岩体力学试验指导书

岩石力学试验指导书王生编写吉林大学2023518日目 录前言 1试验一试验二试验三试验四试验五六七

岩石抗压强度试验 2岩石变形〔弹性模量与泊松比〕试验 6岩石抗拉强度试验 12岩石抗剪断强度试验 16岩石三轴剪切强度试验 21试验报告的根本要求 25问答思考题 2610前 言容也是本学期重要的教学环节之一。它不仅是消化和稳固课堂讲授内容的有效途径，也是以后工作中、工程上常遇见的重要指标。重要的实际意义。目前，随着国民经济的迅猛进展，建筑工程日趋大型化，地基根底埋深不断增露天开采、石油、冶金、矿山开采、竖井及巷道、筑路、架桥、水利水电、交通运输、山体边坡、水库坝基、工业与民用建筑和国防建设的需要，对地表及深部的基岩性质作全面的了解，尤其是近些年建筑石材的开发和利用，都需要有室内试验，供给试验数据，供设计部门、生产单位合理利用。试验工作根底，岩石抗压、抗拉、抗剪断、岩石三轴试验是岩石力学性质的主要组成局部。〔弯〕强度，肖氏硬度、光泽度为重要指标。本学期岩石力学试验课有五个试验内容：一、 岩石单轴抗压强度试验：R；二、 岩石变形〔弹模和泊松比〕试验：E、μ；三、 岩石抗拉强度试验：σt；四、 岩石抗剪断试验：c、υ；五、 岩石三轴试验：、υ；试验一 岩石单轴抗压强度试验〔一〕目的与意义本试验的目的是测定岩石受压破坏时的极限应力值〔二〕定义R表示。特性有着亲热关系。件的形态、径高比、加工精度及加荷速率等，对试验结果也有很大影响。〔三〕根本原理岩石单轴抗压强度的测定，一般承受直接压坏标准试件的方法，常与岩石静力变形摸量试验同步进展。〔四〕设备与材料岩石抗压强度试验必需加工标准的规格试件〔1〕〔2〕〔3〕岩石磨石机；〔4〕〔5〕〔6〕金刚石钻头。〔1WE-10B〔22023kN液压式压力试验机；〔1〕2〔2〕低温抗磨46#〔3〕记号笔；〔4〕〔5〕5.00×10.00cm〔6〕〔五〕影响抗压强度因素有内在因素〔1反之，岩石中云母、高岭石、蒙脱石、绿泥石、滑石含量越多，强度越低。、构造：同种岩石，细粒构造比粗粒构造的岩石强度高。、岩石随含水量增加，强度降低。、垂直层理受力比平层理受力强度高。、胶结物：硅质胶结强度最高，依次铁质、钙质，泥质胶结最差。、风化程度：弱风化强度高，全风化强度低。外界因素、试件形态，包括试件的相对尺寸、断面、外形以及径高比、加荷速率等。试件有圆柱形、正方形、立方形，在这几种外形中，圆柱体较好，应力分布是柱体试件。、样品的强度通常是随着尺寸增大而减小。国际岩石力学学会对试验室试岩心直径Φ50mm、依据国内外众多学者在各种不同条件下试验争论证明，当径高比大于1Φ/H1:2.5－3.0的样品进展抗压强度试验。我国不管圆柱体或立方体，试件高度与直径之比宜为2.01:1。、岩石抗压强度是随着加荷速率增快，强度增高。对静力而言，加荷速0.5－1Mpa，〔六〕操作步骤35%，取其平均值。1〔1〕圆柱体试件直径Φ48~54mm100mm；50mm100mm；。2．精度：0.05mm；0.3mm；、端面应垂直试件轴，最大偏差不超过0.25度。2%的游标卡尺量测尺寸，然后进展描述：颜色、矿物含量、构造0.5MPa的加荷速率进展加压，直至试件破坏。记录试样极限破坏荷载〔k。〔七〕资料整理抗压强度资料整理：RP×10 〔1-1〕AR——岩石抗压强度MPa；P——最大破坏荷载NkN；A——试件横断面积cm2。〔八〕破坏类型，破坏后描述，画素描图：1、对顶锥型〔1-：效应使试件中部产生了轴向裂纹。2、张裂型〔1-：主要受微构造面、层理、片状矿物以及削减端部摩擦力所致的类型。3、斜剪型〔主要由构造面和试件不平所致。4、破坏类型见中国主要岩石矿石声学及力学特性。留意事项：1、不要任凭乱动仪器设备，以防试验失败；PPP2、远离试件，防止试件破坏时岩石飞溅，发生意外事故。PPP图1-1 对顶锥型 图1-2劈裂型 图1-3斜剪型〔九〕问答思考题：一〕岩石抗压强度试验，必需加工规章试件：加工样品的精度有几条，其内容是什么？软化系数的定义是什么？抗压强度试验加荷速率是多少？试件破坏后，大致有几中类型？都有什么类型？国际岩石力学学会推举的径高比是多少？影响抗压强度因素有那些，其主要内容是什么？GB抗压强度试验应留意什么？我国哪个行业规定的径高比与国际不全都？参考文献：GB/T50266-99工程岩体试验方法标准，P15。中国打算出版社。DY-16P84。地质出版社。大理石资源地质工作暂行要求及参考资料，国家建筑材料工业局地质公司。吉林大学建设工程学院岩石抗压强度试验记录表送样单位 工程名称试样岩石编号名称

