岩石力学实验指导书

1、岩石力学实验指导书岩石力学实验指导书修订版修订版王宝学 杨 同 张 磊 编北京科技大学北京科技大学土木与土木与环环境工程学院境工程学院2008 年 3 月前前 言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“2005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(巴西法)，10、岩石抗剪强度试验(变角剪法)，11、岩石

2、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（SL264-2001） ；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2007 年 12 月目目 录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(颗粒密度

3、)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（巴西法）.24十、岩石抗剪强度试验(变角剪切).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 力 学 试 验 指 导 书1岩石物理性岩石物理性质试验质试验一、岩石天然含水率、吸水率及一、岩石天然含水率、吸水率及饱饱和吸水率和吸水率试

4、验试验1.1 概述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。1.2 试样试样制制备备（1）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。（2）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处理；试样数量，每组取 3 个。1.3

5、试样试样描述描述（1）岩石名称、颜色、结构、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。1.4 主要主要仪仪器器设备设备（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）真空抽气机和煮沸设备。1.5 试验试验程序程序1.5.1 岩石天然含水率试验岩石天然含水率试验（1）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。（2）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。岩 石 力 学 试 验 指

6、导 书21.5.2 岩石的吸水率及饱和吸水率岩石的吸水率及饱和吸水率（1）清除试样上的尘土和松动颗粒。（2）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。（3）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。（4）试样在水下自由吸水 48h，取出后擦去表面水分，称重。（5）用煮沸法或真空抽气法对试样进行强制饱和。（6）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。（7）采用真空抽气法饱和试样时，抽气的真空度须达到 740mm 以

7、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。（8）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。1.6 成果整理和成果整理和计计算算（1）按以下诸式计算岩石天然含水率、吸水率、饱和吸水率和开型空隙率 100ddoommm 100ddaammm100ddssmmm式中：、岩石天然含水率、吸水率、饱和吸水率， （） ；、 、oas、岩石天然质量、烘干质量、浸水 48h 质量和强制饱和质量，omdmamsm（g） ；（2）计算值取小数点以后两位。岩 石 力 学 试 验 指 导 书3表表 1-1 岩石天然含水率、吸水率和

8、饱和吸水率记录表岩石天然含水率、吸水率和饱和吸水率记录表工程名称 _ _ 岩石名称试样编号烘干质量（gdm）天然质量（g）om试 样全部浸水 48 小时后质量（g）am试样煮沸或真空抽气后质量（g）sm天然含水率（%o）吸水率（%）a饱 和吸 水 率（%s）备注班 级 组 别 日 期试验者 计算者 二、岩石比重二、岩石比重( (颗颗粒密度粒密度) )试验试验2.1 概述概述岩石比重试验是试样干重与同体积 4C 时的蒸馏水重量的比值（岩石颗粒密度是岩石固相物质的质量与体积的比值，在数值上与比重相同） 。本指导书主要介绍采用比重瓶法测定岩石比重。除含有水溶性矿物的岩石用煤油测定外，其余岩石均采用蒸

9、馏水测定，采用煤油测定时的方法与采用蒸馏水测定的方法一致。 2.2 试样试样制制备备（1）用于测定比重的试样需破碎成岩粉，使之全部通过 0.25mm 筛孔。（2）对于非磁性岩石，采用高强度耐磨的优质钢磨盘粉碎，并用磁铁块吸去铁屑。（3）对于磁性岩石，根据岩石的坚硬程度，分别采用磁研体或玛瑙研体粉碎样品。2.3 试样试样描述描述试样粉碎前的描述，包括：岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小和胶结物性质。2.4 主要主要仪仪器器设备设备（1）粉碎机，研体，孔径为 0.25mm 筛。岩 石 力 学 试 验 指 导 书4（2）称重为 200g，感量 0.001g 的天平。 （3）烘箱和干燥器。（4）

10、真空抽气机和煮沸设备。（5）恒温水槽和砂浴。（6）容积 100ml 或 50ml 的比重瓶。2.5 试验试验程序程序（1）将制备好的试样，置于 105110C 下烘 12h，然后放在干燥器内冷却至室温。（2）将比重瓶置于 105110C 下烘 12h，然后放在干燥器内冷却至室温。（3）将比重瓶编号，并称其质量。（4）用四分法取两个试样，每个试样 15g 左右（用 100ml 比重瓶）或 10g 左右（用50ml 比重瓶） 。（5）将取好的试样通过漏斗倒入编好号码的比重瓶内，然后称比重瓶和试样的质量。（6）向比重瓶内注入蒸馏水至比重瓶容积的一半处。（7）采用煮沸法或真空抽气法排除气体。（8）采用

