实验指导书岩石的变形试验.doc

实验指导书岩石的变形试验一、 试验目的本试验的目的在于测定规则岩石试件在单轴压缩应力状况下的弹性模量和泊桑比。弹性模量分初始弹性模量、割线弹性模量和切线弹性模量，它们均可由考验结果绘制的应力应变曲线确定。泊桑比则为横向应变与纵向应变之比，对于岩石，一般按纵向应力应变曲线近于直线段之平均纵向应变与相应应力段平均横向应变计算。二、 试验方法目前，实验室广泛采用电测法测定岩石弹性模量和泊桑比，即转换元件将待测之非电量转换成输入电子仪器进行测量。为了测定和绘制岩石应力应变曲线可以采用静态应变测量方法，也可以采用动态应变测量方法。静态电阻应变测量方法如下：（一） 试验所用设备和用品（二） 试验前准备工作1.（1）岩性描述：见 （2）尺寸量取：按尺寸量取要求量记录。1. 电阻片的粘贴电阻片的粘贴质量好坏，是影响电阻应变测量精度的主要的因素，用常温快速胶结剂为例简述如下：（1） 检查、分选电阻片：用放大镜检查电阻片的外观，剔除敏感栅有形状缺陷、片内夹有气泡、霉斑、锈点等的电阻片。用电桥测定阻值，作为同一桥路的电阻片值差一般不应超过正负0.2欧姆。（2） 电阻片粘贴部位的试件表面准备：电阻片贴在试件中部，每个试件粘贴纵向和横向电阻片各2片，用零号砂纸将粘贴部位打磨光滑，与电阻片粘贴方向成450角交又打出条纹。（3） 贴片：以脱脂棉球饱和丙酮或酒精清洗待测表面除去油污、灰尘。表面清洗应至棉球没有污迹为准，最后用棉球将表面擦干，此后，禁止用手触摸和用嘴吹待测表现。使用常温快整胶结剂涂的胶水一定要适量，滴上一滴胶水，捏着电阻片的引出线用其基片将胶水拖匀并形成一个薄层，同时让基片也浸满胶水，梢过一会儿，迅速对正方向粘好（见图1-1）。垫上聚乙烯塑料薄墨，用手指按压电阻片即可，将电阻片引出线用一窄条透明绝缘胶带固定在试件上（图12），以防引出线与敏感栅连接损坏。（4） 贴片质量的检查：包括外观检查和电阻片电阻的测量。贴片后电阻片阻值应无明显变化。外观检查主要看片下有无未粘住的地方。必要时可将电阻片接入应变仪，使指针位于零点，轻轻敲电阻片，注意指针的反映，若指针不能复位，则表明电阻片可能未完全贴住，应重贴。（5） 电阻片引出线与导线之间焊接、固定：贴片后引出线与导线之间的焊接、固定也是一项十分重要而细致的工作。本章试验用自制的接线端子焊接和固定引出线和导线（图1-2）接线端子用铜板腐蚀而成。端子大小以长*宽=2*2.5毫米为宜，贴片时将端子粘在电阻片附近的予定焊接位置上，先将端子的铜板以及引出线和导线的焊接端逐个挂锡，然后将其紧贴端子铅箔，用12W电烙铁轻轻一点即可焊牢。焊线的操作要迅速，焊接点要小而圆滑，绝对避免虚焊。2. 静态电阻应变测量电阻与组桥方法本试验所用YJD16型电阻应变仪采用双电桥电路（图1-3），一是应变电桥。能把电阻片阻值的微小变化转换成输出电压的变化。二是读数电桥，其四臂均为高精可调电阻。两电桥用同一载波振荡器供电。两电桥在输出方面是串联的，当应变电桥因感受应变失去平衡而输出一个等幅电压时，平衡指示电表偏转，这时调整读数桥臂电阻值（即转动图1-5微调、中调、大调刻度盘）使之输出一个幅值相等相位相反的电压，抵消了送入放大器的电压，平衡指示电表重新指零，这时微、中、大调刻度盘上的数值即为应变桥感受的应变值。电阻应变测量中电阻片组桥方法式分为全桥和半桥两种，YJD16型静态电阻应变仪可接半桥也可接全桥，本试验组桥方式为半桥如图14（c）所示。试件受压力P后，电阻片R1、R2的电阻变化分别为R1、R2若两电阻片栅，则桥臂AB的电阻变化率为： RLAB/R=1/2（R1/R+R2/R）应变为 可见，当两片相同的电阻片串联在一臂中，这一臂的电阻变化率为各电阻变化率的算术平均值。