实验五-岩石单轴压缩实验

实验五岩石单轴压缩实验

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

1.钻石机、锯石机、磨石机；

2.游标卡尺，精度0.02mm；

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（BX-120型）；

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50mm,高为100mm的标准圆柱体，对于一些

裂隙比较发育的试样，可采用50mmx50mmxlOOmm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：

a平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。检测方法如图5-1

所示，将试样放在水平检测台上，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。

b直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于0.2mm,用游标卡尺检查。

c轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2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力显

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1〜2d,

以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。

1一百分表2-百分表架3-试样4水平检测台

图5-1试样平行度检测示意图图5-2试样轴向偏差度检测示意图

四.电阻应变片的粘贴

I.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

0.5Q。

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y”形，尽可能避开裂隙，节理

等弱面。

3.粘贴工艺：试样表面清洗处理一涂胶一贴电阻应变片图5-3电阻应变片粘贴

一固化处理一焊接导线一防潮处理。

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.将试样放置在式验机的承压板中心，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1.0〜2.()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措述。

六,实验结果整理

I.岩石单轴抗压强度:

式中：Rc—试样单轴抗压强度，MPa；

尸一试样破坏载荷，N；

S—试样初始截面积，mn?。

岩石单轴抗压强度测定结果填入表5-lo

表5-1岩石单轴抗压强度测定结果

试件试样尺寸破坏载荷抗压电艮度/MPa

岩石名称岩性描述

编号Dx£/mm/kN单值均值

1

2

3

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小横向应变£2以及体积应变值质，体积应变值按下

式计算：

j=G+2?

将单轴压缩实验记录与计算结果填入表5-2。然后以纵向应力为纵坐标，以

%与

%)

式中：△〜纵向应力-应变曲线中直线段的纵向应力增量，MPa；

△l纵向应力.应变曲线中直线段的纵向应变增量；

外。一单向抗压强度的50%的应力值，MPa；

小。一试样与4°对应的纵向应变值。

4.泊松比：

岩石在单轴压缩过程中纵向变形的同时横向也发生相应变形，在轴向应力-

纵向应变与轴向应力-横向应变曲线上，对应直线段纵向应变和横向应变的平均

值计算泊松比

式中："一岩石的泊松比；

&P-纵向应力-纵向应变曲线中对应直线段部分的应变的平均值;

%p—纵向应力-横向应变曲线中对应直线段部分的应变的平均值。

弹性模量&、变形模量后0及泊松比〃测定结果填入表5-3：

表5-3弹性模量E、变形模量石sc及泊松比4测定结果

岩

性

岩石试样弹性模量E/GPa变形模量E5o/GPa泊松比〃

描

述

名称编号单值均值单值均值单值均值

七.实验报告要求

实验结束后认真独立填写实验报告，实验报告应包括以下内容:

1.实验目的；

2.主要实验仪器；

3.实验步骤；

4.原始数据及实验数据整理；

5.对本实验的建议。

八.思考题

1.试验机上为何要配备球形调节座？

2.影响单轴压缩实验结果的实验因素有那些?

3.单轴压缩破坏的类型有那几种？

实验六岩石常规三轴压缩实验

一,实验目的

岩石常规三轴压缩实验是指岩石试样在轴对称应力组合方式((71X72=03)的

三轴压缩实验。通过该实验使学生掌握岩石常规三轴实验方法，并能根据岩石在

不同围压下实验结果计算出内摩擦角。与粘结力"绘制出岩石的强度曲线，进

一步理解岩石的强度准则。

二,实验设备、仪器和材料

1.钻石机、锯石机、磨石机；

2.游标卡尺，精度0.02mm；

3.干燥器；

4.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架；

5.YE-2000型液压材料试验机；

6.三轴室，三轴液压源；

7.热缩管、胶带、密封圈等。

三,试样的规格、加工精度、数量及含水状态

1.试样规格：采月直径为50mm，高为100mm的标准圆柱体。

2.加工精度：

a平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。检测方法如图5/

所示，将试样放在水平检测台上，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。

b直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于().2mm,用游标卡尺检查。

c轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2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：每种岩石同一状态下，试样数量一般不少于5个，每个试样在

一定围压下的进行实验。

4.含水状态：采用自然状态，试样制成后放在底部有水的干燥器内1〜2d,

以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。

四.实验步骤

1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对试样的颜色、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.围压一般取5MPa、1()MPa、15Mpa、20MPa和25MPa。

