室内岩石试验(三轴)

σ3 =12
2）、绘制应力差～轴向 应变（εL）曲线。 3）、计算弹性模量和泊 松比。
σ3 =4 σ3 =8
0 0 0.005 0.01 0.015
εL
三轴压缩强度和变形试验
—成果整理
4、破坏后试件描述
描述破坏形式，并量测破坏面与最大主应力作 用面之间的夹角。
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
断层泥
三、三轴压缩强度和变形试验
—试验方法 2）安装试件： a、套热缩管、隔油；
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
以0.05MPa/s——同时施加侧压 力和轴向压力至预定侧压力值 以0. 5～1.0MPa/s——施加轴向 荷载，直至试件完全破坏。
试样安装完 毕，给压力 室注油，准 备施加围压
50 40 30 20 10 τ( )
φ
C
0 10 20 30 40 50 60 σ(
应力莫尔圆
三轴压缩强度和变形试验
—成果整理 3）以σ1纵坐标， σ3为横坐标点绘的 最佳关系曲线为直 线，可按下式直接求 C、 φ值。
轴压 σ 1 (MPa) y = 12.8x + 165.04 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 围压 σ3 (MPa)
2、三轴压力室
利用伺服控制刚性试验机 提供轴向荷载，将三轴压力室 底座推至试验机活塞中心，放 下三轴压力室，并用螺栓与底 座连接。
—仪器设备
三轴压力室底座 滑轨
三轴压力室
轴向荷载加 压油缸
三、三轴压缩强度和变形试验
—仪器设备 3、液压稳压综合控制系统 围 压： 0～100MPa； 试件尺寸： φ25×50mm； φ50×100mm； φ100×200mm。
三轴压缩强度和变形试验概述三轴不等应力试验装置三三轴压缩强度和变形试验概述真三轴试验机应变仪试件石试件的变形纵向横向变形控制加载速一仪器设备1伺服控制刚性试验机三三轴压缩强度和变形试验仪器设备2三轴压力室三轴压力室三轴压力室底座滑轨利用伺服控制刚性试验机提供轴向荷载将三轴压力室底座推至试验机活塞中心放下三轴压力室并用螺栓与底座连接
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法 （2）多级破坏状态的三轴试验方法:
施加4～5级围压σ3 在每级围压下，施加轴向荷载 观察变形曲线，在屈服点， 保持轴压，增加围压
直 至 试 件 破 坏
轴向荷载的加载速度： 应变控制：每秒10－2～ 10－5 。
国际推荐
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法 单点法 三轴试 验过程 中荷载 与轴向 位移的 关系曲 线
三、三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
破碎带
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
两端 面经 处理 平整 后的 试样
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
二）试验方法
2、多级破坏状态试验方法（单点法） （1）一个试件采用多级加载方法获得强度 包络线的试验方法； 此种方法被“国际岩石力学学会标准化委员 会”采纳，作为测定岩石三轴压缩试验的建议方 法颁布。
岩石力学性质试验
主讲：付
小
敏
成都理工大学 环境与土木工程学院
提
纲
三轴压缩强度和变形试验
三轴压缩强度和变形试验
—概述 岩石三轴试验是在三向应力状态下，测定和研究 岩石变形和强度特性的一种试验。 按应力的组合方式，可分为两种情况： 1、侧向等压的三轴压缩试验（ σ1 ＞ σ2＝ σ3）； 主要研究围压（ σ2＝σ3）对岩石变形、强度及 破坏的影响，测定岩石三轴抗剪强度指标。
三、三轴压缩强度和变形试验
—仪器设备
5、试验程序
a、控制方式 位移：LVDT。 荷载：Force。 两种方式可任意互换。 b、加载方式 加载、卸载、保持；可任意互换。 c、数据采集 主控信号： LVDT、 Force、Time、围压。 采集方式：连续、间隔。
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
二）试验方法 1、常规试验方法
三轴压缩强度和变形试验
—概述 岩石常规三轴 试验试验装置 侧向等压的三轴 压缩试验： （ σ2＝σ3）；
常规三轴室
三轴压缩强度和变形试验
—概述 2、三轴不等应力试验（ 真三轴、σ1 ＞ σ2 ＞ σ3 ）； 主要研究中间应力σ2的影响。通过大量试验研 究， σ2对岩石的三轴极限强度和变形是有影响的，但 其影响与σ3的影响比起来要小得多。 但对各向异性岩石，当弱面走向垂直于中间主应力 时， σ2对岩石强度的影响可达20％左右。 为了确定岩石的极限应力圆包络线，还应同时测定 岩石的单轴抗拉强度和单轴抗压强度。
三轴压缩强度和变形试验
—成果整理 （3）资料整 理 a、计算不同 侧压条件下的 轴向应力：
三轴压缩强度和变形试验
—成果整理 b、绘制侧压与轴向应力曲线：
2 cosφ −1 m − 1 φ = s in m +1