应变为各片应变的算术平均值。图1-4（d）为全桥方式。这种组桥方式在岩石变形试验中不常采用。图1-4例举横向片组桥方法。纵向片之一相同，图中A、B、C、D、标号与图1-3以及应变仪面板（图1-5）上的标号一致。由于贴有电阻片的岩石试件处于一定温度场中，当温度变化时，会造成电阻片敏感栅电阻的变化；另外，组丝材料与岩石的线胀系数不同，组丝会受到附加的压缩作用，从而造成电阻的变化。上述现象称为温度效应，严重时每温升，可达几十微应变，必须设法排除。排除的措施，叫温度补偿。本试验采用不受力的补偿试件（图1-4a），其上粘贴的电阻片，称为补偿片；被测试件（图1-4b）上粘贴的电阻片称为工作片。补偿片与工作片处于相邻桥臂（图1-4c、d），粘贴在相同的材料上并处于同一温度场中，二者阻值，灵敏系数和电阻温度系数相同。这样，温度变化造成的电阻变化亦相同，又处于相邻桥臂，故不会造成电桥的输出电压，排除了温度效应的影响。桥路焊接完毕后，应测量导线端桥臂阻值，阻值差不应超过正或负0.3欧姆。对于金属矿石试件，还应测量绝缘电阻，绝缘电阻应大于100M欧姆。（三） 试验步骤1. YJD16型静态电阻应变仪的测试 YJD16型静态电阻应变仪面板如图1-5所示。（1） 未接电源前先检查表头、微调、中调和大调盘是否对零，如不对零，要调在零上。将灵敏系数调整至所用电阻片的K值。（2） 将120欧姆校验电阻分别接在应变仪A、B、C接线柱上，将三点接连片接入D1、D、D2接线柱并旋紧。（3） 用三芯电源线将稳压电源与仪器连接。（4） 开启电源开关并置于“BD（短路）位置，预热一分钟，转动微调盘看电表有无偏转，如有偏转说明仪器能正常工作。（5） 将电源开关转到“阻“上，指示电表可能向左或右偏转。如向左偏转，用螺丝刀调”电阻平衡“电位器向右方向旋转，使指示电表指针回零，反之亦然。然后将开关转到”容“上，调节”电容平衡“电位器，使指示电表向零靠近到偏离最小，再将开关转到”阻“上，调整”电阻平衡“电位器，使指示电表指零。反复调整几次，最后将开关转到”阻“上，这时仪器本身的应变桥（测量桥）与读数桥都能正常工作。（6） 观察灵敏度。转度微调盘偏转+10 ，指示电表应指示大于10 。（7） 预热半小时，再检查一次平衡2. 接线（1） 单点半桥测量：在应变仪A、B接线柱之间接工作片R1、B、C之间接补偿片R（图1=3）、（图1-5）。（2） 单点全桥测量，去掉三点连接片，A、B及C、D接线柱之间分别工作片R1、R4、B、C及A、D之间分别接温度补偿片R1、R2（图1-3）、（图1-5）。（3） 多点测量方法多点测量使用予调平衡箱。P20R=17型予调平衡箱（图1-6）是YJD16型静态电阻应变仪作多点测量的配套仪器。其使用方法如下：1接线用四芯缆插头一端插入应变仪面板“平衡箱“插座上，另一端插入平衡箱”应变仪“插座上。半桥测量：将工作片两端分别接入A、B接线柱上。单点补偿时，将五点连接片去掉。将补偿片分别接在对应的B、C接线柱上。多点共补偿时，将连接片加在C接线柱上，将补偿片接在其中任一B、C接线柱上。全桥测量：去掉全部连接片（包括应变仪的三点连接片），平衡箱、及、连接线柱之间分别接工作片，、及、之间接补偿片。2将平衡箱的转换开关放在“平衡”位置，选点开关调到“校准”档上，应变仪通电将微、中、大调盘调到零，应变仪电源开关旋转到“阻”上，用螺丝刀旋转平衡箱“校准”电位器，使应变仪指示电表指零，这时平衡箱和应变仪能正常工作。