jié)構(gòu)面的變形和穩(wěn)定條件等,必要時,應(yīng)進行野外試驗.中后期,對關(guān)鍵巖石工程的巖石力學(xué)問題應(yīng)采取室內(nèi)和野外試驗相結(jié)合的原那么進行試驗研究,為工程地質(zhì)評價和工程設(shè)計提供可靠的巖石物理力學(xué)特性資料.(3)施工圖設(shè)計階段一般根據(jù)初步設(shè)計審查后新發(fā)現(xiàn)的工程地質(zhì)問題,地壓處理的需要等,進行專門性的試驗.為了解巖體性狀的變化和為工程地質(zhì)預(yù)報提供資料,在施工過程和轉(zhuǎn)運期間,應(yīng)對關(guān)鍵部位的巖體進行現(xiàn)場監(jiān)測.室內(nèi)巖塊試驗的樣品,一般在鉆孔、平洞和豎井中采取,同組巖樣的性質(zhì)應(yīng)根本相同.取樣位置和數(shù)量,應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、工程特點和試驗要求而定.布置室內(nèi)巖塊試

5、驗的一般要求(1)作為巖石類別劃分指標的常規(guī)試驗工程,應(yīng)針對巖類的現(xiàn)場分類進行選擇,為科學(xué)地劃分工程地質(zhì)巖組及掌握不同巖類的自然特性提供資料.(2)作為工程計算指標的直剪試驗和三軸試驗,測試條件應(yīng)符合地質(zhì)條件和設(shè)計要求.(3)當軟弱巖層、斷層破碎帶的厚度較大,充填物性質(zhì)均一時,宜采用土工試驗的方法進行抗剪強度、壓縮試驗和其他試驗.本課程實驗的根底知識仔細閱讀試驗指導(dǎo)書和去實驗室熟悉有關(guān)儀器設(shè)備的操作掌握教科書上有關(guān)本次試驗的教學(xué)內(nèi)容,方法及操作規(guī)程.三、本課程實驗教學(xué)工程及要求序號實驗工程名稱學(xué)時實驗類別實驗要求實驗回每組人數(shù)主要設(shè)備名稱目的和要求1巖石容重的測定1專業(yè)根底必修驗證6烘箱、枯燥

6、器、熔蠟鍋、天平、線、石蠟、水中稱量裝置交實驗報告2巖石含水率的測定1專業(yè)根底必修驗證6烘箱、枯燥器、天平交實驗報告3巖石單軸抗壓強度的測定1專業(yè)根底必修驗證6RMT-150C實驗系統(tǒng)交實驗報告4巖石變形參數(shù)即彈性模量E和泊松比科的測定2專業(yè)根底必修驗證6RMT-150C實驗系統(tǒng)、數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀交實驗報告5巖石單軸抗拉強度的測定巴西劈裂抗拉實驗1專業(yè)根底必修驗證6RMT-150C實驗系統(tǒng)交實驗報告6點荷載強度指標的測定2專業(yè)根底必修驗證6數(shù)字點荷載儀交實驗報告7抗剪實驗C、.測定2專業(yè)根底必修驗證6TYS-500巖石三軸試驗機交實驗報告第二局部根本實驗指導(dǎo)學(xué)生試驗守那么一、每次試驗前必須做好復(fù)

7、習(xí)和預(yù)習(xí).復(fù)習(xí)的內(nèi)容為教科書上有關(guān)本次試驗的教學(xué)內(nèi)容；預(yù)習(xí)內(nèi)容包括仔細閱讀試驗指導(dǎo)書和去實驗室熟悉有關(guān)儀器設(shè)備.二、經(jīng)過預(yù)習(xí)應(yīng)掌握該項試驗的意義、目的、操作步驟.對輔導(dǎo)教師提出的檢查性問題,應(yīng)能答復(fù),否那么不得進行試驗.三、試驗時態(tài)度應(yīng)嚴肅認真,嚴格按輔導(dǎo)教師及試驗指導(dǎo)書上所講的操作步驟進行試驗,每臺設(shè)備的操作應(yīng)按各設(shè)備的操作準那么進行,以免損壞設(shè)備或造成事故.非本次試驗使用的儀器設(shè)備不得亂動.四、每次試驗前由小組長填寫儀器設(shè)備領(lǐng)用單.試驗完畢后,應(yīng)將所用儀器設(shè)備擦洗干凈,放回原處,經(jīng)小組長檢查,輔導(dǎo)教師驗收無誤前方可離室.如有損壞,應(yīng)填寫儀器設(shè)備損壞報告單,待后處理.五、試驗結(jié)束后,應(yīng)在規(guī)定