11、煮沸法排除气体时，煮沸时间在加热沸腾以后，不得少于 1h。（9）采用真空抽气法排除气体时，抽气的真空度须达到 740mm 以上的水银柱负压力，抽气时间维持 12h，或抽至不再发生气泡为止。（10）不论采用煮沸法或真空抽气法排除试样气体时，均按同样的方法配制未放试样的蒸馏水。（11）试样排气之后，把煮沸或经真空抽气的蒸馏水注入比重瓶至近满，然后置于恒温水槽内，使瓶内温度保持稳定并使上部悬液澄清。（12）塞好瓶塞，使多余水分自瓶塞毛细孔中溢出，将瓶外擦干，称瓶、水、试样合重。（13）倒掉试液，洗净比重瓶。注入与（11）项中同温度的蒸馏水至满，按（11） 、（12）两款称瓶、水合重。（14）本试验称

12、重精度，要求准确至 0.001g。2.6 成果整理和成果整理和计计算算2.6.1 按下式计算岩石比重按下式计算岩石比重osssgggg21式中： 岩石比重；s岩 石 力 学 试 验 指 导 书5试样干重（g） ；sg瓶、水合重（g）;1g瓶、水、试样合重（g） ；2g与试验温度同温的蒸馏水的比重。o2.6.2 蒸馏水的比重，按下列方法求得：蒸馏水的比重，按下列方法求得：表表 2-1 t C 下蒸馏水的比重下蒸馏水的比重 0值值tC0tC0tC0tC0tC04100000011099963318099862325099707432099505450999992120999525190998433

13、26099681333099473160999968130999404200998232270996542340994399709999301409992712109980212809962623509940598099987615099912722099779929099597490999809160998970230997567300995676100999728170998802240997326310995369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。表表 2-2 岩岩 石石 比比 重重 试试 验验 记记 录录 表表试样编号瓶号瓶质量瓶+试样质量试样质量 (g)sg

14、瓶+水+试样质量 (g)2g瓶+水质量 (g)1g水温()蒸馏水的比重 o比重s班 级 组 别 日 期试验者 计算者 岩 石 力 学 试 验 指 导 书6三、岩石密度三、岩石密度试验试验3.1 概述概述岩石密度，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

15、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。3.2 试样试样制制备备3.2.1 量积法量积法（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。3.2.2 腊封法腊封法（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。3.3 试样试样描述描述（1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小、胶结物质等特征。（2）

16、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。3.4 主要主要仪仪器器设备设备3.4.1 量积法量积法（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。岩 石 力 学 试 验 指 导 书7（4）精度为 0.01mm 的测量平台或其他仪表。3.4.2 腊封法腊封法（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。3.5 试验试验程序程序3.5.1 量积法量积法（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

17、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 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。（4）本试验要求量测准确至 0.01mm，称重准确至 0.01g。3.5.2 腊封法腊封法（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

18、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。3.6 成果整理和成果整理和计计算算（1）用量积法测定试样密度，按下式计算HAmdd式中：岩石烘干密度（g/cm3） ；d试样烘干重量（g） ；dm平均面积（cm2） ；A平均高度（cm） 。H岩 石 力 学 试 验 指 导 书8（2）用腊封法测定试样容重，按下式计算：ndddmmmmm)()(121式中：岩石烘干密度（g/cm3） ；d试样烘干重量（g） ；dm蜡封试样在空气中重量（g） ；1m蜡封试样在水中重量（g） ；2m石蜡密度（g/cm3） （石蜡容重可用水中称重法测定，参见 11 节） 。n

19、（3）如需天然密度时，可按下式计算：)01. 01 (do式中：岩石天然密度（g/cm3）o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：100)1 (sdn式中：岩石总孔隙率（） ；n（5）计算值取小数点以后两位。岩 石 力 学 试 验 指 导 书9表表 3-1 密度试验记录表（量积法）密度试验记录表（量积法） 工程名称_试 样 尺 寸 （cm）直 径 或 边 长高 度岩石名称试 样编 号平均值平均值试样体积(cm3)烘干试 样重量（g）岩石 密度 (g/cm3)备 注班 级 组 别 日 期试验者 计算者 表表 3-2 密度试验记录表（腊封法）密度试验记录表（腊封

