岩体力学实验指导书

1、岩体力学实验指导书 岩体力学实验指导书 前 言 本书是作为水文地质及工程地质专业岩体力学教材的组成部分，共编入岩石物理力学性质实验12个，岩石力学实验教学是岩体力学教学的重要环节，通过实验教学使学生在学习岩体力学基本理论的同时，能理论联系实践，培养实际工作能力及严谨的科学态度，进一步巩因课堂教学内容，为此要求学生掌握实验的基本原理与方法，其中包括仪器的装置以及工作原理，为了使学生理解，在本书编写过程中，力求从教学出发，联系生产实际，配合理论课，阐明实验基本原理与实验步骤，并辅以思考题。 本书是在我校岩体力学实验讲义油印教材基础上，并参阅了长春地院、水电部 及地矿部出版的有关岩石力学实验指导及及

2、规程编写而成的。 根据教育部关于教材采用国际单位制的通知)，书中一律采用国际单位制单位。 但目前实验仪器尚未改进，为弥补这一缺陷，除书后编入国际单位制及与工程实用制 单位的换算关系)，以备读者查阅外，教师在课堂上应予适当提醒。 限于编者水平，书中难免存在缺点和不当之处，敬请读者指正。 实验1 测定岩石的颗粒密度 一、基本原理 岩石的颗粒密度是指岩石固体矿物颗粒部分的单位体积内的质量： ? ms Vs 岩石的固体部分的质量，采用烘干岩石的粉碎试样，用精密天平测得，相应的固体体积，一般采用排开与试样同体积之液体的方法测得，通常用比重瓶法测得岩石固体颗料的体积。 在用比重瓶测定岩石固体颗料体积时，必

3、须注意所排开的液体体积确能代表固体颗料的真实体积，试样中含有的气体，实验中必须把它排尽，否则影响测试精度，所用的液体一般为蒸馏水，并用煮沸法或抽气法排除岩石试样中的气体，若岩石中含有大量可溶盐类、有机质、粘粒时，则须用中性液体如煤油、汽油、酒精、甲苯和二甲苯等，此时必须用抽气法排除试样中的气体。 二、仪器设备 1、 岩石粉碎设备： 粉碎机、瓷钵、玛瑙研钵和孔径为的筛； 2、 比重瓶：容积为100ml或50ml； 3、 分析天平：称量200克，感量克； 4、普通天平：称量500克，感量克； 5、真空抽气设备和煮沸设备； 6、 恒温水槽； 7、 温度计，量程050，精确至； 8、 其它：烘箱、蒸馏

4、水或中性液体、小漏斗、洗耳球等。 三、操作步骤 1、试样制备 取代表性岩样约100g，粉碎成岩粉并全部通过筛孔。粉碎时，若岩石不含有磁性矿物，采用高强度耐磨粉碎机，并用磁铁吸去铁屑；若含有磁性矿物，根据岩石的坚硬程度分别采用磁研钵或玛瑙研钵粉碎岩样。 2、烘干试样 将制备好的试样与洗净的比重瓶一起置于烘箱中，使之在100110温度下烘至恒重 ，取出后放于干燥器内冷却至室温备用。 4、称干试样质量 用四分法取两份岩粉，每份岩粉质量约15g，将试样通过漏斗倾入已知质量的烘干的比重瓶内，然后在分析天平上称取比重瓶加试样的质量，减去比重瓶质量即得干试样的质量。 4、注水排气 向装有试样的比重瓶内注入蒸

5、馏水，然后用煮沸法或真空抽气法排除气体。 煮沸法 此法适于用蒸馏水做实验，注蒸馏水入比重至半满 将比重瓶置于砂浴上煮沸，煮沸时间在加热沸腾后不应小于1h，以完全排除气体。 抽气排气法 将盛有岩样试样及半满液体的比重瓶放置在真空抽气缸内,接上真空泵，抽气时真空度应不少于740毫米水银柱负压力，并经常摇动比重瓶，直至无气泡为止，抽气时间一般为12小时。 5、称取瓶加试液及岩样的质量 若用煮沸法排气时，煮沸完毕后，取出比重瓶冷却至室温，注蒸馏水入比重瓶中至近满并加盖，然后将比重瓶置于恒温水槽内待温度稳定，取出比重瓶后将瓶外水份擦干并称重，得瓶，水加岩样质量，称完后立即测定瓶内悬液温度。 若用抽气排气