式中： C—岩石的内聚力(MPa)； φ— 岩石的内摩擦角（度）； m－曲线斜率。
y = 12.8x + 165.04 400 350 轴压 σ 1 (MPa) 300 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 围压 σ3 (MPa)
三轴压缩强度和变形试验
三）成果整理
LVDT mm 0.100067 0.20016 0.300253 0.400002 0.500095 0.600016 0.700109 0.80003 0.900124 1.000217 1.100138 1.200059 1.300152 1.400073 FORCE N 6957.645 7345.287 8167.088 8508.214 9128.441 9593.612 10896.09 11997 12710.26 13408.01 14136.78 13997.23 12865.31 13470.04
施加轴 向荷载 直至试 件破坏
轴向荷载的加载速度：
国家标准
国际推荐
应力控制：0.5～1MPa/s；
位移控制：0.1mm/min
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法 2、试验过程 1）制备试件： 尺寸：φ25×50mm、 φ50×100mm、 φ100×200mm ；高径比＝2：1。 精度要求： 在试件整大不超过0.05mm； 端面应垂直于试件轴，最大偏差不超过 0.25度。
三轴压力稳压系统
三轴压力加压系统
三、三轴压缩强度和变形试验
—仪器设备
4、系统程序
a、定义（Edit） 输入信号（Input Channals)； Signals)；控制通道（Control
手动模板显示（LUCP Display) ；计数器（Meters）；示波 器。 b、调节（Adjust ) Input Signals: Force－3000、1200、450KN LVDT－50、5mm
3 1 (σ-σ)/2(
)
50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60(σ+σ)/2( 3 1 )
最佳关系曲线。
三、三轴压缩强度和变形试验
—成果整理
2）在最佳关系 曲线上，选择若干 组对应值，以每一 应力组的1/2 ×(σ1 ＋σ3）值为圆心， 以 1/2 ×(σ1 － σ3）值为半径，在 τ～σ图上绘制应 力圆，并作这些圆 的包络线，据此确 定它们的C、 φ 值。
a、同一含水状态下，每组不少于5个试件， 分别施加不同的侧压，在轴向荷载的连续加载 下，使这些试件破坏。— 单个破坏状态试验； b、侧向压力的确定： 根据工程需要和岩石的特性确定； 按等差级数进行分级，也可按等比级数分 级，分级数不得少于5级。
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
施加一级 围压σ3 试验过程中 保持不变
三、三轴压缩强度和变形试验
—成果整理
2 cosφ −1 m − 1 φ = s in m +1
式中： C—岩石的内聚力(MPa)； φ— 岩石的内摩擦角（度）； m－曲线斜率。
c =
σ
c
(1 − s i n φ )
400 350 轴压 σ 1 (MPa) 300 250 200 150 100 50 0 0
三、三轴压缩强度和变形试验
—概述 三轴不等应力试 验装置 试件 （ 真三轴、 σ1 ＞ σ2 ＞ σ3）
应变仪
真三轴试验机
三、三轴压缩强度和变形试验
一）仪器设备
1、伺服控制刚性试验机 a、用岩 石试件的变 形（纵向、 横向变形） 控制加载速 度； b、刚度 大。 —仪器设备
三、三轴压缩强度和变形试验
—成果整理
CON. PRES N/mm^2 1.058321 1.053151 1.047982 1.047982 1.037643 1.06349 1.047982 1.047982 1.037643 1.06349 1.047982 1.047982 1.037643 1.053151
data
三轴压缩强度和变形试验
c =
σ
c
(1 − s i n φ )
σc－曲线在纵坐标上的截距(MPa) ；
三轴压缩强度和变形试验
破碎岩样三轴试验：
三轴压缩强度和变形试验
破碎岩样三轴试验：
三轴压缩强度和变形试验
破碎岩样三轴试验：
三轴压缩强度和变形试验
小尺寸岩样高围压三轴试验：
—成果整理 （一）常规试验方法 1、计算不同侧压条件下的轴向应力：
σ1= P/A
式中: σ1—不同侧压条件下的轴向应力(MPa)；
P—试件轴向破坏荷载(N)； A—试件的截面积(mm2)。
三轴压缩强度和变形试验
—成果整理
2、根据极限轴向 应力σ1和围压σ3求岩 石的内摩擦角φ和内聚 力C。 1）以1/2 ×(σ1 －σ3）为纵坐标， 1/2 ×(σ1 ＋ σ3）为 横坐标，将各点绘在直 角坐标系中，然后用最 小二乘法绘制出最佳关 系曲线。
y = 12.8x + 165.04
5
10
15
σc－曲线在纵坐标上的截距(MPa) ；
围压 σ3 (MPa)
三轴压缩强度和变形试验
—成果整理 3、绘制应力～应变曲线 1）、计算纵向、环向和 体积应变值。
250 200 150
d
（σ1 -σ3 ）（M Pa）
ε = ε − 2ε
v l
100 50
σ3 =0