20、法） 工程名称_试样重量（g）封蜡试样重量（g）岩石名称试样编号天然含水状态烘干状态天然含水量(%)空气中水中蜡封试 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)备注班 级 组 别 日 期 试验者 计算者 岩 石 力 学 试 验 指 导 书10四、岩石耐崩解四、岩石耐崩解试验试验4.1 概述概述岩石耐崩解试验是测定试样在经过干燥和浸水两个标准循环后，试样残留的质量与原质量之比，以百分数表示。4.2 试样备试样备制制 （1）在现场采取保持天然含水量的试样并密封。（2）试样制成每块质量为 4060g 的浑圆形岩块，每组试验试样数量 10

21、个。4.3 试样试样描述描述岩石名称、颜色、矿物成分、结构、构造、风化程度、胶结物性质等。4.4 仪仪器器设备设备（1）烘箱及干燥器。（2）天平，称量大于 1000g，感量 0.01g。（3）耐崩解试验仪，见图 1（仪器主要由筛筒、水槽、马达三部分组成，筛筒是一个净长 100mm，直径 140mm，标准筛孔 2.0mm 的圆柱体，筛筒有足够的强度且耐温105C；水槽装有由水平轴支撑并能自由旋转的试验圆筒；马达传动能使圆筒按 20r/min的速度旋转） 。图图 1 岩石耐崩解试验装置示意图岩石耐崩解试验装置示意图4.5 试验试验程序程序（1）将试样装入试验仪的圆柱状筛筒内，在 105110C 的

22、温度下烘 24h 后，在干燥岩 石 力 学 试 验 指 导 书11器内冷却至室温。（2）将装有试样的圆柱状筛筒放在水槽上，向水槽内注入清水，使水位在转动轴下约 20mm，在 10min 内圆筒旋转 200 次。而后将筛筒和残留的试样在 105110C 的温度下烘 24h,在干燥器内冷却至室温称量。（3）重复第二款的程序，求得第二循环后的筛筒和残留物的质量。（4）必要时按第二款的程序进行五个循环。（5）试验过程中，水温应保持在 202C 范围内。（6）试验结束后，应对残留试样和水的颜色及水中沉积物进行描述。（7）本试验称量精确至 0.01g。4.6 试验试验成果整理成果整理（1）按下式计算岩石耐

23、崩解性指数1002drdmmI式中：岩石（二次循环）耐崩解性指数（%） ；2dI原试样烘干质量（g） ；dm残留试样烘干质量（g） 。rm（2）计算精确至 0.1%。（3）耐崩解试验的记录，应包括岩石名称、试样编号、试样描述、水的温度、试样试验前后的烘干质量。见表 4-1。表表 4-1 岩石耐崩解试验记录表岩石耐崩解试验记录表 工程名称_试样描述烘干质量（g）岩石名称试样编号循环次数试验前试验后试验前试验后水温（C）班 级 组 别 日期 试验者 计算者 岩 石 力 学 试 验 指 导 书12五、岩石膨五、岩石膨胀试验胀试验5.1 概述概述（1）岩石膨胀试验包括岩石自由膨胀率试验、岩石膨胀率试验

24、和岩石膨胀压力试验。（2）岩石自由膨胀率是不易崩解的岩石试样在浸水后产生的径向和轴向变形与试样的原直径和高度之比。以百分数表示。（3）岩石膨胀率是岩石试样在有侧限条件下，轴向受有限荷载时，浸水后产生的轴向变形与试样的原高度之比。以百分数表示。（4）岩石膨胀压力是岩石试样在浸水后保持原形体积不变所需要的压力。5.2 试样备试样备制制5.2.1 取样取样试样应在现场采取，并保持天然含水状态。严禁用爆破或湿钻法取样。5.2.2 试样尺寸试样尺寸（1）自由膨胀率试验的试样，圆柱形，直径 50mm 或 61.8mm，高等于直径；正方形试样的边长 5060mm，两端面不平行度不大于 0.05mm。（2）膨