6、法时，抽气完毕后，取出比重瓶，按上述方法称取瓶加水及岩样质量。 6、称取瓶、试液的质量 倒掉瓶中悬液，洗静比重瓶，注入试液至满后，恒温约15min，使瓶内试液与悬液温度相同。检查瓶内有无气泡，若有需排除，塞好瓶塞，擦干瓶外水分，称瓶加试液的质量。 本试验称重应精确至。 8、按下式计算岩石的颗粒密度 ? ms ?wf m3?ms?m2 式中：岩石的颗粒密度； ms干岩粉的质量； m3瓶、试液总质量； m2瓶、试液和岩粉的总质量； 0t时液体的密度。 不同温度下蒸馏水的密度可根据试验时的温度t，查下表求得。 水的密度0 t 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 t 15 16

7、17 18 19 20 21 22 23 24 25 0 t 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 0 注：一般试验计算时采用小数点以后三位数，第四位四舍五入。 若用中性液体进行试验时，应用比重瓶来测定其不同温度下的密度，方法如下： 将已知质量的比重瓶装满经真空抽气的中性液体，按本试验中的第7步称瓶、中性液体总质量。 用同一比重瓶装满蒸馏水，再按本试验步骤7称瓶、水总质量。 按下式计算中性液体密度 / ?w? m4?m0 ?wt m5?m0 式中：w中性液体密度； M4瓶、中性液体总质量； M5瓶、水总质量； m0瓶的质量； 3 ，查上表求得。 wtt时的蒸馏水密度 8、

8、本试验进行两次平行测定，取其平均值，两次测定的差值不得大于/cm3，计算结果精确至。 四、试验报告内容 1、整理记录表，格式见下表。 颗粒密度试验记录表 试验： 计算： 校核： 年 月 日 2、思考题 岩石的颗粒密度值取决于哪些因素，它与空隙度的关系如何？ 岩石若为可溶盐岩类，用蒸馏水测定岩石的颗粒密度时，其结果是偏大还是偏小？为什么？ 五、注意事项 1、煮沸排气时，必须防止悬液溅出瓶外，火力要小，防止煮干，还必须将试样中气体排尽，否则影响试验结果。 2、必须使瓶中悬液的温度与试液温度相一致。 3、称重必须准确，测定m1与m2时，必须将比重瓶外壁擦干。 岩体力学实验指导书 姓名: 学号: 班级

9、: 土木学院 岩土工程教研室 学生实验守则 一.每次实验前必须做好复习和预习。复习的内容为教科书上有关本次实验的教学内容；预 习内容包括仔细阅读实验指导书和熟悉实验室有关仪器设备。 二.经过预习应掌握该项实验的意义、目的、操作步骤。对辅导教师提出的检查性问题，应能回答，否则不得进行实验。 三.实验时态度应严肃认真，严格按辅导教师及实验指导书上所讲的操做步骤进行实验，每台设备的操作应按各设备的操作方法进行，以免损坏设备或造成事故。非本次实验使用的仪器设备不得乱动。 四.每次实验前由小组长填写仪器设备领用单。实验完毕后，应将所用仪器设备擦洗干净，放回原处，经小组长检查，辅导教师验收无误后方可离开实

10、验室。如有损坏，应填写仪器设备损坏报告单，待后处理。 五.实验结束后，应在规定时间内提交实验报告。实验报告必须独立完成。实验报告的书写、计算、制图，公式、计算过程、单位齐全、清晰整齐。实验成绩是期终考核成绩的一部分。 六.如实验结果未能达到要求或因故未做实验者，应申请补做实验，实验室同意后，在指定日期内进行补做。 以上守则请同学们自觉遵守。 实验一 岩石单轴压缩实验 一、实验目的 岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法；了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。 二、实验设备、仪器和材料

11、1. 钻石机、锯石机、磨石机； 2 .游标卡尺，精度； 3. 直角尺、水平检测台、百分表及百分表架； 4. YE-600型液压材料试验机； 5. JN-16型静态电阻应变仪； 6. 电阻应变片； 7. 胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。 三、试样的规格、加工精度、数量及含水状态 1. 试样规格：采用直径为50 mm，高为100 mm的标准圆柱体，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用50 mm50 mm100 mm的立方体，由于岩石松软不能制取标准试样时，可采用非标准试样，需在实验结果加以说明。 2. 加工精度： 平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于。检测方法如图1-1所示，将试样放在水平检测

12、台上，调整百分表的位置，使百分表触头紧贴试样表面，然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。 直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于 mm，用游标卡尺检查。 轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图1-2所示，将试样放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显缝隙。 3. 试样数量： 每种状态下试样的数量一般不少于3个。 4. 含水状态：采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内12 d，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 1百分表 2-百分表架 3-试样 4水平检测台 图1-1 试样平行度检测示意图 1直角尺 2-试样 3- 水平检测台 图1-2

