岩石力学性质试验

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1、岩石力学性岩石力学性质试验质试验一、岩石一、岩石单轴单轴抗抗压强压强度度试验试验1.1 概述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

2、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。1.2 试样备试样备制制（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

3、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。1.3 试样试样描述描述试验前的描述，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。 （3）测量试样尺寸，并记录试样加工过程中的缺陷。1.4 主要主要仪仪器器设备设备1.4.1 试样加工设备试样加工设备钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。1.4.2 量测工具与有关检查仪器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。1.4.

4、3 加载设备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国家计量标准的规定。1.5 试验试验程序程序（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

5、，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。1.6 成果整理和成果整理和计计算算按下式计算岩石单轴抗压强度APc式中：岩石单轴抗压强度（MPa） ；c最大破坏载荷（N） ；P 垂直于加载方向的试样横截面积（mm2） 。A 试验结果按表 1-1 记录。 表表 1-1 岩石单轴抗压强度试验记录表岩石单轴抗压强度试验记录表工程名称_ 试验时间_年_月_日试 样 尺 寸岩石名称试样编号受力方向含水状态直 径 (mm)高 度 (mm)横截面积(mm2)最大破坏载 荷(N)单轴抗压强 度(MPa)备 注试 样 描 述班 级 组 别 试验者 计算者 二、岩石二、岩石压缩

6、变压缩变形形试验试验2.1 概述概述岩石变形试验，是在纵向压力作用下测定试样的纵向（轴向）和横向（径向）变形， 据此计算岩石的弹性模量和泊松比。 弹性模量是纵向单轴应力与纵向应变之比，规程规定用单轴抗压强度的 50%作为应力 和该应力下的纵向应变值进行计算。根据需要也可以确定任何应力下的弹性模量。 泊松比是横向应变与纵向应变之比，规程规定用单轴抗压强度 50%时的横向应变值和 纵向应变值进行计算。根据需要也可以求任何应力下的泊松比。2.2 试样备试样备制制试样备制方法和精度要求见 7.2。2.3 试样试样描述描述试样描述见 7.3。2.4 主要主要仪仪器器设备设备（1）制样设备、检查仪器和压力

7、机要求见 7.4。 （2）电阻应变片、粘结剂、万用表等。 （3）电阻应变仪（或数据采集器） 、压力传感器、引伸仪等。 除用电阻应变仪外，也可用精度能达到 0.1%和量程能满足变形测定需要的其他仪表。岩石试件轴向应变片横向应变片图图 4 岩石试件贴电阻应变片示意图岩石试件贴电阻应变片示意图 图图 5 试件连接静态应变仪示意图试件连接静态应变仪示意图2.5 试验试验程序程序（1）选择电阻片，电阻片质量应符合产品要求，电阻丝的长度应大于组成试样的矿物 最大粒径或斑晶的 10 倍以上。同一试样用的工作片和补偿片的电阻值应不超过0.2 欧姆。（2）电阻片应贴在试样高度的中部，每个试样贴纵向（轴向）和圆周

8、向电阻片各 2 片， 沿圆周向对称布置，贴片处应尽量避开显著的裂隙、特大的矿物颗粒或斑晶。试样贴片前 用零号砂纸打磨，用丙酮或酒精将贴片处擦洗干净，防止污染（如图 4 所示） 。 （3）贴片用的胶，一般情况下可用 502 快速粘结剂，914 粘结剂等脆性胶；饱和试样 还需配置防潮胶液。（4）将贴好片的试样置于压力机上，对准中心，以全桥或半桥的方式联入应变仪（或 数据采集器，如图 5 所示） ，接通电源。以每秒 0.50.8MPa 的加载速度对试样加载，直至 破坏。 （5）在施加载荷的过程中，由数据采集系统同步记录各级应力及其相应的纵向和横向 应变值。为了绘制应力应变关系曲线，记录的数据应尽可能