25、胀率和膨胀压力试验的试样直径 61.8mm，高度 200.2mm，两端面不平行度不大于 0.05mm。5.2.3 其它要求其它要求（1）干法制样时，天然含水量的变化不得超过 1%。（2）每组试样的数量不得少于 3 件。5.3 试样试样描述描述（1）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、构造、风化程度、胶结物性质等。（2）膨胀变形和加载方向分别与层理、片理、节理裂隙之间的关系。（3）试样加工方法。5.4 仪仪器和器和设备设备（1）钻石机、切石机、磨石机。（2）测量平台。（3）膨胀试验仪（自由膨胀率仪如图 2、膨胀率仪、膨胀压力试验仪如图 3） 。岩 石 力 学 试 验 指 导 书13 图图 2 自由膨

26、胀试验装置示意图自由膨胀试验装置示意图 图图 3 膨胀压力试验装置示意图膨胀压力试验装置示意图5.5 试验试验程序程序5.5.1 自由膨胀率试验自由膨胀率试验1、仪器安装（1）将试样放入自由膨胀率仪内，在试样的上下分别放置透水板，顶部放置一块金属板。（2）在试样的上部和四侧对称的中心部位分别安装千分表，四侧千分表与试样接触处，宜放一块薄铜片。2、试验及稳定标准（1）读计千分表读数，每 10min 读计一次，直至三次读数不变。（2）缓慢的向盛水器内注入纯水，直至淹没上部透水板。（3）在第一小时内每隔 10min 测读变形一次，以后每隔 1h 测读变形一次，直至三次读数差不大于 0.001mm 为

27、止。浸水后试验时间不得少于 48h。（4）试验过程中，应保持水位不变。水温变化不得大于 2C。3、试验过程中及试验结束后，应详细描述试样的崩解、掉块、表面泥化或软化等现象。5.5.2 膨胀率试验膨胀率试验1、仪器安装（1）将试样放入涂有凡士林的金属套环内，在试样的上下分别放置薄型滤纸和透水板。（2）顶部放置固定金属荷载块并安装垂直千分表。2、试验及稳定标准同 5.5.1 中的第 2 条。3、试验结束后应详细描述试样的泥化或软化等现象。岩 石 力 学 试 验 指 导 书145.5.3 膨胀压力试验膨胀压力试验1、仪器安装（1）将试样放入涂有凡士林的金属套环内，在试样的上下分别放置薄型滤纸和金属透

28、水板，其上放置金属压板。（2）安装压力传感器，并装上中心杠杆千分表。（3）应使仪器各部位和试样在同一轴线上，不得出现偏心荷载。2、试验及稳定标准（1）对试样施加 0.01MPa 的压力，测千分表的读数，每 10min 读数一次，直至三次读数值不变，并记录千分表读数。（2）缓慢的向盛水器内注入纯水，直至淹没上部透水板。观测中心杠杆千分表的变化，当变形量大于 0.001mm 时，调节所施加的压力，保持中心杠杆千分表读数值在整个试验过程中始终不变。（3）稳定标准为：开始每隔 10min 读数一次，连续三次读数差小于 0.001mm 时，改为每 1h 读数一次，当每 1h 读数连续三次读数差小于 0.

29、001mm 时，可改为每 2h 读数一次，当连续三次读数差小于 0.001mm 时，可认为稳定，浸水后总试验时间不得少于 48h。（4）试验过程中，应保持水位不变。水温变化不得大于 2C。3、同 5.5.2 中的第 3 条。5.6 试验试验成果整理成果整理（1）按下式计算岩石自由膨胀率、膨胀率、膨胀压力100hhVh100ddVd100hhVphpAFPs式中： 岩石轴向自由膨胀率（%） ；hV岩石径向自由膨胀率（%） ；dV岩石侧向约束轴向膨胀率（%） ；hpV岩 石 力 学 试 验 指 导 书15岩石膨胀压力（MPa） ；sP试样轴向变形(mm)；h试样原高度(mm)；h试样径向平均变形(

30、mm)；d试样原平均直径或边长(mm)；d侧向约束试样轴向变形（mm） ；ph轴向膨胀力（N） ；F试样截面积（mm2） 。A（2）计算值取三位有效数字。（3）膨胀性试验的记录应包括：工程名称、试样编号、试样描述、试样尺寸、温度。（4）此外还应包括：自由膨胀率试验的记录还应包括试验的时间、轴向与径向变形；膨胀率试验的记录还应包括试验的时间、轴向变形；膨胀力试验的记录还应包括试验的时间、轴向变形，应变仪读数及压力传感器率定系数。六、岩石六、岩石冻冻融融试验试验6.1 概述概述岩石的冻融试验是指岩石在25的温度区间内，反复降温、冻结、升温、融解，其抗压强度有所下降，岩石试件冻融前的抗压强度与冻融后

