岩石硬度及塑性系数的测定
岩石的硬度与塑性系数实验(1)
中国石油大学钻井工程实验报告实验日期：成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：岩石硬度及塑性系数的测定一、实验目的1．通过实验了解岩石的物理机械性质；2．通过实验，学习掌握岩石硬度、塑性系数的测定方法。
二、实验仪器设备1．实验仪器设备示意图(如图1)2．压模(如图2)图1 仪器设备示意图图2 压膜结构圆柱体压模用高强度钢制成胚体后嵌入硬质合金锥，将硬质合金锥磨成柱体(尺寸如图所示)d=1.2～2.5mm，使压模与岩石的接触面积始终不变，便于计算岩石的抗压与极限强度-硬度值。
要求压模的两端绝对平行，硬质合金应垂直地镶入胚体中，经研磨后的柱体，必须用读数显微镜测出直径的准确数据。
3．硬度计由底座、液缸及活塞、支柱、横梁组成，并可固定位移传感器、压力传感器、压模及岩样。
4．加压系统用活塞式手摇液压泵给液缸加压力液，使活塞上升并使压模加压力给岩样，管路中装有压力表以观察压力的变化。
5．位移计位移计固定在硬度仪的横梁上，用它测量压模压入岩样的深度，将机械位移量转换成电量。
6．压力传感器将所加压力的物理量转换成电量。
7．函数记录仪由位移计、压力传感器输入的信号经放大、相敏、检波、滤波的电信号输给函数记录仪。
三、实验原理利用手摇泵加压，压力传递给压模（硬质合金压头），岩样与压头和位移传感器接触之后，用手摇泵慢速均匀加载，压头吃入岩样直至破碎，函数记录仪记录整个过程的载荷与位移值，通过载荷与位移的关系曲线计算岩石硬度和塑性系数。
四、实验步骤1．岩样制备将岩样(岩心)切磨成成正方(圆柱)体，其高度不小于50mm，被测面积不小于40×100mm，被测两端面应加以研磨，使岩样平滑且相互平行(直径50mm的岩样两端面不平行不应超过0.5mm)。
岩样制备后应在100°C的烘箱中烘干2～2.5小时，然后放在干燥器内备用。
2．用读数显微镜读出压膜压头直径，记录压头直径。
3．打开无纸记录仪，将岩样置于硬度仪的活塞上面，顺时针转动手摇油泵，活塞缓慢上升，使岩样与压力传感器位移传感器接触。
岩石坚硬程度的定量指标
岩石坚硬程度的定量指标岩石坚硬程度的定量指标是衡量岩石物理性质的重要参数，对于地质勘探、工程建设、地质灾害防治等领域具有重要的实际意义。
岩石坚硬程度的定量指标主要包括岩石硬度、强度、耐磨性和抗压强度等。
一、引言岩石坚硬程度定量指标的研究，旨在为我国地质矿产资源开发、基础设施建设、地质灾害防治等领域的岩体工程提供科学依据。
本文将从岩石硬度、强度、耐磨性和抗压强度等方面展开论述，探讨这些指标的计算方法及其在工程领域的应用。
二、岩石坚硬程度的定量指标概述1.岩石硬度岩石硬度是指岩石抵抗外来物体刻划或磨损的能力。
硬度指标常用的测试方法有布氏硬度试验、洛氏硬度试验和维氏硬度试验等。
硬度值可用于评估岩石的坚硬程度，为工程建设提供依据。
2.岩石强度岩石强度是指岩石在外力作用下承受破坏的能力。
强度指标主要包括抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。
岩石强度测试方法有直接加载法、间接加载法等。
强度指标对于岩体工程稳定性分析、岩基设计与施工具有重要意义。
3.岩石耐磨性岩石耐磨性是指岩石在受到磨料磨损作用下的抗磨损能力。
耐磨性指标有磨损量、磨损系数等。
岩石耐磨性试验方法包括磨耗试验、冲击磨损试验等。
耐磨性指标对于评估岩石在磨损环境下的稳定性具有重要意义。
