巖體力學試驗指導書

本文格式為Word版，下載可任意編輯——巖體力學試驗指導書試驗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(nèi)部顆粒間相對位置變化而產(chǎn)生與大小的變化，反映巖石變形性質(zhì)的參數(shù)常用的有：彈性模量和泊松比。

巖石變形模量是指試樣在單向壓縮條件下，壓應(yīng)力與縱向應(yīng)變之比，又可分為：1、初始模量：應(yīng)力應(yīng)變曲線原點處的切線斜率。

2、切線模量：對應(yīng)于應(yīng)力應(yīng)變曲線上某一點M處的切線斜率。

3、割線模量：應(yīng)力應(yīng)變曲線某一點M與原點O的聯(lián)線的斜率；一般取單軸抗壓強度的50%的應(yīng)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(yīng)變與縱向應(yīng)變之比；一般用單軸抗壓強度的50%對應(yīng)的橫向與縱向應(yīng)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(yīng)變計或位移計測記不同壓力下的巖石變形值，求得應(yīng)力應(yīng)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(yīng)變）的儀表好多，如電阻應(yīng)變儀、千分表、線性差動變換器等等，其中以電阻應(yīng)變儀使用最廣，在此著重介紹這種儀器的測量方法。

電阻應(yīng)變儀測量巖石應(yīng)變的基本原理是將電阻應(yīng)變片粘貼在試樣的表面，當巖石受壓變形時，電阻應(yīng)變片與巖石一起變形，并使其電阻值產(chǎn)生變化，通過電阻應(yīng)變儀的電橋裝置，測出該變化的電阻值并自動轉(zhuǎn)換為應(yīng)變值，此值即為巖石的應(yīng)變值。

二、儀器設(shè)備

1、制樣設(shè)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(yīng)變儀；

5、惠斯頓電橋、萬用表、兆歐表；6、電阻片及貼片設(shè)備；7、電線及焊接設(shè)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(yīng)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差，最大不超過0.005cm；c端面應(yīng)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(yīng)相互垂直，最大偏差不超過0.25°。2、試樣描述

描述內(nèi)容包括：巖石名稱、顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)、風化程度、膠結(jié)物性質(zhì)等；加荷方向與巖石試樣內(nèi)層理、節(jié)理、裂隙的關(guān)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(yīng)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(yīng)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(yīng)確切到0.001cm。4、試樣含水狀態(tài)處理

在進行試驗前應(yīng)按要求的含水狀態(tài)進行風干、烘干或飽和處理。（1）自然狀態(tài)試樣：應(yīng)在拆除密封后馬上制樣試驗，并測定其含水量。（2）風干試樣：在室內(nèi)放置4天以上。（3）烘干試樣：在105~110℃溫度下烘干12h。（4）飽水試樣：按試驗三規(guī)定的標準進行飽水。5、電阻應(yīng)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(yīng)一致，電阻值相差不超過0.2Ω。（2）電阻應(yīng)變片應(yīng)穩(wěn)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(yīng)變片的數(shù)量不少于兩片，其絕緣電阻值要大于200MΩ。

（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，對自然含水狀態(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(yīng)變片的引線焊接穩(wěn)固，然后將導線固定并在其線頭作標記以便識別。6、電阻應(yīng)變儀的調(diào)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(guān)置于“BO〞短路上，預(yù)熱一分鐘，轉(zhuǎn)動微調(diào)盤看指示電表有否偏轉(zhuǎn)，如有偏轉(zhuǎn)，說明儀器正常。

（2）將開關(guān)轉(zhuǎn)到“阻〞上，用螺絲刀調(diào)“電阻平衡〞電位器，使指示電表指零，然后再將開關(guān)轉(zhuǎn)到“容〞上，再調(diào)理“電容平衡〞電位器，使指示電表的指針指零或向零靠近。重復(fù)上述步驟，反復(fù)調(diào)整幾次，最終將開關(guān)轉(zhuǎn)到“阻〞上。

（3）觀測靈敏度，旋轉(zhuǎn)微調(diào)偏轉(zhuǎn)10με時，指示電表也應(yīng)指示現(xiàn)10με。

（4）預(yù)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(yīng)變儀連接，如圖4-1，即在應(yīng)變儀片，B、C之間接補償片。8、預(yù)調(diào)平衡箱