8、時間內(nèi)提交試驗報告.試驗報告必須獨立完成.書寫、計算、制圖要求公式、計算過程、單位齊全、清楚整潔.試驗成績是期終考核成績的一局部.以上守那么同學(xué)們應(yīng)自覺遵守.實驗一、巖石容重的測定巖石容重是指單位體積巖石的重量.有兩種做法：稱重法和蠟封法.我們采用的是蠟封法.一、主要儀器設(shè)備：烘箱、枯燥器、熔蠟鍋、天平、線、石蠟、水中稱量裝置.二、試件制備：選取有代表性的邊長約4050mm近似立方體的巖石、選3塊、修平棱角、刷取外表粘著物.三、測定步驟：1、將試樣放入105110°C的烘箱中烘至恒重烘干24小時后取出、放在枯燥器內(nèi)冷卻至室溫、稱重得g2、用線綁住試件、置于剛過熔點的石蠟中12秒鐘提出

9、、檢查試件上,蠟有無氣泡、可用小電烙鐵或熱針刺破并涂平孔眼、在天平上稱重得g13、將蠟封后的試件掛在天平鉤上、在水中稱重得g2四、結(jié)果計算:dggg一g2g1-gdsgn式中：dg巖石的干密度,克/厘米3；g試件干重,克；g1蠟封試件在空氣中重,克；g2蠟封試件在水重中,克；ds水的密度,克/厘米3；gn石蠟密度,克/厘米3,0.90克/厘米3巖石密度測定記錄表測定次數(shù)試件在空氣中重g克蠟封試件在空氣重gi克蠟封試件在水中重g2克試件容重dg克/厘米3巖石平均容重do克/厘米3備注123實驗二、巖石含水率的測定巖石在天然狀態(tài)下所含水分的重量與巖石烘干后的重量之比為巖石的含水率.一、儀器設(shè)備：天

10、平、烘箱、枯燥箱.二、試驗步驟：1、從巖樣中央取保持天然含水狀態(tài)的邊長約46厘米的立方體試件,即稱重得gi,在現(xiàn)場采取的巖石,測含水率就要用塑料袋把欲測巖石密封住,保持水分.2、將試件放在105110°C烘箱中烘至恒重烘干24小時后取出,放置枯燥器中冷卻至室溫,稱重彳導(dǎo)g2.三、測定結(jié)果計算：W=5100%g2式中：w巖石天然含水率；g1保持天然水分的試件重量,克；g2烘至恒重的試件重量,克.巖石含水率測定記錄表試件天然試件烘干試件含巖仃平均件編重量g1重量g2水率W含水率備注號克克(%)w%123試驗三、巖石單向抗壓強度的測定一、儀器設(shè)備：材料試驗機、游標卡尺.二、標準試件規(guī)格：采

11、用直接為50mm的圓柱體,高徑比為2:1;也可采用50X50x100mm的長方體.三、測定步驟：1、測試件尺寸試件直徑應(yīng)在其高度中部兩個互相垂直的方向量測,取算術(shù)平均值填入記錄表內(nèi).2、選擇壓力機度盤量程：一般應(yīng)滿足0.2P<Pmax<0.8P式中：Pmax預(yù)計最大破壞載荷,KNP壓力機度盤最大值,KN3、開動壓力機,使其處于可用狀態(tài),將試件置于壓力機承壓板中央,調(diào)整球形坐,使試件上下受力均勻,以0.51.0MPa/秒的速度加載直至破壞.注：如用RMT-150C電液伺服壓力機加載,那么按其操作手冊正確操作,從限制電腦中獲取Pmax四、測定結(jié)果的計算：試件的抗壓強度：R=PF式中：R

12、試件抗壓強度,MPaP試件破壞載荷即Pmax,N2F試件面積,mm巖石單向抗壓強度測定記錄表格試件編號巖石名稱試件含水狀態(tài)試件尺寸mm試件面積Fmm2破壞載荷PN抗壓強度RMPa平均抗壓強度MPa備注長寬直徑高123試驗四、巖石變形參數(shù)測定彈性模量E和泊松比科一、儀器設(shè)備：電阻應(yīng)變儀、萬用表、試驗機、電阻應(yīng)變片、膠水等.二、試件與抗壓強度測定試件的要求相同.三、測定步驟：將數(shù)字電阻應(yīng)變儀接上電源,預(yù)熱半小時連接線路,預(yù)調(diào)平衡,施加初載荷,檢查儀器工作情況,按每秒0.51.0MPa的速度逐漸加載,按估計破壞載荷的十分之一間隔讀一次讀數(shù),紀錄載荷與應(yīng)變值.直至破壞.注：如用RMT-150C電液伺服