4.岩石抗压强度岩石抗压强度是指岩石在垂直于其主轴方向上承受压力破坏的能力。
抗压强度试验方法有单轴抗压试验、三轴抗压试验等。
抗压强度指标对于岩土工程设计、岩基承载力评价具有实用价值。
三、各类岩石坚硬程度指标的计算方法及应用1.岩石硬度的计算及应用岩石硬度值可通过布氏硬度试验、洛氏硬度试验等方法获得。
硬度值用于评估岩石的坚硬程度，为岩体工程提供参考。
2.岩石强度的计算及应用岩石强度指标可通过直接加载法、间接加载法等试验获得。
强度值用于岩基设计与施工、岩体稳定性分析等。
3.岩石耐磨性的计算及应用岩石耐磨性指标可通过磨耗试验、冲击磨损试验等方法获得。
耐磨性值用于评估岩石在磨损环境下的稳定性。
岩石力学实验
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岩石单轴抗压实验
➢ 实验目的 ➢ 实验原理 ➢ 实验仪器 ➢ 实验步骤 ➢ 结果处理 ➢ 报告编写
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一、实验目的
1、掌握岩石硬度的测定方法； 2、掌握岩石塑性系数的测定方法。
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二、实验原理
岩石的硬度是岩石破坏时所施加的压力与压头面积的比值。岩石的塑性系数为岩
(3)计算岩石的杨氏弹性模量与割线模量，填入表4中。
表4 岩石杨氏弹性模量与割线模量测定结果
试样编号
1 2
弹性模量 /GPa
计算值
平均值
割线模量 /GPa
计算值
平均值
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六、报告编写
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.实验原理； 3.实验仪器； 4.实验步骤； 5.原始数据及实验数据整理； 6.对本实验的建议。
四、实验步骤
(2)设置试验机采集软件：设定试件尺寸、实验日期、实验人员 等数据、选择实验加载方式为位移控制式，加载速率0.3mm/min。
(3) 开始实验：启动试验机，观察软件采集的数据，同时查看试 件的破坏情况。
(4)结束实验：当试件破坏，材料试验机自动停止。选择高速档 向上调节材料试验机压板，使之与试件脱离。
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二、实验原理
当岩石试样在无侧限压力条件下，岩石在纵向压力作用下出现压 缩破坏时，单位面积上缩承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度。计 算公式为：
P Rc A
（1）
Rc—试样单轴抗压强度，MPa；
P—试样破坏载荷，N；
A—试样初始截面积，mm2。
岩石硬度检测 岩石密度检测 岩石抗压强度测试
岩石硬度检测岩石密度检测岩石抗压强度测试岩石硬度检测岩石硬度检测是针对岩石耐磨性的一种物理检测。
它通过在岩石表面施加一定的压力或冲击力，来检测岩石的硬度和强度。
硬度的大小会影响岩石的制作标准和使用寿命，所以岩石硬度检测是十分重要的。
一般情况下，岩石硬度检测有两种方法，分别是磨损法和冲击法。
具体而言，磨损法可以用来检测岩石的物理硬度，它是通过施加一定量的压力来测试岩石的抗磨性能，然后通过记录磨损情况来评估岩石的硬度。
