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1、辽宁工程技术大学力学与工程学院Project报告书题 目岩土体基本力学参数测试方法研究班 级 姓 名指导教师 成 绩 辽宁工程技术大学力学与工程学院 制project任务书Project题目：岩土体基本力学参数测试方法研究Project主要内容：本文以力学知识为理论依据，对岩体和土体的进行研究。(1) 运用岩石测试技术对岩石进行了岩石的抗剪强度的测定，岩石的抗拉强度度的测定，岩石单向抗压强度的测定；(2) 运用岩土测试技术对土体进行了土的固结压缩试验，土的直接剪切试验，土的三轴剪切试验。在实验中建立实体模型得到了岩土体基本力学参数，做为我们以后研究岩土体基本力学参数测试方法提供理了论依据。学生
2、姓名：指导教师签字： 年 月 日摘要 岩土体工程主要是从土体和岩石两方面进行研究的工程。土体工程是研究松散土体分布地区修建各种工程建筑物所遇到的及所引起的主要工程地质条件及其相应的处理措施；岩石工程则是研究在岩体分布地区修建各种工程设施所遇到的和所产生的主要工程地质问题及其相应的处理措施。因此，土体与岩石的研究对我们现今社会的发展有着不同寻常的意义。无论是土体还是岩石，我们都可将其统称为地质环境。地质环境对人类工程活动的影响是多方面的，即可表现为以一定作用影响工程建筑物的稳定性和正常使用，也可表现为以一定作用影响工程活动的安全，还可表现为由于某些地质条件不具备而提高了工程造价，视地质环境的具体
3、特点和人类工程活动的方式和规模而异。 本文以力学知识为理论依据，对岩体和土体的进行研究，通过岩石测试技术对岩石进行了岩石的抗剪强度的测定，岩石的抗拉强度度的测定，岩石单向抗压强度的测定；同时用岩土测试技术对土体进行了土的固结压缩试验，土的直接剪切试验，土的三轴剪切试验。在实验中建立实体模型得到了岩土体基本力学参数，为我们研究岩土体基本力学参数测试方法提供理了论依据。关键词：岩土体；岩石测试技术；岩土测试技术；岩土体基本力学参数 目 录1.绪论11.1研究的目的和意义11.2研究的主要内容12.岩石测试技术22.1 岩石的抗剪强度的测定22.2 岩石的抗拉强度度的测定72.3 岩石单向抗压强度的
4、测定103.土测试技术123.1 土的固结压缩试验123.2 土的直接剪切试验143.3 土的三轴剪切试验174.结论20参考文献211.绪论1.1研究的目的和意义 岩土体测试的目的就是对岩土体的工程性质进行观测和度量，得到岩土体的各种物理力学指标的试验。开展岩土体测试技术工作具有重要的意义，主要体现在： （1）岩土体测试技术不仅在岩土建设实践中十分重要，而且在岩土理论的形成和发展过程中也起着决定性的作用。理论分析指导工程实践，而测试又是理论分析的基础。岩土体中的许多理论是建立在试验基础上的，如Terzaghi的有效应力原理是建立在压缩试验中孔隙水压力的测试基础上的，Darcy定律是建立在渗透
5、试验基础上的。 （2）岩土体测试技术是保证岩土设计合理可行的重要手段。随着经济和社会的发展，工程实践中出现了更多更复杂的岩土体问题，需要运用创新的工程设计方法来解决问题。创新的设计方法要求测试技术要有新的发展和突破，提高岩土体物理力学参数的测试水平，保证工程实践的精度。如基于测试结果的反分析理论可以为岩土体加固设计提供第一手重要资料。 （3）岩土体测试技术是大型岩土工程信息化施工的保障，现场测试已经成为岩土施工不可分割的重要组成部分。监测技术在边坡工程、地下工程、路基工程、基坑工程、桩基工程等工程的施工中发挥着越来越重要的作用。 （4）岩土体测试技术是保证大型重要岩土工程长期安全运行的重要手段
6、。在重大岩土工程的运营过程中，如水电系统的地下厂房群、大型地下空间、城市地下铁道、大型高陡边坡、高速铁路路基、海底隧道等工程需要在运营期间进行岩土体及其结构的变形、受力、温度、渗流状况、沉降的长期监测。1.2研究的主要内容 岩土体利用土力学、岩体力学及地质学的理论与方法对研究各类土建工程中涉及岩土体进行研究。 随着现代化建设事业的飞速发展，各类土建工程日新月异，重型厂房、高层建筑、重大的水电枢纽、艰险的铁路、桥梁和隧洞，以及为了向海洋寻找资源、向地下争取空间而进行的各种开发性工程等，都与它们所赖以存在的岩土地层有着极为密切的关系。各类工程的成功与否，在很大程度上取决于岩土体能否提供足够的承载能
7、力，保证建筑物不产生影响其安全、正常使用的过大或不均匀的沉降，以及水平位移、稳定性或各种形式的岩土应力作用。为了解决建筑地基、斜坡路基、堤坝挡墙、铁路桥隧、地下建筑、岸边支挡、近海工程、场地抗震、地震区划、地热开发、地下蓄能以及国土开发和环境保护等各类工程的岩土工程问题，在岩土体测试技术方面，提出了一系列新的理论和新的设计方法。例如，根据岩土特性，针对工程特点，可以设计相应的应力一应变本构关系，给定数值计算模型，以便准确掌握岩土体在工程运营期间的性状，预估其长期效果和影响。因此，本文就是通过运用岩石测试技术，岩土测试技术的设计理论与方法来简单形象的解决工程中我们常见的岩土体问题。2.岩石测试技