试 件 规 格长宽长宽高〔厘米〕〔厘米〕〔厘米〕〔厘米2〕

破坏 抗压强〔MPa〕R=P/A×10荷载〔kN〕单值 平均值

试样描述试验前后描述：试验： 计算： 校 核：试验日期 年 月 日试验二 岩石变形试验〔弹性模量及泊松比〕〔一〕目的与意义本试验的目的是测定规章外形的岩石试样在单轴压力作用E表示，泊松比用μ表示。目前在工程实践中，弹性模量和泊松比是最常用的岩石变形指标。割线模量〕作为统一衡量岩石变形性质的指标。〔二〕定义是岩石在无侧压条件下压应力增量与弹性应变增量的比值。泊松比：在压缩或拉伸条件下，横向应变与纵向应变之比，也就是岩石在允许〔三〕根本原理也发生了变化〔拉长或缩短量——变形转化成电量〔电阻值的变化A/D换，就可以直接读出应变值。0.2〔四〕测试方法位差传感器法，静态电阻应变仪法。变片。变形试验都承受此法。〔五〕设备与材料岩石变形试验必需加工标准的规格试件。〔1〕〔2〕〔3〕岩石磨平机；〔1WE-10B〔22023kN液压式压力试验机；〔3〕XL2023B5 〔4〕直流单臂电桥。3．工 具〔1〕游标卡尺精度2〔2〕电烙铁〔3〕电笔〔4〕镊子；〔5〕〔6〕〔7〕〔8〕荷重传感器。材 料〔1〕低温抗磨46#液压油〔2〕金刚石锯片〔3〕焊锡，焊油；〔4〕标准试件，Φ5.00×10.00cm〔5〕〔6〕三角板；〔7〕〔8〕〔9〕〔10〕鱼嘴夹；〔11〕〔12〕502〔13〕〔14〕粗细砂纸；〔15〕〔16〕〔17〕〔18〕洗涤灵；〔19〕〔20〕金刚砂磨料〔21〕金刚石钻头〔22〕记号笔；〔23〕〔24〕〔25〕电线。〔六〕操作步骤35%，取其平均值。测变形样品需用细砂纸，打光外表，用汽油、酒精或丙酮擦拭干净，再用脱脂线，进展试验。〔1〕圆柱体试件直径Φ48~54mm100mm；〔2〕50mm100mm；〔3〕试件直径与高度，或边长之比为1：2.00~2.50。2．试件加工精度：、两端面的平行度最大误差不超过0.05mm；、在试件整个高度上，直径误差不超过0.3mm；、端面应垂直试件轴，最大偏差不超过0.25度。3．试样描述：描述内容包括岩石名称、颜色、矿物成分、构造、构造、风化程度、胶结物、微裂隙发育状况及其主应力间的关系和含水状态等。电阻片的粘贴和防潮处理。10倍，同一试件的工作片和补偿片的电阻值差不超过±0.2Ω。2个，沿圆周等距离分布；贴片前，用零号砂纸打磨试样外表，并用酒精擦洗干净。样，需承受防潮胶液，并作防潮处理。0.5Ω。安点接线：，按半桥联线方式将导线与电阻应变仪接线箱连接。施加荷载：50%；在施加荷载的过程中，记录各级应力下的轴向和横向应变值。每个电阻片测得的应10〔七〕资料整理1、按下式计算应力值：