3将平衡箱选点开关调在与其背面号数对应的测量上，调节相应点电位器使应变仪电表指零，再将应变仪电源开关放在“容”上，调节应变仪“电容平衡”电位器到电表指针偏转最小（注意，应变仪“电阻平衡”此时不得再调）。最后应变仪电源开关放在“阻”上，电表指针指零，其余各点电阻平衡按上述方法调整，调整后应变仪上的所有平衡电位器均不得再转动。.安放试件，加载试验静态应变测量的特点是在应变不变的条件下从静态应变仪上直接读取应变值，这就要求载荷稳定在某一量级下测读应变值。本试验要求按每秒公斤平方厘米的应力速率对试件单轴压缩，在破坏载荷范围内，等间隔至少读取个应变值，而且每一级载荷都要保持稳定方可读值。将测读的数据记录在表上。一般应做几次加载卸载循环才能得到比较符合实际的测试结果。应注意，从应变仪上读取的是微应变值（），而且符号与岩石力的规定相反。.对破坏后试件要进行描述。其内容包括：破坏类型、破坏面与岩石结构、构造间关系以及主要破坏裂隙素描等等，记入表。（四） 计算.轴向应变和横向应变由应变仪读取，试件的压应力按下式计算：实验实验指导书 岩石剪切实验一、 实验目的本实验为完整岩石规则试件剪切实验,其目的在于测定岩石剪切破坏瞬间，破坏面的应力分量正应力（2）和剪应力（）之间的关系。绘制岩石的抗剪断曲线，确定内聚力（c）和内摩擦角（）的值。二、 实验方法：（一） 所用设备和用品（见表41）注：本实验为单面剪。（二） 本试验前的准备工作；1. 本实验采用直径为50毫米的正方体岩石试件；2. 试件个面平均，各端面对轴线应垂直，最大偏差不超过0.05毫米。3. 按照预定的剪切方向和试件放置角度，在每个试件上标注剪切面和剪切角度。4. 测量试件尺寸，按照剪切面，测量两垂直边的尺寸，每边都要测两端和中间三个部位，取其平均值，精度为0.1毫米，记入表41。5. 试件描述，见实验一，记入表4-1三 实验步骤1 将剪切装置的上半部分（图4-1）分别安置到压力实验机上、下加压板上，打开定位箱调整剪切角度，本实验剪切角度分析为400、610、700。2 在调整好角度的剪切装置上，按好钳口，放上试件，使剪切装置的钳口与预定剪切面平齐并严密接触，开动压力实验机使加压板与装置平稳接触（图4-1）3 施加载荷 保持恒定的加荷速度（510公斤/厘米2/秒）对试件连续加载至破坏为止。记录破坏时的载荷数值，记入4-3。描述试件破坏情况，描述内容见抗拉强度实验“施加载荷”部分，记入表4-2。三、 计算1 按下式计算岩石试件剪切破坏时破坏面上的剪应力和正应力。=P/Asina=P/Acosa 式中 P试件破坏时的最大载荷，N A剪切破坏面的面积，m2 破坏面上的正应力，Pa 破坏面上的正应力，Pa a剪切角（剪切面与水平面的夹角）2 根据在不同的倾斜压模倾角a下得到坐标系内绘出岩石强度曲线如图4-2所示。根据岩石强度曲线可以近似得到岩石的内聚力C和内摩擦角。方法是：将测得的剪切角度下的诸多散点点在坐标系内，线行回归直线方程，回归系数分别为C和tg。实验指导书 岩石的抗压强度实验 一、 实验目的：掌握测定岩石的抗拉强度的方法。二、 实验方法：本实验采用劈裂法测定岩石的抗拉强度。（一） 所用设备和用品见（表2-1）（二） 实验前的准备工作：主要是试件的制备、描述和尺寸测量。（1） 采用圆盘试件，试件直径（D）为50毫米，厚度（t）为25毫米（t/D=0.5）。（2） 试件两端面应平行，试件轴心线与端面应垂直，二者的最大偏差均不得大于0.2毫米，试件面光滑平整，试件数目据实际情况而定，但最好不少于10块。（3） 测量试件尺寸：圆盘试件测直径和厚度。沿厚度（t）上、中、下三个部位分别测直径，取三次测的平均值为试件直径。