13、 试样轴向偏差度检测示意图 四、电阻应变片的粘贴 1.阻值检查：要求电阻丝平直，间距均匀，无黄斑，电阻值一般选用120欧姆，测量片和补偿片的电阻差值不超过。 2.位置确定：纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部，纵向、横向应变片排列采用“”形，尽可能避开裂隙，节理等弱面。 3.粘贴工艺：试样表面清洗处理涂胶贴电阻应变片固化处理焊接导线防潮处理。 图1-3 电阻应变片粘贴 五、实验步骤 1. 测定前核对岩石名称和试样编号，并对岩石试样的颜色、颗粒、层理、 裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。 2. 检查试样加工精度。并测量试样尺寸，一般在试样中部两个互相垂直方向测量直径计算平均值。 3. 电阻应变仪

14、接通电源并预热数分钟后, 连接测试导线，接线方式采用公共补偿半桥连接方式。 4. 将试样放置在试验机的承压板中心，然后对纵向、横向应变片分别进行反复预调平衡。 5. 施加初载荷，检查试验机和应变片工作情况，正常后以 kN/s的加载速度均匀加载，按估计破坏载荷的十分之一间隔读数，纪录相应载荷下的纵向、横向应变，均匀加载直至试样完全破坏。每个测试过程读数不得少于7个点，同一试样的纵向、横应变尽可能同时读出。 6. 记录破坏载荷值及加载过程中出现的现象，并对试样破坏形态进行描述。 六、实验结果整理 1. 岩石单轴抗压强度： ?C? 式中： ?C试样单轴抗压强度，MPa； P试样破坏载荷，N；A试样初

15、始截面积，mm2。 岩石单轴抗压强度测定结果填入表1-1。 P A 表1-1 岩石单轴抗压强度测定结果 2. 绘制岩石单轴压缩应力-应变曲线 实验结束后检查每一组的实验结果，废弃可疑数据，分别计算试样所受应力和与之对应的纵向应变1、横向应变2以及体积应变值v，体积应变值按下式计算： ?v?1?2?2 岩石力学实验指导书 修订版 前 言 试验是岩石力学课程教学的重要环节，目的在于辅助课堂教学，直观培养学生的知识结构和动手能力。本指导书是根据我校“xx年教学大纲”，并结合我校的实验条件而编写，主要内容有：1、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验；2、岩石比重试验；3、岩石密度试验；4、岩石耐崩解

16、试验5、岩石膨胀试验；6、岩石冻融试验；7、岩石单轴抗压强度试验，8、岩石压缩变形试验，9、岩石抗拉强度试验，10、岩石抗剪强度试验，11、岩石三轴压缩及变形试验，12、岩石弱面抗剪强度试验，13、岩石点载荷指数测定试验，14、岩石纵波速度测定试验，15、岩石力学伺服控制刚性试验；16、岩石声发射试验。 本指导书的内容主要参照水利水电工程岩石试验规程；水利电力工程岩石试验规程DLJ204-81，SLJ2-81；同时参考了国际岩石力学会岩石力学试验建议方法，中华人民共和国国家标准岩石试验方法标准以及露天采矿手册等，由于我们水平有限，文中如有不当之处，欢迎读者批评指正。 编者：王宝学、杨同、张磊

17、xx年12月 目录 岩石物理性质试验 . 1 一、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验 . 1 二、岩石比重试验 . 3 三、岩石密度试验 . 6 四、岩石耐崩解试验 . 10 五、岩石膨胀试验 . 12 六、岩石冻融试验 . 15 岩石力学性质试验 . 18 七、岩石单轴抗压强度试验 . 18 八、岩石压缩变形试验 . 20 九、岩石抗拉强度试验 . 24 十、岩石抗剪强度试验 . 27 十一、岩石三轴压缩及变形试验 . 29 十二、岩石弱面剪切强度试验 . 37 十三、点载荷指数的测定 . 40 十四、岩石纵波速度测定 . 42 十五、岩石力学伺服控制刚性试验 . 43 十六、岩石声发射

18、试验 . 46 岩石物理性质试验 一、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验 概述 岩石的天然含水率是指试样在大气压力和室温条件下，天然条件下岩石自身所含有的水的质量与试样固体质量比的百分率。 岩石吸水率是试样在大气压力和室温条件下，岩石吸入水的质量与试样固体质量比的百分率。本规程采用自由浸水方式求岩石吸水率。 岩石饱和吸水率，是试样在强制状态下，岩石的最大吸水质量与试样固体质量比的百分率。本规程采用煮沸法或真空抽气法求岩石饱和吸水率。 试样制备 规则试样的形态，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。 不规则试样采用边长46cm近似立方体的块体，凸出的边棱部分必须进行