P×10 〔2-1〕A式中：——压应力值MPa；P——施加垂直荷载NkN;A——试件面积cm2。2、计算纵向应变和横向应变值3体积模量：材料受外加正应力与相应的体积应变的比值。体积应变按下式计算： 2 〔2-2〕v a e——某一应力积应变；v ——某一应力下纵向应变；a——某一应力下横向应变。e按下式计算弹性模量和泊松比：E

50 〔2-3〕a50e50 〔2-4〕a50式中：E ——弹性模量GPa； 50％时的纵向应变；a50 50％时的横向应变。e502-1应力－应变关系曲线(八)留意事项：由于绘制应力——应变曲线，变形试验读数不少于10个点。依据应力——应变数据绘制三条曲线：a，e，v。0.50.18－0.35之间。〔九〕问答思考题：一〕岩石弹性模量与泊松比试验：弹性模量与泊松比的定义是什么？变形试验有几种方法？简要说明各种方法的优缺点？静态电阻应变仪精度是多少？测变形需要多少个测点，为什么？的多少倍？泊松比一般在什么区间？不大于多少？变形试验有几条曲线？都是什么曲线？参考文献：工程岩体试验方法标准，P15。中国打算出版社。DY-17P89。地质出版社。大理石资源地质工作暂行要求及参考资料，国家建筑材料工业局地质公司。吉林大学建设工程学院岩石弹性模量、泊松比试验记录表送样单位 试件编号工程名称 试件尺寸加荷级加荷级1荷重kN应力MPa纵向应变值106横向应变值10612+/2123备注43+/24234567891011121314试样前后描述：计算：Es50=μ=平均值：Es50=μ=试验者： 计算者： 校核者：试验日期 年 月 日试验三岩石抗拉强度试验〔一〕目的与意义岩石抗拉试验是在试件直径或边长方向上施加一对线形荷载，使试件沿直径或边长方向破坏，间接测定岩石的抗拉强度。〔二〕定义：抗拉强度：是指岩石受拉时，受拉面上的极限拉应力值，用 表示。t机制具有重要意义，同时，也是评价岩体稳定性不行缺少的重要指标。顶板和底板拉伸状态破坏，是一种重要的现象。因此，具体争论岩石的抗拉强度是格外必要的。〔三〕根本原理性理论求其抗拉强度。生垂直于荷载作用线的张应力。〔四〕设备与材料试验设备：〔1〕2023kN〔2〕100kN液压式万能材料试验机；〔3〕〔4〕〔5〕岩石磨平机；2〔1〕〔2〕〔〕〔4〕〔5〕电笔，〔6〕〔7〕〔8〕〔9〕〔10〕记录表格，。〔五〕方法：1、 直接拉伸法是将试件夹持住，然后平行试件，直接施加轴向拉伸，直至P试件破坏，求得岩石极限抗拉强度，tA10。于夹持，需要特地制备试件〔用于金属外形的试件。南非国立工程力学争论所，岩石力学部承受以上方法，但制备这种试件是格外不简洁的。者争论了用高强度粘接剂将金属拉环粘接在样品两端，待固化后直接拉伸。这种方法可以承受圆柱形和方柱形，直接测定岩石抗拉强度，它适用于中等硬落，要争论出足够强度的粘接剂也有确定限度。因此，为了测定岩石抗拉强度，不少专家争论出了很多间接方法。2、间接方法线荷载或者说条形荷载。NX54mm岩心直径，作为巴西试验允许的最小尺寸。国土资源部岩石物理、力学性质试验规程之规定，地发[1986]760号。但操作较简洁，试验技术难以解决，本规章暂未列入此法。后者假定岩石为弹性介质，应用弹性理论间接测定。比用其他方法简便，测定结果也比较稳定。目前：我国地质、煤田、水电等部门均承受此法，测定岩石抗拉强度。用劈裂板法测定岩石抗拉强度值，取决于试件外形和加荷条件的某种函寸的不同而有所差异。不同规程对垫条材料、尺寸有不同的规定。2mm钢丝垫条。对于软岩，由于垫条选择不多，往往会使垫条压入试样，难以取得满足结果。选用何种垫条，需连续争论、积存资料。关于试件尺寸和外形，国内尚无统一规程。劈裂板法测定岩石抗拉强度面试样作为标准试样，但也允许承受正方形断面试样。测定岩石层面的抗拉强度时，不要将垫条放在层面上，应放在层面的侧进展而发生，而且也可随接触的小锥体的形成而发生。〔六〕操作步骤：取Φ50×H50mm50×50×50mm，同种岩性，每组试件3块取其平均值。加工精度，测量试件尺寸：尺寸：圆柱体试件直径Φ48~54mm50mm。50×50×50mm。2〕精度：0.05mm；0.3mm；端面应垂直试件轴，最大偏差不超过0.25度。将试件用特种铅笔画出中心线，将试件中心线对准劈裂板上下压条，使之重合。0.3－0.5Mpa〔七〕资料整理：