31、的抗压强度的比值，即为抗冻系数。6.2 试样试样制制备备（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

32、0.25 度。6.3 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。岩 石 力 学 试 验 指 导 书16（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。6.4 主要主要仪仪器器设备设备（1）钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。（2）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。（3）低温试验箱。6.5 试验试验程序程序（1）岩石试件的干燥、吸水、饱和处理应符合 1.5.2 条款规定。（2）取三块饱和试件

33、进行冻融前的单轴抗压强度试验。（3）将另外三块试件放入铁皮盒内，一起放入低温试验箱中，在-202温度下冷冻 4h，然后取出铁皮盒，望盒内注入水浸没试件，水温应保持在 202，融解 4h，即为一个循环。（4）根据工程需要确定冻融的次数，以 20 次为宜，严寒地区不少于 25 次。（5）冻融结束后，从水中取出岩石试件，擦开表面水分并称量，进行单轴抗压强度试验。6.6 成果整理和成果整理和计计算算（1）冻融质量损失率、冻融系数计算公式：100sfsfmmmLAPRssAPRffsffRRK式中：冻融质量损失率， （%） ；fL岩 石 力 学 试 验 指 导 书17冻融前的饱和单轴抗压强度， （MPa

34、）;sR冻融后的饱和单轴抗压强度， （MPa）;fR冻融系数；fK冻融试验前试件的饱和质量， （g） ；sm冻融试验后试件的饱和质量， （g） ；fm冻融前饱和试件破坏载荷， （N） ；sP冻融后饱和试件破坏载荷， （N） ；fP冻融试验后饱和单轴抗压强度， （MPa） ；fR冻融试验前饱和单轴抗压强度， （MPa） ；sR（2）计算结果保留三位有效数字。（3）试验记录应包括工程名称、岩石名称、取样地点、试验人员、试验日期等信息。岩 石 力 学 试 验 指 导 书18岩石力学性岩石力学性质试验质试验七、岩石七、岩石单轴单轴抗抗压强压强度度试验试验7.1 概述概述当无侧限岩石试样在纵向压力作用下

35、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 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。7.2 试样备试样备制制（1）试样可用钻孔岩芯或坑、槽

36、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。7.3 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

37、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。7.4 主要主要仪仪器器设备设备7.4.1 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。7.4.2 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。岩 石 力 学 试 验 指 导 书197.4.3 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

38、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。7.5 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，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。7.6 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

39、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 7-1 记录。岩 石 力 学 试 验 指 导 书20表表 7-1 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 八、岩石八、岩石压缩变压缩变形形试验试验8.1 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

40、，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。8.2 试样备试样备制制试样备制方法和精度要求见 7.2。岩 石 力 学 试 验 指 导 书218.3 试样试样描述描述试样描述见 7.3。8.4 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

41、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8.5 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。

42、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多一些，通常不少于 10 组数据。岩 石 力 学 试 验 指 导 书22（6）描述试样的破坏形式，并记下

43、与试验有关的的情况。试验记录格式见表 8-1。8.6 试验试验成果整理和成果整理和计计算算8.6.1 计算各级应力下的应变值计算各级应力下的应变值（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岩 石 力 学 试 验 指 导 书238.6.2 计算弹性模量和泊松比计算弹性模量和泊松比（1）在纵向应变曲线上，

44、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） 。505050hE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。50h8.6.3 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垂直于加载方向的试样横截面积（mm2） 。A8.6.4

45、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。岩 石 力 学 试 验 指 导 书24表表 8-1 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） = 50E（MPa） 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 九、岩石抗拉九、岩石抗拉强强度度试验试验（巴西法）（巴西法）9.1 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

46、干、自然干燥、饱和的试样。本方法不适用于软弱岩石。9.2 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 0.25

47、度。岩 石 力 学 试 验 指 导 书259.3 试样试样描述描述试样描述同 7.39.4 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

48、板直接接触。三种方法相比，最后一种比较简单所以用的较广泛。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9.5 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。半球座上加载鄂试件下加载鄂岩 石 力 学 试 验 指 导 书26表表 9-1 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 (