4.试验机量程，一般应满足O.2Po<Pmax<O.8Po,式中：Po为试验机最大量程,

kN；Pmax为预计试样最大破坏载荷，kN。

5.试样的安装，首先把钢垫块端部擦净，将试样置于上、下垫块之间，使三

者中心为一条直线，再将试样与垫块套上热缩管，热缩管长度稍大于试样高度，

用吹风机缓慢加热热缩管，并再用密封胶带固定试样两端，见图6-1。

6.打开三轴室上压盖，再将制备好的试样下垫块置下放入三轴室底座中心，

上好压力室顶盖活塞，将装有试样的三轴室放入试验机的下承压板上，并使三轴

压力室的中心与试验机的中心一致。

7.注油排气，打开压力室的放气阀，启动围压油泵向压力室注油排气，当压

力室有油排除时关闭排气阀。

8.接通电源，开动开压力机，打开送油阀，使压

力机的下承压板的拖轮离开轨道10cm左右，关闭

送油阀，然后调整试验机上承压板位置与压力室的

上压头接触，缓缓打开送油阀施加50kN的纵向载

荷固定试样。

9.施加围压，缓缓施加围压到指定值，稳定数2

分钟后，使围压保持恒定时，要求变动范围不应超

1—上垫块；2—密封圈：3—岩石试样：4—下垫块

图6-1试样防油安装示意图

过选定的2%。

10.再以1.0kN/s〜2.0kN/s的加载速度均匀加载，直至试样破坏，立即关闭

液压泵卸载阀，再打开试验机的回油阀卸轴压。

11.纪录破坏载荷及围压值。打开三轴室的放气阀，卸掉上压盖取出试样，

破坏类型描述。

五.实验结果整理

1.计算一定侧压刀作用下岩石的抗压强度＜71：

P

5二一

1S

式中：＜71max—岩石三地抗压强度，MPa；

。一纵向破坏载荷，N;

300.0

少一试样初始截面积，m2。

2.计算内摩擦角和粘结力。180.0--

-R

在直角坐标系绘制的关系曲线图6-2,凶120.0

叵

对实验值采用最小二乘法进行线性回归，计算出赛60.0

0.06.012.018.(Z4.030.0

其斜率m和纵轴上的截距b,即0=〃5+〃线伸向应力O3[田・]

性方程，其中〃，和b可用下式计算：图6-2围压与纵向抗压强度关系曲线

,=XZ2ZIXZLZXZLXZL.

二Z6一6一066

式中：(y\一岩石三轴抗压强度，MPa；

取一围压，MPa：莫尔圆参数

〃一试样数量。

根据库伦-摩尔准则，岩石的内摩擦角。和

粘结力。可利用参数阳和b按下式计算：

,.w-1

(b=arcsui-------

m+\

图6-3岩石三轴试验摩尔园及包络线

,1-sin^

c=b-----

2cos族

3.绘制摩尔圆及其包络线：

在纵横相同比例的直角坐标系内，选取3〜5个内值，用回归后的直线方

程⑦=+〃计算出相应的。1值。再分别以（o3+m）/2,0为圆心，以（m-G3）

/2为半径绘制出•组摩尔圆，摩尔圆的外包络线，即为该组岩石的强度曲线，包

络线在Y轴上的截距为粘结力c,与X轴的夹角为内摩擦角。。岩石三轴压缩实

验结果填入表6-1o

表6-1三轴压缩实验结果

试样尺寸

岩石编破坏载荷b内摩擦角凝聚力c

岩性描述03m

名称号DxL/inm/MPa/kN/MPa/MPa6/度/MPa

1

2

3

4

5

六,实验报告要求

实验结束后认真独立填写实验报告，实验报告应包括以下内容:

1.实验目的；

2.主要实验仪器；

3.实验步骤；

4.原始数据及实验数据整理；

5.对本实验的建议。

七,思考题

1.三轴实验过程中主要主意事项有哪几项？

2.通过三轴实验说明岩石承载能力与哪些因素有•关?

3.你对本次实验的建议和意见。

4.实验七岩石抗拉强度测定

一,实验目的

岩石抗拉强度是指岩石承拉伸条件下能够承受的最大应力值。通过该实验

使学生掌握采用匕西劈裂法测定岩石抗拉强度的方法，并与岩石抗压强度进行比

较，从而了解脆性岩石材料的强度特点。

二.实验设备、仪器和材料

1.钻石机、锯石机、磨石机；

2.游标卡尺,精度0.02mm；

3.劈裂夹具；

5.钢丝垫条，用直径为2.0mm〜3.0mm钢丝;

4.YE-300型液压材料试验机。

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50mm,高为25mm〜50mm的标准圆柱体。

2.试样数量：每种岩石同一状态下，试样数量一般不少于5块。

3.含水状态：采用自然状态，试样制成后放在底部有水的干燥器内1〜2d,

以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。

四,实验原理

巴西劈裂法测定岩石抗拉强度是国际岩石力学学会标准推荐的方法，对称圆

盘试样受集中载荷。的作用下，依据弹性理论得知，圆盘加载直径上任一点(0,

)，)的应力状态为：

2P

~TTDL(1)

2P(402

-1)(2)

7rDLD2-Ay2

式中：P为载荷，。、A分别为试样直径和厚度，试样中心处（）=0）的应力状态

为：

2P

~~TDL(3)

6P(4)

~rrDL

由式（3）、式（4）得出，圆盘试样中心处压应力是拉应力的3倍，但由于

岩石抗拉强度远低于抗压强度，一旦拉应力达到试样的抗拉强度时中心发生破

坏，通常认为拉应力对破裂起主导作用。

五.实验步骤

1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、

风化程度、含水状态等进行描述。

2.用游标卡尺测量试样尺寸，保留两位小数。

3.将试样放置劈裂夹具内，再用V型卡具及两侧夹持螺钉固定好试样，见

图7-1。

4.把劈裂夹具放入试验