2P

P0.6366

〔3-2〕t DL DL式中：t——岩石抗拉强度MPa；P——试件破坏时极限荷载NkN；D——试件直径或边长cm；L——试件长度或高度cm。〔八〕问答思考题：一〕岩石抗拉强度试验：抗拉强度有几种方法，都是什么方法？间接方法有几种，是什么方法？劈裂板法还叫什么方法？次方法由哪个国家或地区得名而来？直接法与间接法计算公式有何不同？抗拉强度加荷速率是多少？国土资源部760号文件规定垫条尺寸为多少？国际规定同种岩石几块为一组？国际规定的径高比是多少？抗拉强度的定义是什么？参考文献：工程岩体试验方法标准，P20。中国打算出版社。［1986760DY-18P104地质出版社。吉林大学建设工程学院岩石抗拉强度试验记录表试样岩石试样岩石试件规格破坏〔MPa〕2P/DL10荷载 试样描述编号名称长宽高面积单值平均值〔厘米〕〔厘米〕〔厘米〕〔厘米2〔kN〕〕试验前后描述：试验前后描述：试验前后描述：试验前后描述：试验前后描述：试验： 计算： 校 核：试验日期 年 月 日试验四岩石抗剪强度试验〔一〕目的与意义绘制的曲线及库仑定律得出抗剪强度指标c,值。〔一〕定义抗剪强度是指岩石受剪切破坏时，剪切面上的极限应力值。建议承受此法。c,值两个重要指标，对采矿中的井巷、稳定计算、回采工作面上的〔二〕根本原理应力绘出抗剪强度曲线得出c,值。〔四〕设备与材料〔1〕〔2〕〔3〕岩石钻样机；岩石切样机〔5〕岩石磨平机；〔1〕剪切套〔2〕活扳子〔3〕钳子〔4〕螺丝刀〔5〕电笔〔6〕液压油〔7〕游标卡尺〔8〕记号笔〔9〕三角尺〔10〕记录表格〔1〕50×50mm〔12〕胶布〔13〕内六角扳手等。〔五〕方法岩石剪切方法很多，大致可分为以下几种：1、剪切面上不加正应力的各种试验：如单面剪切、双面剪切、穿孔试验。度，只是c4-14-2图4-1岩石抗切试验图 图4-2岩石抗切曲线图4-3岩石抗摩擦曲线 图4-4岩石抗剪断曲线〔τ-σ关系图〕2、剪切面上施加正应力的各种试验：如单面剪、直剪、变角剪、中型剪、大面积剪切、原位剪切、三轴剪切试验等。抗摩擦试验：是指在确定垂直荷重条件下，两块一样或不同岩石试件接4-3抗剪断试验〔变角板法4-4分散力和摩擦力。试验的目的，在于确定岩石剪断破坏时作用在剪切面上的正应力与剪切力之间的关系曲线，并由该曲线的斜率在轴上的截距，得到岩石剪断破坏时的两个重要参数c,值。5块。另一方面试样的放置角度。有些资料认为以30度－70度为好。放置角度小于705同的剪应力和法向应力数据，从而绘制－曲线。直剪试验：见图4-4的法向应力，然后再施加剪应力，直至试件破坏。加工精度，测量试件尺寸：1〕〔1〕圆柱体试件直径Φ48~54mm50mm.立方体试件边长为50×50×50mm。试件高度与直径，或边长之比为1：1。2〕〔1〕在试件整个高度上，直径误差不超过0.30mm；端面应垂直试件轴，最大偏差不超过0.25度。5块。〔六〕资料整理：变角板法资料整理〔略〕按下式计算直剪试验正应力和剪应力：Q10 〔4-1〕AP10 〔4-2〕A式中：——作用于剪切面上的剪应力MPa；——作用于剪切面上的法向应力MPa；Q——作用于剪切面上的剪切荷载NkN；P——作用于剪切面上的法向荷载NkN；A——试件剪切面积cm2。也费材料和时间。3倍。依据岩石抗压强度和岩石抗拉强度两个不同的应力圆在τ轴上的截距，即可得到c,值，是在没有样品状况下〔没有抗剪强度资料供给时，利用R和 的莫尔圆t确定抗剪强度，此方法供参考。4-5岩石抗压强度与岩石抗拉强度关系曲线〔七〕问答思考题：抗剪强度的定义是什么？抗剪强度的测定有几种方法？都是什么方法？变角板法试验应当留意什么问题？直剪试验需施加几个方向的力？先后挨次如何施加？国际规定剪切试验样品应不少于几块？尺寸是多少？剪切试验用不用绘制曲线？如何绘，叫什么曲线？参考文献：GB/T50266-99工程岩体试验方法标准，P21。中国打算出版社。中华人民共和国国土资源部，地发［ 1986］760号岩石物理性质试验规程DY-20P117，地质出版社。大理石资源地质暂行要求及参考资料，国家建筑材料工业局地质公司。吉林大学建设工程学院岩石直剪试验记录表托付单位 工程名称试样岩石