49、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 9.6 成果整理和成果整理和计计算算（1）按下式计算岩石的抗拉强度DHPt2式中：岩石的抗拉强度（MPa） ；t试样破坏时的最大载荷（N） ；P试样直径(mm)；D试样厚度(mm)。H计算值取至小数点以后一位。岩 石 力 学 试 验 指 导 书27十、岩石抗剪十、岩石抗剪强强度度试验试验( (变变角剪切角剪切) )10.1 概述概述标准岩石试样在有正应力的条件下，剪切面受剪力作用而使试样剪断破坏时的剪力与剪断面积之比，称为岩石试样的抗剪强度。利用几个不同角度的抗剪夹具

50、做试验，得出试样沿剪断面破坏的正应力和剪应力之间的关系，以确定岩石抗剪强度曲线的一部分。10.2 试样备试样备制制试样为 505050mm 或 707070mm 的立方体，误差小于 0.20.3mm，试样各端面严格平行，不平行度小于 0.07mm，四面凸起小于 0.03mm。每组试验至少 3 个角度，每个剪切角度的试样数目应不少于 23 个，所以一组试验的试样数目至少应有 69 个以上。 图图 8 岩石变角剪示意图岩石变角剪示意图 图图 9 岩石变角剪加载示意图岩石变角剪加载示意图10.3 试验设备试验设备、用具、用具压力试验机，抗剪夹具（20、30、40三个） ，卡尺及其它辅助设备。10.4

51、 试验试验程序程序（1）描述试样的颜色、颗粒、层理方向、加工精度等情况，在试样上划出剪切线。（2）用游标卡尺量测试样的高、宽、长的尺寸，精确到 0.05mm，并计算剪切面的面积。（3）把试样和抗剪夹具一起放在压力试验机的承压板上，夹具与垫板之间放滚轴以消除摩擦力，试样和抗剪夹具周围放防护罩。（4）以每秒 0.51.0MPa 的速度加载，直到试样剪断为止，记录下破坏时的载荷，格式见表 10-1。（5）按 20、30、45 不同夹具，分别逐个进行试验，每个角度做 3 件。岩 石 力 学 试 验 指 导 书2810.5 试验试验成果整理和成果整理和计计算算（1）试样受力状态如图 8、9 所示，根据下

52、式计算试样所受的正应力和剪应力。sinAPcosAP式中：抗剪断面上平均正应力（Mpa） ；抗剪断面上平均剪应力（MPa） ；抗剪夹具的角度（剪力与竖直方向） （度） ；试样破坏时的载荷（N） ；P剪断面积（mm2） 。A（2）绘制岩石抗剪强度曲线图。通过改变夹具的剪切角剪切试样，对于每一个角度可以确定试样的一对剪应力、正应力值，把这些值标在坐标图中，连接求得的各点，即可得到如图 10 所示的岩石抗剪强度曲线。图图 10 岩石抗剪强度部分曲线图岩石抗剪强度部分曲线图岩 石 力 学 试 验 指 导 书29表表 10-1 岩石抗剪强度试验记录表岩石抗剪强度试验记录表试 样 尺 寸岩 石名 称试 样

53、编 号岩 石特 征长 (mm)宽 (mm)高 (mm)面积(mm2)夹具 角度破坏载荷 （N）剪应力(MPa)正应力(MPa)备 注试 样 描 述班 级 组 别 日期 试验者 计算者 十一、岩石三十一、岩石三轴压缩轴压缩及及变变形形试验试验11.1 概述概述岩石三轴试验，是在三向应力状态下测定岩石的强度和变形的一种方法。本指导书介绍的是侧向等压的三轴试验。本规定可用于测定烘干和饱和状态的的试样，试样的含水状态用以下方法处理：（1）烘干状态的试样，在 105110C 下烘 24h。（2）饱和状态的试样，按 7.1 规定的进行饱和。为了便于资料分析，在进行三轴试验的同时，应制样测定岩石的抗拉强度和

54、单轴抗压强度。11.2 试样备试样备制制（1）试样可用钻孔岩心或坑槽探中采取的岩块，试样备制中不允许人为裂隙出现。（2）试样为圆柱体，直径不小于 5cm，高度为直径的 22.5 倍。试样的大小可根据三轴试验机的性能和试验研究要求选择。（3）试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，每种情况下必须制备 57 个。（4）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。两端面的不岩 石 力 学 试 验 指 导 书30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。11.3 试样试样描述描述试样描述见 7.3。11.4 主要主要仪仪器器设备设备（1

