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1、岩石力学实验指导书湖南科技大学能源与安全工程学院2目 录岩石物理性质试验1一、岩石密度试验6岩石力学性质试验18一、岩石单轴抗压强度试验18二、岩石抗拉强度试验（劈裂法）24三、岩石抗剪强度试验(变角剪切)27四、岩石力学伺服控制试验43岩 石 力 学 试 验 指 导 书岩石物理性质试验一、岩石密度试验1概述岩石密度，即单位体积的岩石质量，是试样质量与试样体积之比。根据试样的含水量情况，岩石密度可分为烘干密度、饱和密度和天然密度。一般未说明含水情况时，即指烘干密度。根据岩石类型和试样形态，分别采用下述方法测定其密度：（1）凡能制备成规则试样的岩石，宜采用量积法。（2）除遇水崩解、溶解和干缩湿胀
2、性岩石外，可采用水中称重法。（3）不能用量积法或水中称重法进行测定的岩石，可采用腊封法。用水中称重法测定岩石密度时，一般用测定岩石吸水率和饱和吸水率的同一试样同时进行测定。2试样制备2.1量积法（1）试样的形态，可以用圆柱体、立方体或方柱体，根据密度试验后的其他实验要求选择。（2）制备的试样，应具有一定的精度，其精度要求应满足其他试验项目的规定。（3）每组试验须制备3个试样，它们须具有充分的代表性。2.2腊封法（1）试样取边长为46cm的近似立方体的岩块。（2）如需测定天然密度时，拆除密封后立即称试样重。（3）每组试验须制备3个试样，它们须具有充分的代表性。3试样描述（1）岩石名称、颜色、结构
3、、矿物成分、颗粒大小、胶结物质等特征。（2）节理裂隙的发育程度及其分布。（3）试样形态及缺角，掉棱角等现象。4主要仪器设备4.1量积法（1）钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。（2）烘箱和干燥器。（3）称量大于500g，感量为0.01g的天平。（4）精度为0.01mm的测量平台或其他仪表。4.2腊封法（1）烘箱和干燥器。（2）石蜡和熔蜡用具。（3）称量大于500g，感量为0.01g的天平。（4）水中称重装置。5试验程序5.1量积法（1）试样两端和中间三个断面，测量其互相垂直的两个直径或边长，计算平均值。（2）测量均匀分布于周边的四点和中间点的五个高度，计算平均值。（3）将试样置于烘箱中，在1
4、05110C的温度下烘24h，取出后，即放入干燥器内，冷却至室温后称重。（4）本试验要求量测准确至0.01mm，称重准确至0.01g。5.2腊封法（1）将试样置于烘箱中，在105110C的温度下烘24h，取出后，即放入干燥器内，冷却至室温后称重。（2）用丝线缚住试样，置于温度60C左右的熔化石蜡中12s，使试样表面均匀涂上一层腊膜，其厚度约1mm左右。蜡封好后，发现有气泡时，用热针刺穿并用腊涂平孔口，然后称试样重。（3）将蜡封试样置于水中称重，然后取出擦干表面水分，在空气中称重。如蜡封试样浸水后的重量大于浸水前的重量，应重做试验。（4）本试验所有称重均准确至0.01g。6成果整理和计算（1）用
5、量积法测定试样密度，按下式计算式中：岩石烘干密度（g/cm3）；试样烘干重量（g）；平均面积（cm2）；平均高度（cm）。（2）用腊封法测定试样容重，按下式计算：式中：岩石烘干密度（g/cm3）；试样烘干重量（g）；蜡封试样在空气中重量（g）；蜡封试样在水中重量（g）；石蜡密度（g/cm3）（石蜡容重可用水中称重法测定，参见11节）。（3）如需天然密度时，可按下式计算：式中：岩石天然密度（g/cm3）岩石的天然含水量（%）。（4）根据实测岩石比重和容重，按下式计算总孔隙率：式中：岩石总孔隙率（%）；（5）计算值取小数点以后两位。表3-1 密度试验记录表（量积法） 工程名称_岩石名称试 样编 号
6、试 样 尺 寸 （cm）试样体积(cm3)烘干试 样重量（g）岩石 密度 (g/cm3)备 注直 径 或 边 长高 度平均值平均值班 级 组 别 日 期试验者 计算者 表3-2 密度试验记录表（腊封法） 工程名称_岩石名称试样编号试样重量（g）天然含水量(%)封蜡试样重量（g）蜡封试 样体积(cm3)蜡体积(cm3)试 样体 积(cm3)岩石 密度(g/cm3)岩石天然密度(g/cm3)备注天然含水状态烘干状态空气中水中班 级 组 别 日 期 试验者 计算者 岩石力学性质试验一、岩石单轴抗压强度试验1概述当无侧限岩石试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强