而冲击法则是通过施加一定量的冲击力来测试岩石的抗冲击性能，然后根据测试结果来评估岩石的硬度。
岩石密度检测岩石密度检测是测量岩石材料在特定状态下的物理密度的一种检测方法。
它是用来测量岩石材料的不同部分、不同组成成分等等，以便于预测岩石材料在使用中的性能和性质。
岩石密度检测的方法有很多，一般采用的方法有比重瓶法和气体容积法。
前者是通过测量石英砂的比重瓶容量，然后根据水的密度和石英砂的重量，来计算出石英砂的实际密度；而后者则是通过测量将石英砂放入气体容积装置中，再根据气体容积装置的数据，来计算出石英砂的实际密度。
岩石抗压强度测试岩石抗压强度测试是指对岩石材料的抗压强度进行测量的一种检测方法。
它是用来测量岩石材料在遭受压力时的抗压能力，以预测岩石材料在使用中的性能和性质。
一般来说，岩石抗压强度测试采用的是试验机法，即将岩石材料放入拉伸试验机中，然后以一定的速率施加压力，并记录压力和变形的变化，以便计算出岩石材料的抗压强度。
另外，也可以采用储压法进行岩石抗压强度测试，即将岩石材料放入试验容器中，然后将容器的气压升高到一定的压力，并记录压力和变形的变化，以便计算出岩石材料的抗压强度。
总之，岩石硬度检测、岩石密度检测和岩石抗压强度测试是对岩石材料性能和性质的重要检测，必须要对它们进行检测，以保证岩石材料的质量和使用性能。
岩石硬度及塑性系数测定
中国石油大学岩石硬度及塑性系数测定实验报告实验日期：2014年10月8日成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：岩石硬度及塑性系数测定岩石是钻井的主要工作对象。
在钻成井眼的过程中，一方面要提高破碎岩石的效率，另一方面要保证井壁岩层稳定，这些都取决于对岩石的工程力学性质的了解和认识。
岩石的工程力学性质包括岩石的机械性质、岩石的研磨性、岩石的可钻性等。
岩石的机械性质包括岩石的弹性、强度、脆性与塑性、硬度等。
本实验旨在了解岩石的机械性质，掌握岩石压入硬度及塑性系数的测量方法。
一、实验目的1、直观了解岩石的物理机械性质2、掌握岩石硬度及塑性系数的测量方法二、实验原理1、实验设备实验中使用岩石硬度仪来测量岩石的压入硬度及塑性系数，如图1所示。
该设备主要由手摇泵，液压罐，压模，载荷传感器，位移传感器，下板，支柱，上板和函数记录仪等构成。
图1 岩石硬度仪实物图压模主要由基体和硬质合金压头两部分构成，其结构及尺寸如图3 所示，其中d=1.5~2.5mm。
图2 压模结构及尺寸示意图2．测量原理利用手摇油泵将液压油压入液压罐，推动液压罐的活塞上升，使位移传感器与岩心托盘侧面伸出的铁片接触、岩样与压模接触，随着压力的增加，压模将逐渐压入岩样，压入的深度由位移传感器测出，压力由载荷传感器测出，测出的数据自动存入函数记录仪，具体参见动画“岩石硬度及塑性系数的测定”。
将函数记录仪中的数据文件转存入U 盘，在计算机上利用专用软件提取“位移”和“载荷”数据，作岩石的变形曲线，如图3所示。
其中，a 为脆性岩石，其特点是OD段为弹性变形阶段，达到D 点后即发生脆性破碎；b 为塑脆性岩石，其OA 段为弹性变形阶段，AB 段为塑性变形区，到达B 点时产生脆性破碎；c 为塑性岩石，施加不大的载荷即产生塑性变形，其后变形随变形时间的延长而增加，无明显的脆性破坏现象。