沿预定加荷方向上、中、下三个部位测量试件厚度，取三次测值之平均值为件厚度，方片形参照圆盘形试件规格，测量其尺寸，测量结果填入表2-2。（4） 试件描述：见（记入表2-2）（三） 试件安装：将试件放入劈裂模具内，调整压力机使压力机上下两个承面与劈模具接触，关闭送油阀，调压力机表的指针为零。（四） 施加载荷：操纵压力实验机，对试件施加载荷。加载速率每秒10公斤，至试件破坏为止。记录破坏时载荷值，描述试件的破坏情况，其内容包括：记述破坏面情况：破坏面与最大应力方向的交角。破坏上颗粒的完整情况、破坏面是否平整、是否沿预定的面破坏，以及实验过程中的特殊情况等等。以分别记入表2-2、表2-3。三、 计算按下式计算岩石抗拉强度： t=2p/Dt式中t岩石的抗拉强度，PaP破坏载荷，ND试件直径，mt试件厚度，m以每组试件抗拉强度的算术平均值做为该种岩石的抗拉强度。 实验指导书岩石单轴抗压强度实验一、 实验目的：掌握测定岩石的单轴抗压强度的方法。二、 实验方法：将立方体岩石试件放在压力实验机上进行单轴压缩实验，试件破坏瞬间受压面上的极限应力值为该岩石的抗压强度。（一） 所用设备和用品（见表3-1）（二） 实验前的准备1 试件制备、描述和尺寸测量（1） 实验采用立方体试件，试件尺寸a*b*c（为50*50*50立方毫米）。（2） 试件端面平整到0.02毫米，两端面垂直于试件轴最大偏差每50毫米不超过0.05毫米，在试件整个高度上，直径不超过0.3毫米，试件表面要光滑。（3） 试件尺寸要在试件高度上、中、下三个部位测量其尺寸，取平均值，精度为0.1毫米试件高度测量精度为0.1毫米。（4） 试件描述：其内容包括：岩石名称、颜色、主要矿物组分、结构、构造、风化程度、裂隙发育情况，沉积岩胶结物的性质、胶结程度以及加荷方向层理、片理方向的关系、主要裂隙与加荷方向的关系等。（5） 每组试件数根据实际情况而定，但最好不少于五块。（三） 实验步骤1. 试件安装将准备好的岩石试件放在压力实验机、下加压板的中心位置，试件整个端面应与加压板严密接触，若不符合要求，应予处理。2. 施加载荷保持恒定的应力速率（510/厘米2/秒）对试件连续加载至破坏为止。记录破坏载荷数值，描述试件的破坏情况，描述内容为1破坏面与最大应力方向的交角。2破坏面上大颗粒的完整性3破坏面的完整性4破坏面是否沿预测破坏面破坏5实验过程中的特殊情况6记录初裂时的破坏值。三、 计算岩石的抗压强度岩石的（单轴）抗压强度，按下式计算 c=P/A式中 c岩石抗压强度，Pap试件破坏时施加的最大载荷，NA试件横截面积，m2 岩石（单轴）抗压强度实验记录5实验一 岩石单轴抗压强度测定实验一、教学目的岩石的单轴抗压强度是岩石最重要的物理力学性能之一，是从事岩石工程烟研究、设计、施工和生产中不可或缺的力学参数。本次课的目的旨在使学生在熟悉了岩石的基本力学性能的基础上，掌握岩石单轴抗压强度的测定技术。二、教学基础要求通过本次实验课教学，学生须达到如下要求：1. 深入理解试样描述的意义，熟练掌握岩石单轴抗压实验试样描述方法和尺寸测量方法；2. 熟悉万能材料实验机的工作原理，并熟悉掌握其使用方法；3. 熟悉掌握国际岩石力学学会（ISRM）推荐的“岩石单轴抗压强度测试试验标准”；4. 能够密切观察实验过程中岩石试件的破坏过程，精确记录其破坏荷载，并通过试件破坏后描述，准确分析其破坏机理；5. 根据所记录的有关数据，能够熟练地计算各试件的破坏时单轴压应力；6. 能熟练地根据实验结果和破坏后试件描述，剔除破坏应力（或荷载）奇异的试件，准确计算出岩石的单轴抗压强度；7. 