7、度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。在测定单轴抗压强度的同时，也可同时进行变形试验。不同含水状态的试样均可按本规定进行测定，试样的含水状态用以下方法处理：（1）烘干状态的试样，在1051100C下烘24h。（2）饱和状态的试样，使试样逐步浸水，首先淹没试样高度的1/4，然后每隔2h分别升高水面至试样的1/3和1/2处，6h后全部浸没试样，试样在水下自由吸水48h；采用煮沸法饱和试样时，煮沸箱内水面应经常保持高于试样面，煮沸时间不少于6h。2试样备制（1）试样可用钻孔岩芯或坑、槽探中采取的岩块，试件备制中不允许有人为裂隙出现。按规程要求标准试件为圆柱体，直径为5cm，允许变化
8、范围为4.85.2cm。高度为10cm，允许变化范围为9.510.5cm。对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比必须保持=2:12.5:1。（2）试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，一般情况下必须制备3个。（3）试样制备的精度，在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。两端面的不平行度最大不超过0.05mm。端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25度。3试样描述试验前的描述，应包括如下内容：（1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小，胶结物性质等特征。（2）节理裂隙的发育程度及其分布，并记录受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。
9、（3）测量试样尺寸，并记录试样加工过程中的缺陷。4主要仪器设备4.1试样加工设备钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。4.2量测工具与有关检查仪器游标卡尺、天平（称量大于500g，感量0.01g），烘箱和干燥箱，水槽、煮沸设备。4.3加载设备压力试验机。压力机应满足下列要求：（1）有足够的吨位，即能在总吨位的10%90%之间进行试验，并能连续加载且无冲击。（2）承压板面平整光滑且有足够的刚度，其中之一须具有球形座。承压板直径不小于试样直径，且也不宜大于试样直径的两倍。如大于两倍以上时需在试样上下端加辅助承压板，辅助承压板的刚度和平整光滑度应满足压力机承压板的要求。（3）压力机的校正与检验应符合
10、国家计量标准的规定。5试验程序（1）根据所要求的试样状态准备试样。（2）将试样置于压力机承压板中心，调整有球形座的承压板，使试样均匀受力。（3）依每秒0.50.8MPa的加载速度对试样加荷，直到试样破坏为止，记录最大破坏载荷。（4）描述试样破坏形态，并记下有关情况。6成果整理和计算按下式计算岩石单轴抗压强度式中：岩石单轴抗压强度（MPa）；最大破坏载荷（N）；垂直于加载方向的试样横截面积（mm2）。试验结果按表7-1记录。表7-1 岩石单轴抗压强度试验记录表 工程名称_ 试验时间_年_月_日岩石名称试样编号受力方向含水状态试 样 尺 寸最大破坏载 荷(N)单轴抗压强 度(MPa)备 注直 径
11、(mm)高 度 (mm)横截面积(mm2)试 样 描 述 班 级 组 别 试验者 计算者 二、岩石抗拉强度试验（劈裂法）1概述巴西法（劈裂法）是在圆柱体试样的直径方向上，施加相对的线性载荷，使之沿试样直径方向破坏的试验。本方法可用于测烘干、自然干燥、饱和的试样。本方法不适用于软弱岩石。2试样备制（1）试样可用钻孔岩芯或岩块，在取样和试样制备过程中，不允许人为裂隙出现。（2）采用方形试件试样，尺寸为 mm。（3）对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许使用非标准试样，但高径比必需满足标准试样的要求。（4）试样个数视所要求的受力方向或含水状态而定，一般情况下至少制备3个。（5）试样制备精度。整个厚度上，直径最大误差不应超过0.1mm。两端不平行度不宜超过0.1mm。端面应垂直于试样轴线，最大偏差不应超过0.25度。3试样描述（略）4主要仪器设备（1）试样加工设备、量测工具与有关仪器详（略）（2）加载设备：压力试验机应符合规定，因岩石的抗拉强度远低于抗压强度，为了提高试验精度，所以选择压力试验机的吨位不宜过大。5试验程序（1）根据所要求的试样状态准备试样。