55、）试样加工设备，量测工具与有关检查仪器见 7.4.1，7.4.2。（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它仪表。（4）三轴应力试验机（见图 11） 。图 11 TYS-500 岩石三轴试验机三轴试验机加载架三轴压力室轴向应力控制台侧向应力控制台岩 石 力 学 试 验 指 导 书3111.5 试验试验程序程序11.5.1 试样的防油处理试样的防油处理首先在准备好的试样表面上涂上薄层胶液（如聚乙烯醇缩醛胶等） ，待胶液凝固后，再在试样上套上耐油的薄橡皮保护套或塑料套，与

56、试样两端的密封件配合，以防止试样试验中进油及试样破坏后碎屑落入压力室。11.5.2 安装试样安装试样把密封好的试样放置于保护筒中，将压力室顶部的螺旋压帽组件卸下并吊装在横梁上升起，然后将放置于保护筒中的试样，用卡杆吊放入三轴试验机的压力室内。保护筒的下端有一凸出的球柱，此时要注意使球柱对准压力室底部中心的圆销孔，并放置平稳。试样在压力室中安置好后，即可向压力室内注油，直至油液达到预定的位置为止，然后用螺旋压帽组件封闭压力室。11.5.3 安装测量变形仪表安装测量变形仪表（1）用测微表或位移传感器适用于测定试样的纵向变形，测表可按装在压力室顶部，三轴试验机压力室构件的变形，应在试验前率定，在计算

57、变形时予以扣除。（2）用电阻应变仪可测定试样的纵向和横向应变。试验前在试样上贴上电阻应变片，将试样上焊接好的导线从压力室的导线孔中引出，与应变仪连接。图图 12 三轴试件示意图三轴试件示意图岩 石 力 学 试 验 指 导 书3211.5.4 侧向应力选择侧向应力选择须考虑下述条件：（1）所选定的侧向应力须使所求的莫尔包络线能明显的反映出所需要的应力区。 （工程试验中，岩样所在位置的侧向应力一般由实测而确定，也可由计算而给出） 。（2）应适当地照顾到莫尔包络线的各个阶段。（3）最小侧压力的选定，应考虑试验机的精度。11.5.5 选择轴向载荷量程选择轴向载荷量程根据已选定的侧向应力值，按下述经验公

58、式选择轴向载荷量程：AkPc)(3max式中： 可能的轴向破坏载荷（N） ；maxP试样的单轴抗压强度（MPa） ；c侧向应力（MPa） ；3系数，其值为 47；k试样的横截面积（mm2） 。A11.5.6 加载速度加载速度试验时，先施加侧向压力到预定值，其加载速度宜控制在每秒 0.05MPa 左右，以保持侧向压力稳定性，整个试验过程中侧向压力的变化范围不得超过预定值的 2%，然后以每秒 0.81.0MPa 的加载速度施加轴向荷载，直至破坏，并记录破坏时的最大载荷及相应的侧向压力值。11.5.7 变形记录变形记录在施加轴向荷载的过程中，同步记录下各级应力下的纵向和横向应变（采用电阻应变仪）或纵

59、向变形值（采用测微表） 。为了绘制应力应变曲线（如图 15） ，测点应尽量多一些，一个试样通常不少于 10 组测值，记录表格见表 11-1。11.5.8 破裂形式描述破裂形式描述试验结束后，取出试样，进行破坏形式描述。岩 石 力 学 试 验 指 导 书3311.6 成果整理和成果整理和计计算算11.6.1 计算不同侧向应力下的轴向应力值计算不同侧向应力下的轴向应力值AP1式中：不同侧向应力时的轴向应力值（MPa） ；1轴向破坏载荷（N） ；P试样的横截面积（mm2） 。A11.6.2 根据轴向应力根据轴向应力 1和侧向应力和侧向应力 3求岩石的内摩擦角求岩石的内摩擦角 和粘聚力和粘聚力 C05

60、010015020025030035002040603(MPa)1(MPa)图图 13 最佳关系曲线最佳关系曲线13岩 石 力 学 试 验 指 导 书3402550751001251501752000255075100125150175200225250(MPa)(MPa)图图 14 莫尔应力圆莫尔应力圆（1）以为纵坐标，为横坐标绘制最佳关系曲线（直线） ，如图 13 所示，1313按下式直接求，值：Ccos2sin1cC11arcsinkk式中：岩石的粘聚力（MPa） ；C 岩石的内摩擦角（度） ；最佳关系曲线纵坐标的应力截距（MPa） ；c13最佳关系曲线的斜率。k13（2）在最佳关系曲线