13、壓力機加載,那么按其操作手冊正確操作,從限制電腦屏幕中獲取載荷,從數(shù)字電阻應(yīng)變儀上讀取應(yīng)變值.四、測定結(jié)果的計算與整理：1、應(yīng)力按下式計算：PT=F式中：b應(yīng)力,MPa;P與應(yīng)變對應(yīng)的載荷,N;2F試件初始面積,mm.2、體積應(yīng)變按下式計算；：=；i-2式中：%體積應(yīng)變值；可一縱向應(yīng)變值；%橫向應(yīng)變值.3、繪制應(yīng)力一縱向應(yīng)變曲線；應(yīng)力一橫向應(yīng)變曲線；應(yīng)力一體積應(yīng)變曲線.4、根據(jù)破壞載荷計算單軸抗壓強度TCPC二一F式中：P破壞載荷,N2F試件初始面積,mm.5、在應(yīng)力一縱向應(yīng)變曲線上,原點與50%抗壓強度點連線的斜率即為割線模量E50.6、在應(yīng)力一縱向應(yīng)變曲線上,直線段的斜率為切線模量Et通稱

14、彈性模量.7、根據(jù)應(yīng)力一縱向應(yīng)變和應(yīng)力一橫向應(yīng)變曲線上對應(yīng)直線段局部縱向和橫向應(yīng)變的平均值計算泊松比；i式中：力一一應(yīng)力一橫向應(yīng)變曲線上對應(yīng)直線段局部應(yīng)變的平均值.應(yīng)力一縱向應(yīng)變曲線上對應(yīng)直線段局部應(yīng)變的平均值.變形參數(shù)測定紀錄表格試件長mm、寬mm、直徑mm、面積mm2.序號縱向柿載PN縱向應(yīng)力仃MPa縱向應(yīng)變a橫向應(yīng)變Sd體積應(yīng)變近1234567891011121314151617181920E50=Et=試驗五、巖石抗拉強度的測定(劈裂法)一、儀器設(shè)備：材料試驗機、劈裂法實驗夾具、游標卡尺.二、試件規(guī)格：標準試件采用圓盤形,直徑50mm、厚25mm；也可采用50X50X50mm方形試件.

15、三、測定步驟：1、2同抗壓強度相同.3、通過試件直徑的兩端,沿軸線方向畫兩條互相平行的線作為加載基線,把試件放入夾具內(nèi),夾具上下刀刃對準加載基線,放入試驗機的上下承壓板之間,使試件的中央線和試驗機的中央線在一條直線上.4、開動試驗機,以每秒0.030.05MPa的速度加載直至破壞.四、測定結(jié)果計算：RL=2P3.14DL式中：Rl巖石單向抗拉強度,MPaP試件破壞載荷,ND試件直徑,mmL試件厚度,mm抗拉強度測定記錄表試件編號巖石名稱試件含水狀態(tài)試件尺寸(mm)破壞載荷PN抗拉強度RlMPa平均抗拉強度MPa備注直徑D厚度L123試驗六、點荷載強度指標的測定一、概述：巖石的點荷載強度指標,可

16、換算成抗拉或抗壓強度.由于測點載荷指標的設(shè)備輕巧,便于現(xiàn)場工作,試驗本錢低廉、時間短等優(yōu)點,所以此法精度雖然較常規(guī)試驗低,但仍有其使用價值.尤其對于嚴重風化的低強度巖石,易于測出點載荷指標,此法更有實際意義.試樣備制：巖石點荷載強度指標試驗如下圖,試樣有圓柱形或不規(guī)那么形兩種,前者加載有軸向與徑向兩種,而以徑向加載常用,其加載點離自由端的距離,不應(yīng)小于試樣直徑的0.7倍.不規(guī)那么形須將試樣修整成橢圓型或卵狀.為保證數(shù)據(jù)的精度,圓柱形試樣一般不少于10件,不規(guī)那么形不少于15件.徑向試驗b軸向試舞g不拐那么巖塊試驗巖石點荷載強度指標測定示意圖a徑向加載b軸向加載c不規(guī)那么試樣加載、設(shè)備儀器：點載荷儀如圖,游標卡尺等.加載架千斤頂點荷載試驗裝置四、試驗方法:將試樣放在點載荷儀的兩壓頭之間,啟動油泵加載,直到試樣斷裂為止,同時記錄下巖石斷裂時的載荷.巖石斷裂面經(jīng)過兩壓點處,試驗有效.如果巖石斷裂面未經(jīng)過兩壓點處或壓頭陷入巖石中,那么認為試驗數(shù)據(jù)無效.五、試驗數(shù)據(jù)分析整理：(1)點荷載強度指標按下式計算PIs=-2y式中：Is點載荷強度指標(MPa);P試樣斷裂載荷(N);y上下壓頭間距(mm).(2)點載荷指標和抗拉強度5的關(guān)系如下：Is