剪切垂直法向应力 水平 剪切应力编号名称

面积荷载P/A10 荷载 Q/A10长度

试样描述cm cm

Acm2 P(kN) 〔MPa〕

(MPa)试样描述试验： 计算： 校 核：试验日期 年 月 日试验五岩石三轴剪切强度试验〔一〕目的与意义拉，抗压试验结果，确定岩石的极限应力圆包络线〔强度包络线。〔二〕定义是指岩石在三向应力作用下，抵抗破坏的力气。c和内摩擦系数。〔三〕根本原理岩石室内三轴试验是在三向应力状态下测定和争论岩石试件强度及变形特征的一种室内试验。本试验是在 条件下进展的，即为常规三轴试验。3 1〔三〕设备与材料〔1〕〔2〕〔3〕油泵；〔5〕〔6〕岩石磨平机〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕三角尺；〔5〕〔6〕〔7〕〔8〕记号笔；〔9〕〔10〕〔1〕50×100mm；〔12〕〔13〕电笔。三轴试验：1、真三轴：>> ;1 2 32、假三轴〔常规三轴：>＝1 2

，等围压。3必需有保持侧压力稳定的稳压装置。〔四〕试验步骤必需有保持侧压力稳定的稳压装置。1块；加工精度，测量试件尺寸：〔1〕圆柱体试件直径Φ48~54mm100mm；1：2.00~2.50。〔10.05mm；、在试件整个高度上，直径误差不超过0.3mm；、端面应垂直试件轴，最大偏差不超过0.25度。2．测量好试件尺寸后，用耐油橡胶或乳胶质保护套，能有效防止油液与样品〔如在三轴条件下测其变形，同试验二变形试验。侧压力〔围压〕的选择，应考虑以下条件：①最小侧压力的选择，应依据工程实际状况，并考虑测向压力装置的精度；②选定的侧压力需使求出的莫尔包络线能明显的反映出所需要的应力区间；③适当照看包络线的各个阶段。我们选择侧压力5、10、15、20、25MPa。的加荷速率施加侧向压力和轴向压力，待到加至预定压力值时，使其保持稳定，然后再以每秒0.8－1.0MPa的加荷速率施加轴向荷载，直至试件破坏，记录破坏时的最大轴向荷载及侧向压力值。夹角。〔六〕资料整理：准化的全都性，承受国际岩石力学学会的建议方法，用以下方法整理资料：1、按下式计算不同侧向压力下的轴向应力： 1