8、术2.1 岩石的抗剪强度实验岩石试件受到剪断时，剪切面的切向应力值，即试件剪断时的极限强度，称为岩石抗剪强度。根据剪切试验室，加载方式的不同，岩石抗剪强度可分为以下几种：抗切强度：剪切面上不加载法向载荷（P=0）时岩石抗剪强度，通常称为抗切强度，这种情况，剪切破坏面上的岩石凝聚力C就是抗切强度（纯剪强度）。抗剪强度：剪切面上加法向载荷时的剪切试验称为压剪试验，这种试验得出的强度指标，即在某一法向应力作用下试件能抵抗的最大剪应力，称为抗剪断强度，常为抗剪强度。此种抗剪强度是一个变量，它与破坏时作用的剪切面上的正应力有关。摩擦强度：是指岩石试件内已有断裂面时在某一法向压力作用下能抵抗的最大剪应力。
9、由于岩石试件已剪断而失去凝聚力C=0，这时得出的抗剪强度仅仅是由于摩擦力造成的，故称为摩擦强度，又称为残余抗剪强度。重剪强度：用来确定试件中存在的软弱面时的抗剪强度，这时得出的强度指标称为重剪强度。在这里，我们主要研究岩石的抗剪强度实验，通过实验求出岩石的内摩擦角和凝聚力C，为采矿，冶金，边坡，稳定等设计提供力学参数。一、实验原理岩石的抗剪断强度，是岩石在外部剪切力作用下，抵抗剪切破坏的能力。通过岩石剪切试验，确定岩石剪切破坏时剪切面上的正应力与剪应力之间的关系，确定岩石的内摩擦角和凝聚力C，从而获得岩石的抗剪断强度。岩石抗剪断试验方法包括单剪法、双剪法、变角板法、斜角压切法和扭转剪切法等。本
10、次试验采用变角板法，将岩石试样置于特制的夹具中，放在压力机的上、下压板之间，利用压力机施加垂直荷载，使整体试样沿所限定的剪切角剪断（图21），根据静力平衡条件分析剪断面上所受的法向应力和剪应力，绘制法向应力和抗剪断强度关系曲线，求得岩石的凝聚力和内摩擦角。图21变角板法装置示意图Figure 2-1 angle variable board schematic diagram method二、仪器设备1试样加工器具，锯石机、磨光机、卡尺、角尺、金钢砂、玻璃板、烘箱等；2100200吨压力机；3专门夹具一套，夹具倾角30、40、50、60、70。三、操作步骤1试样制备试样为岩芯或岩块，用锯石机锯
11、取，并做一定的磨光处理，尺寸为7cm7 cm7cm或5cm5cm5cm，试样每组不少于6个，描述试样特征，并用色笔在试样上划出中心线，注明试样的切剪角。用卡尺逐个测量试样尺寸，计算剪切面积。2安装试样将夹具连同试样放在压力机下压板上，以压力机轴为准对准中心，并在夹具周围放置防护罩。调整压力表指针至零点。3加荷观测关上压力机回油阀，打开送油阀，接上电源，以每秒钟12kg/cm2的速度加荷。观察压力表指针的移动。当试样发生初裂时，记下当时的荷重，直至试样破坏为止。由此荷重便可确定岩石的极限抗剪强度。4描述试样升起压力机上压板，取出被剪断的试样进行破裂外貌描述，并保留试样。如图2-2图2-2 试样F
12、igure 2-2 Sample5重复试验分别以不同角的夹具重复2、3、4步骤进行试验，取得不同角时岩石剪断时的荷重。6试验结果整理（1）计算不同角的夹具下试样剪断时所受正应力和剪应力：式中：剪断面上的法向压应力（MPa）；剪断面上极限剪应力（MPa）；P压力机加在夹具中试样上的最大铅直荷重（KN）；A剪断面面积（cm2）；f滚珠的摩擦系数，由摩擦校正试验决定；用夹具固定的剪断面与水平面的夹角（度）。（2）绘制岩石极限强度曲线：图2-3 岩石极限强度曲线Figure 2-3 Rock ultimate strength curve strength 以每一角剪断面上的正应力为横座标，剪应力为纵
13、座标，连接各点得-曲线。 （3）由-关系曲线计算抗剪断强度指标C和值； a、按曲线整理如图所示，内摩擦角为凝聚力为C抗剪断强度为 =设tg+C图2-4岩石极限强度曲线Figure 2-4 Rock ultimate strength curve strengthb、按直线整理按最小二乘法求得直线方程 =设tg+C图2-5Figure 2-5四、 记录试验数据，分析试验结果 表2-1实验数据Table 2-1 experimental data试样剪断面荷重(kg)正应力(kg/cm2)剪应力(kg/cm2)平均抗剪断强度值编号状态面积(cm2)与层理关系放置角度初裂时破裂时初裂时破裂时初裂时破
14、裂时(度)C(kg/cm2)2.2 岩石的抗拉强度实验抗拉强度是岩石力学性质的重要指标之一,是岩石最弱的强度特性,故张性断裂是在破坏过程中最先发生的破断形式,岩石抗拉强度在研究地下采掘空间顶底板岩层稳定性问题时,它具有更为重要的意义。由于对岩石抗拉强度的认识不够和测定困难等原因,目前岩石抗拉强度的测定仍然没有十分有效和精确的方法。文章深入探讨岩石的抗拉强度测定方法,分析目前最常用的劈裂法存在的疑问,改进后的测定工作指出了新思路,实现科学、准确、简单的测定岩石的抗拉强度。一、实验原理抗拉强度是岩石力学性质的重要指标之一。由于岩石的抗拉强度远小于其抗压强度，故在受载时，岩石往往首先发生拉伸破坏，这一点在地下工程中有着重要意义。由于直接