按岩石力学实验指导书要求撰写实验报告。三、实验方法和手段1. 试件致密无节理、裂隙、形状为圆柱形，直径D50MM、高H100125MM，精度、表面平整度、光洁度、轴线与端面垂直度均符合ISRM推荐规定；2. 实验设备万能材料实验机一台；3. 实验方法沿试件轴线方向加载，加载速度为0.490.78MPa/s,直至试件破坏。四、实验过程与步骤参阅岩石力学实验指导书。五、实验时间与人数安排1 本实验所需时间约2学时；同时参加实验学生人数210人为宜。实验二 岩石单轴抗拉强度测定实验一、教学目的岩石的单轴抗压强度是岩石最重要的物理力学性能之一，它较岩石的单轴抗压强度和抗剪强度小得多，因而常常是影响地下岩石工程稳定性的最重要因素，故测试岩石单轴抗压强度也是工程中最常用的测试项目之一。本次课的教学目的旨在使学生在熟悉了岩石的基本力学性能的基础上，掌握岩石单轴抗拉强度的测定技术。二、教学基本要求通过本次实验课教学，学生须达到如下要求：1. 深入理解劈裂法测试岩石单轴抗拉强度的力学原理；2. 熟练掌握岩石单轴抗拉强度实验试件描述方法和尺寸测量方法；3. 熟练掌握国际岩石力学学会（ISRM）推荐的“岩石单轴抗拉强度测试试验标准”；4. 能够密切观察实验过程中岩石试件的破坏过程，精确记录其破坏荷载，并通过试件破坏后描述，准确分析其破坏机理；5. 据所记录的有关数据，能够熟练地计算各试件的破坏时单轴拉应力； 6 能熟练地根据实验结果和破坏后试件描述，剔除破坏应力（或荷载）奇异的试件，准确计算出岩石的单轴抗拉强度； 7按岩石力学实验指导书要求撰写实验报告。三、实验方法和手段1. 试件致密无节理、裂隙、形状为圆柱形，直径D50MM、高H100125MM，精度、表面平整度、光洁度、轴线与端面垂直度均符合ISRM推荐规定；2. 实验设备万能材料实验机一台,试件劈裂装置一套；3. 实验方法试件轴线与实验机加载方向垂直，上下各设一劈刃，两臂刃与试件轴线共面，向劈刃施压力，加载速度为0.490.78MPa/s,直至试件破坏。四、实验过程与步骤参阅岩石力学实验指导书。五、实验时间与人数安排1本实验所需时间约2学时；2同时参加实验学生人数210人为宜实验三 岩石剪切实验一、教学目的地下岩体工程的破坏，常常是脆性剪切破坏。而这种破坏既与破坏面上的剪应力大小有关又与正应力有关。本次课的目的旨在通过若干岩石剪切破坏实验，使学生充分认识破坏面上的正应力与剪应力之间的关系。并能用Mohr强度理论解释岩石脆性剪切破坏机理。二、教学基本要求通过本次实验课教学，学生须达到如下要求：1. 熟悉掌握岩石剪切实验试件描述方法和尺寸测量方法；2. 熟练掌握国际岩石力学学会（ISRM）推荐的斜压模法“岩石剪切实验”标准；3. 能密切观察实验中岩石试件的破坏过程，精确记录试件预计破坏面倾角和破坏荷载，并通过破坏后试件描述、准确分析其破坏机理；4. 根据所记录的有关数据，能够熟练地计算出各种不同的倾角情况下，破坏面上的正应力和剪应力；5. 能熟练地绘制曲线。建立强度曲线方程，并运用M偶合日强度理论加以阐述；6. 按岩石力学实验指导书要求撰写实验报告。三、实验方法与手段1.试件 致密无节理、脆性岩石，形状为正方体形，各棱长均为L=50MM，尺寸精度、表面平整度、光洁度、相对端面平行度均符合ISRM推荐规定；1. 实验装置 万能材料实验机一台，斜压模具一套，以及其它设施和工具；2. 实验方法 将试件放入斜压模具中，使预计破坏面倾角为，沿垂直方向（与预计破坏面夹角为900a方向）加载，加载速度为_,直到试件破坏；调整不同的a角，更换试件，测试若干不同的破坏荷载。四、实验过程