PA×10 〔5-1〕式中： ——不同侧压力下的应力值MPa；1P——破坏时的最大轴向荷载NkN；A——试件横截面积cm2。2、依据轴向应力1

和侧向应力

求出岩石的c,1(3 2

为纵坐标，31(2 1

)2乘法，31(2 1

)为3圆心，以1(2 1

为半径，在坐标图上绘制应力圆，作应力圆的包络线。据3此，确定它们c, 值。ττ(MPa〕(MPa〕τ(MPa〕(MPa〕20)3)320σ-15σ101(-110/ 11５５051015 20 25σ(MPa)051015 2025σ(MPa)1/2(σ+σ)1 30 5 10-σ

15 20 25σ

莫尔应力圆曲线1/2(σ1

)－1/2( ＋3 1 3一〕三轴试验：三轴剪切强度试验的定义是什么？为什么叫三轴试验？三轴剪切的原理是什么？施加侧向力的加荷速率是多少？轴向荷载的加荷速率是多少？三轴试验每组需要几块试件？三轴试验是否绘制曲线？如何绘绘制？参考文献：GB/T50266-99工程岩体试验方法标准，P18。中国打算出版社。中华人民共和国国土资源部，地发［1986］760号岩石物理力学性质试验规程DY-20P142。地质出版社。大理石资源地质工作暂行要求及参考资料，国家建筑材料工业局地质公司。横截侧向最大破坏轴向试样受力试验试样尺寸(mm)面积应力荷载横截侧向最大破坏轴向试样受力试验试样尺寸(mm)面积应力荷载应力编号 方向 状态直径高(mm)2 (MPa)3P(kN)(MPa)1试样描述岩石三轴强度试验记录表托付单位 工程名称试验： 计算： 校 核：试验日期 年 月 日试验报告的根本要求1、试样编号，取样深度〔m率，岩性描述等；2、对所测得的原始资料进展整理，附原始记录，表格和各种图件；3、列总表，经审核和校对准确无误，提交本报告：岩石物理、力学性质试验成果表含水量比含水量比重烘干 饱和容重 容重吸水率度度抗拉强度gbwRgRbt内聚力c内摩擦角弹性模量钻孔编号岩样编号m岩石名称—E泊松比％—g/cm3 g/cm3％MPaMPaMPaMPa度GPa—试验： 计算： 校对：吉林大学建设工程学院2023518日七．问答思考题：一岩石抗压强度试验：必需加工规章试件加工样品的精度有几条，其内容是什么？抗压强度、软化系数的定义分别是什么？抗压强度试验加荷速率是多少？试件破坏后，大致有几种类型？都有什么类型？国际岩石力学学会推举的径高比是多少？影响抗压强度因素有那些，其主要内容是什么？GB抗压强度试验应留意什么？我国哪个行业规定的径高比与国际不全都？二岩石弹性模量与泊松比试验：弹性模量与泊松比的定义是什么？变形试验有几种方法？简要说明各种方法的优缺点？静态电阻应变仪精度是多少？测变形需要多少个测点，为什么？粒的多少倍？泊松比一般在什么区间？不大于多少？变形试验有几条曲线，都是什么曲线？三岩石抗拉强度试验：抗拉强度的定义是什么？抗拉强度有几种方法，都是什么方法？间接方法有几种，是什么方法？劈裂板法还叫什么方法？此方法由哪个国家或地区得名而来？直接法与间接法计算公式有何不同？抗拉强度试验加荷速率是多少？760号文件