19、处理；试样数量，每组取3个。 试样描述 岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小、胶结物质等特征。 节理裂隙的发育程度及其分布。 试样形态及缺角，掉棱角等现象。 主要仪器设备 钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。 烘箱和干燥器。 称量大于500g，感量为的天平。 真空抽气机和煮沸设备。 试验程序 岩石天然含水率试验 在天然状态下制备试件，清除试样上的尘土和松动颗粒，称其质量。 将试样置于烘箱中，在105110?C的温度下烘24h，取出后，即放入干燥器内，冷却至室温后称重。 岩石的吸水率及饱和吸水率 清除试样上的尘土和松动颗粒。 将试样置于烘箱中，在105110?C的温度下烘24h，取出后，即

20、放入干燥器内，冷却至室温后称重。 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1/2和3/4处，6h后全部浸没试样。 试样在水下自由吸水48h，取出后擦去表面水分，称重。 用煮沸法或真空抽气法对试样进行强制饱和。 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，煮沸时间不应少于6h。 采用真空抽气法饱和试样时，抽气的真空度须达到740mm以上的水银柱负压力，抽气时间不得少于4h，或者抽至不再发生气泡为止。 经过煮沸法或真空抽气的试样，应放置在原容器中冷却至室温或在正常压力下静置4h，然后擦去表面水分，称重。 成果整理和计算 按以下诸式计算岩石天然含水率、吸

21、水率、饱和吸水率和开型空隙率 ?o? ?a?mo?md?100 mdma?md?100 md ms?md?100 md?s? 式中： ；、 ?o、?a、?s岩石天然含水率、吸水率、饱和吸水率， mo、md、ma、ms岩石天然质量、烘干质量、浸水48h质量和强制饱和质量，； 计算值取小数点以后两位。 岩石力学实验指导书 王宝学 修订版杨 同 张 磊 北京科技大学 土木与环境工程学院 xx 年 3 月 编 前 言 试验是岩石力学课程教学的重要环节，目的在于辅助课堂教学，直观培养学生的知识结构和动手能力。本指导书是根据我校“xx年教学大纲”，并结合我校的实验条件而编写，主要内容有：1、岩石天然含水率

22、、吸水率及饱和吸水率试验；2、岩石比重试验；3、岩石密度试验；4、岩石耐崩解试验5、岩石膨胀试验；6、岩石冻融试验；7、岩石单轴抗压强度试验，8、岩石压缩变形试验，9、岩石抗拉强度试验，10、岩石抗剪强度试验，11、岩石三轴压缩及变形试验，12、岩石弱面抗剪强度试验，13、岩石点载荷指数测定试验，14、岩石纵波速度测定试验，15、岩石力学伺服控制刚性试验；16、岩石声发射试验。 本指导书的内容主要参照水利水电工程岩石试验规程；水利电力工程岩石试验规程DLJ204-81，SLJ2-81；同时参考了国际岩石力学会岩石力学试验建议方法，中华人民共和国国家标准岩石试验方法标准以及露天采矿手册等，由于我

23、们水平有限，文中如有不当之处，欢迎读者批评指正。 编者：王宝学、杨同、张磊 xx年12月 目录 岩石物理性质试验 . 1 一、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验 . 1 二、岩石比重试验 . 3 三、岩石密度试验 . 6 四、岩石耐崩解试验 . 10 五、岩石膨胀试验 . 12 六、岩石冻融试验 . 15 岩石力学性质试验 . 18 七、岩石单轴抗压强度试验 . 18 八、岩石压缩变形试验 . 20 九、岩石抗拉强度试验 . 24 十、岩石抗剪强度试验 . 27 十一、岩石三轴压缩及变形试验 . 29 十二、岩石弱面剪切强度试验 . 37 十三、点载荷指数的测定 . 40 十四、岩石纵波速度测定 . 42 十五、岩石力学伺服控制刚性试验 . 43 十六、岩石声发射试验 . 46 岩石物理性质试验 一、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验 概述 岩石的天然含水率是指试样在大气压力和室温条件下，天然条件下岩石自身所含有的水的质量与试样固体质量比的百分率。 岩石吸水率是试样在大气压力和室温条件下，岩石吸入水的质量与试样固体质量比的百分率。本规程采用自由浸水方式求岩石吸水率。 岩石饱和吸水率，是试样在强制状态下，岩石的最大吸水质量与试样固体质量比的百分率。本规程采用煮沸法或真空抽气法求岩石饱和吸水率。 试样制备 规则试样的形态，可以用圆柱体、立方体或方柱体，根据