作多點測量時，需使用平衡箱，予以協(xié)同，使步驟如下：

（1）將轉(zhuǎn)換開關(guān)放在平衡位置上；（2）選點開關(guān)調(diào)在校準上；

（3）應(yīng)變儀通電并將微、中、大調(diào)盤調(diào)到零轉(zhuǎn)到“阻〞上，并用螺絲刀旋轉(zhuǎn)“校準〞電位器，

點。應(yīng)變儀電源開關(guān)旋使應(yīng)變儀指示表指零。用前也應(yīng)進行調(diào)試，其A、B接線柱之間測量

（4）將選點開關(guān)調(diào)到需要測量的點上，并調(diào)理預(yù)調(diào)平衡箱相應(yīng)點的電位器，到使應(yīng)變儀指示電表指零，再將應(yīng)變儀電源開關(guān)放在“容〞上，調(diào)理應(yīng)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(fù)調(diào)整幾次，使應(yīng)變儀面板上的開關(guān)在指“容〞和指“阻〞時，指示電表指針均指零，最終將開關(guān)放在“阻〞上。（5）其余各點電阻平衡均按上述方法調(diào)試，調(diào)好后應(yīng)變儀的電阻與電容平衡電位器不能再轉(zhuǎn)動。9、施加荷載

（1）開動試驗機，使承壓板與試樣接觸。

（2）以0.5~0.8MPa/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(yīng)變值。

（3）縱向、橫向應(yīng)變值的測讀：加載時應(yīng)變儀指示電表指針偏轉(zhuǎn)，這時需調(diào)整讀數(shù)盤各檔，使指針指零，各讀數(shù)盤所指數(shù)即為應(yīng)變值，正值代表壓縮，負值代表拉伸，為求得完整的應(yīng)力――應(yīng)變曲線，所測應(yīng)變值不應(yīng)小于10個。

10、計算與成果整理

（1）按下式計算各級應(yīng)力值：

式中：σ――壓應(yīng)力值（MPa）；

P――垂直荷載（N）；A――試樣橫斷面面積

（2）繪制應(yīng)力-縱向應(yīng)變曲線、應(yīng)力體積應(yīng)變曲線（圖4-2）。

（mm2）。-橫向應(yīng)變及應(yīng)力-

體積應(yīng)變按下式計算：

式中：εv――某一級應(yīng)力下的體積應(yīng)變；

εa――同一級應(yīng)力下的縱向應(yīng)變；εc――同一級應(yīng)力下的橫向應(yīng)變。（3）求變形模量及泊松比

在縱向應(yīng)力——應(yīng)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(yīng)力為抗壓強度50時的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變值計算泊松比

式中：E50——巖石割線彈性模量（MPa）；

μσεε

50――巖石泊松比；

50%的應(yīng)力值（MPa）；

50――相當于抗壓強度

l50―應(yīng)力為σ50時的縱向應(yīng)變；d50―應(yīng)力為σ50時的橫向應(yīng)變。

巖石變形模量取3位有效數(shù)字，泊松比計算值確切至0.01。

四、試驗報告內(nèi)容

1、整理記錄表格；格式如附表4-1。

2、根據(jù)記錄資料作應(yīng)力――縱向應(yīng)變；應(yīng)力-橫向應(yīng)變及就力――體積應(yīng)變曲線并計算變形模量和泊松比值。3、思考題

（1）用電阻應(yīng)變儀量測巖石變形的原理是什么？電阻片及其粘貼技術(shù)對測量結(jié)果有什么影響？（2）為什么不能將電阻應(yīng)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、本卷須知

1、如壓力機承壓板的尺寸大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(yīng)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(yīng)變值是否接近，如相差較大，應(yīng)重新調(diào)整試樣。

試驗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(yīng)力:

（MPa）

一般簡稱抗壓強度。根據(jù)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(shè)備

1、制樣設(shè)備：鉆巖機、切石機及磨片機；2、測量平臺、卡尺、放大鏡等；3、烘箱、枯燥箱；

4、水槽、煮沸設(shè)備或真空抽氣設(shè)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，每組試樣必需制備3塊。

試樣制備精度要求同試驗四：2、試樣描述

試驗前應(yīng)對試樣進行描述，內(nèi)容同試驗四。3、試樣烘干或飽和處理

根據(jù)試驗要求需對試樣進行烘干或飽和處理。烘干試樣：在105~110℃溫度下烘干24h