脆性岩石塑脆性岩石塑性岩石图3 压模压入岩石时的变形曲线硬度：塑性系数：式中： P Y ——岩石的硬度，MPa ；P ——岩石产生脆性破坏时的载荷，N ；S ——压模压头的底面积，mm 2P 0——岩石产生屈服时的载荷，N ；K p ——岩石塑性系数三、实验步骤1．岩样制备将被测岩石切割成正方（或圆柱）体，边长（或高度）不小于50mm ，被测量端面应加以研磨，使端面平滑且相互平行（直径50mm 的岩样两端面不平行度不超过0.5mm ），将切磨好的岩样置于100℃的烘箱中烘干2~2.5 小时，然后放在干燥器内备用。
根据岩屑硬度和塑性系数确定地层岩石的力学性质
( 2) 用液压方式对岩屑表面施加载荷 , 直到岩 屑产生第一次体积破碎 , 从而获得最大的破碎载荷 和压入深度; ( 3) 在试验过程中, 通过压力传感器、 位移传 感器 , 用计算机数据采集系统自动获得压头压入岩 屑的载荷 位移变化曲线 , 并通过数据处理软件 自动获得岩石的硬度和塑性系数 ; ( 4) 根据岩屑硬度和塑性系数与岩石可钻性、 抗压强度及研磨性的关系式 , 获得钻井地层岩石的 力学性质。 新疆油田高泉井塔河组钻井地层岩屑的岩性 主要是泥岩、 石膏质泥岩及粉砂质泥岩, 获得的岩 屑颗粒较小, 为了准确测得地层岩石的力学性质 , 在试验前首先将岩屑颗粒用高强度粘胶固结在岩 屑盒中( 如图 2 所示 ) , 然后用试验机测试岩屑的硬 度和塑性系数。
917
c
= 0. 237H - 0. 016K
K s = 1. 024
c
= 9. 258K - 0. 075H 式中: 秒;
c
为岩石单轴抗压强度, MPa; 系数; K s 为岩石可钻性 , 为岩石的研磨性 , mg 。 回归分析表明: 岩石抗压强度与岩石的硬度和
图 2 岩 屑颗粒在岩屑盒中的分布情况 Fig. 2 Distribution of rock cuttings in the rock cuttings box
4 关系式的建立
在钻头选型和钻井参数优选中常用的地层岩 石力学参数是岩石可钻性、 硬度、 塑性系数、 抗压强 度和研磨性。从岩石可钻性、 抗压强度及研磨性的
发所必需的基础技术参数 , 常常应用于井眼稳定性 分析、 钻头选型和钻井参数优选、 油井出砂分析、 油 井压裂酸化的措施选取等领域。特别是在钻井现 场要进行钻头合理选型和钻井参数优选 , 最重要的 工作就是能及时准确地掌握钻井地层岩石的力学 性质。如果能在钻井现场能及时地获得地层岩石 的力学特性, 我们就可以确定钻头在具体井段用最 适合地层岩石特点的钻 头类型, 从 而提高钻井速 度, 节省大量的钻井成本。 获得地层岩石力学特性的方法有岩芯试验法 和测井资料预测法。岩芯试验法需要获得不同构 造、 不同层位、 不同井深的岩芯 , 而钻井工程中钻取
岩石普氏系数测量方法
岩石普氏系数是指岩石的坚固性，通常用符号f表示。
它的计算方法是以每平方厘米上的重量单位（公斤）表示岩石的坚固性，称为普氏系数。
下面是岩石普氏系数测量方法：
1. 钻孔取样：在钻孔中取出岩样，用游标卡尺测量岩样的直径，计算岩样体积。
2. 计算密度：将岩样放入天平上称重，然后放入水中称重，两次称重之差即为岩样的体积，再根据岩样体积计算岩样的密度。
3. 计算硬度：将岩样放入装有水的水槽中，用钻头钻取岩样，然后用游标卡尺测量钻头的磨损量，计算钻头的磨损量。
4. 计算坚固系数：根据岩样密度和硬度，计算岩石坚固系数。
5. 测量岩石的抗压强度：将岩样放入压力机中，施加压力，直到岩样破裂，记录压力和岩石的抗压强度。
6. 计算岩石的普氏系数：根据岩石的抗压强度和岩石坚固系数，计算岩石的普氏系数。
注意事项：
1. 钻孔取样时，要保证岩样均匀分布，避免受到挤压或扭曲。
2. 计算密度和硬度时，要保证测量准确，避免误差。