9、多一些，通常不少于 10 组数 据。 （6）描述试样的破坏形式，并记下与试验有关的的情况。试验记录格式见表 8-1。2.6 试验试验成果整理和成果整理和计计算算2.6.1 计计算各算各级应级应力下的力下的应变值应变值（1）分别将纵向、横向各二片的数值进行平均，求得纵向、横向应变， （也可试验前 将二片串联，直接测得纵向、横向应变值） 。 （2）用下式计算体积应变值：dhv2式中：某一应力下的体积应变值；v某一应力下的纵向应变值；h某一应力下的横向应变值。d（3）绘制应力应变曲线图，如图 6 所示。图图 6 岩石压缩应力应变关系曲线岩石压缩应力应变关系曲线2.6.2 计算弹性模量和泊松比计算弹性

10、模量和泊松比（1）在纵向应变曲线上，做通过原点与应力相当于 50%抗压强度处的应变点的连线， 其斜率即为所求的弹性模量（或称割线模量） 。5050 50 hE式中：弹性模量（MPa） ；50E相当于 50%抗压强度的应力值（MPa） ；50应力为抗压强度 50%时的纵向应变值。50h（2）取应力为抗压强度 50%时的横向应变值和纵向应变值计算泊松比。5050hd 式中：泊松比；应力为抗压强度 50%时的横向应变值；50d应力为抗压强度 50%时的纵向应变值。50h2.6.3 计算岩石单轴抗压强度计算岩石单轴抗压强度APc式中：岩石单轴抗压强度（MPa） ；c最大破坏载荷（N） ；P 垂直于加载

11、方向的试样横截面积（mm2） 。A2.6.4 计算值取值计算值取值弹性模量取至百位数；泊松比取至小数点以后两位；单轴抗压强度取至整数位。 表表 2-1 岩石变形试验记录表岩石变形试验记录表工程名称 试样直径（mm） = （MPa）50E岩石名称 试样高度（mm） =试样编号 试样面积（mm2） = （MPa）c载荷（N）应力（MPa）纵向应变横向应变体积应变备 注班 级 组 别 日期 试验者 计算者 三、岩石抗拉三、岩石抗拉强强度度试验试验3.1 概述概述巴西法（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（如图 7） 。 本方法可用于测烘干、自然干燥

12、、饱和的试样。 本方法不适用于软弱岩石。3.2 试样备试样备制制（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）采用圆柱体作为标准试样，直径为 5cm，高度为直径的 0.51.0 倍。试样尺寸的 允许变化范围不宜超过 5%。 （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 0.2

13、5 度。3.3 试样试样描述描述试样描述同 7.33.4 主要主要仪仪器器设备设备（1）试样加工设备、量测工具与有关仪器详见 7.4。 （2）加载设备：压力试验机应符合 7.4 的规定，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。 （3）垫条：在岩石劈裂试验中，目前国内外规程中，有加垫条、劈裂压模、不加垫条 三种， 水利电力规程建议采用电工用的胶木板或硬纸板，其宽度与试样直径之比为 0.080.1；国际岩石力学学会建议采用压模，压模圆弧直径为试样直径的 1.5 倍（如 图 7） ；日本、美国等矿业规程建议采用不加垫条，使试样与承压板直接接触。三种方法相

14、 比，最后一种比较简单所以用的较广泛。 半球座图图 7 岩石抗拉强度测定示意图岩石抗拉强度测定示意图3.5 试验试验程序程序（1）根据所要求的试样状态准备试样。 （2）将试样平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载。 （3）以每秒 0.30.5MPa 的加载速度加荷，直到试样破坏为止，并记录最大破坏载荷。（4）观察试样在受载过程中的破坏发展过程，并记录试样的破坏形态。 表表 3-1 岩石劈裂法试验记录表岩石劈裂法试验记录表工程名称_试 样 尺 寸岩石名称试样编号受力方向含水状态平均直径（mm）平均厚度 (mm)劈裂面积（mm2）破坏最大载 荷 (N)岩石抗拉强 度(MPa)备 注试 样 描 述班 级 组 别 日期 试验者 计算者 3.6 成果整理和成