3. 测量钻头磨损量时，要保证钻头与岩样接触面平整，避免磨损不均匀。
4. 计算坚固系数和普氏系数时，要保证数据准确，避免误差。
5. 测量岩石的抗压强度时，要保证压力机稳定，避免误差。
岩石力学参数的测试与分析
岩石力学参数的测试与分析概述岩石力学参数是评估岩石的强度和变形特性的关键指标，对于地质工程、矿山开采、隧道建设等领域具有重要意义。
本文将探讨岩石力学参数的测试与分析方法，以及该领域的研究现状和挑战。
一、岩石力学参数的测试方法岩石力学参数的测试是确定岩石强度、变形模量、黏聚力、内摩擦角等参数的关键步骤。
常见的测试方法包括：1. 压缩试验：通过施加垂直载荷，测量岩石的应力应变关系，得到岩石的强度和变形特性。
2. 剪切试验：应用垂直和水平剪应力，测量岩石的剪切应变和摩擦特性，推导出内摩擦角和黏聚力。
3. 拉伸试验：适用于构成岩石破坏准则的参数，如抗拉强度和韧度。
4. 动态试验：通过施加冲击力或振动载荷，模拟地震作用，研究岩石的振动特性和强度。
二、岩石力学参数的分析方法岩石力学参数的分析是基于测试数据进行的，旨在揭示岩石力学行为和工程性质。
常用的分析方法包括：1. 图形法分析：通过绘制应力与应变曲线，确定岩石的强度特征和破坏模式。
2. 统计学方法：将大量数据进行统计处理和分析，建立岩石力学参数的概率分布模型，提供可靠的工程设计依据。
3. 数值模拟：采用有限元法或边界元法等数值方法，建立岩石的数学模型，模拟各种工况下的应力场和变形特征。
4. 统计学回归分析：通过多元回归等统计学方法，分析影响岩石力学参数的主要因素和相互关系，提高参数测试的准确性。
三、岩石力学参数研究的现状和挑战岩石力学参数的研究是岩石力学领域的重要课题，目前存在以下现状和挑战：1. 数据不一致性：岩石力学参数受到岩石样本的大小、形状、水分等因素的影响，导致不同实验条件下参数结果有较大差异。
2. 复杂多变的地质条件：岩石力学参数的测试和分析需要考虑多种地质条件，如应力状态、温度、湿度等，增加了测试的难度和复杂性。
3. 岩石力学模型的不完善性：目前对于岩石力学行为的理解还存在一定的缺陷，岩石力学模型的建立仍然需要进一步研究和改进。
4. 桥梁效应的挑战：岩石力学参数的测试往往是在小尺度的实验室环境中进行的，如何将实验结果应用到实际工程中，需要克服桥梁效应的挑战。
岩石刚度和黏弹性测试方法与分析
岩石刚度和黏弹性测试方法与分析岩石刚度和黏弹性是岩石力学中重要的参数，对于岩石工程、地质灾害评价和地质勘探等方面具有重要意义。
本文将介绍岩石刚度和黏弹性的定义、测试方法以及分析技术，以便更好地理解并应用这些参数。
一、岩石刚度定义及测试方法岩石刚度是指岩石对应力的响应能力，其定义为应力应变比例，即刚度等于应力与应变的比值。
岩石刚度的大小取决于岩石的类型、孔隙度、饱和度和温度等因素。
1. 直接应力法直接应力法是常用的测试岩石刚度的方法之一。
该方法通过施加单一的轴向应力并测量岩石的应变，从而计算出岩石的刚度值。
直接应力法可以用来测试各向同性和各向异性的岩石。
2. 线性弹性理论法线性弹性理论法是一种基于岩石的弹性性质进行刚度测试的方法。
该方法通过施加不同大小的应力并测量岩石的应变，然后将数据拟合到线性弹性模型中，从而得到岩石的刚度值。
二、岩石黏弹性定义及测试方法岩石黏弹性是指岩石在受到外力作用时产生的应力与应变的关系不仅依赖于时间，还依赖于外力的大小和施加时间。
黏弹性是岩石力学中复杂的参数之一，对于工程和勘探的影响不可忽视。
1. 弛豫试验法弛豫试验法是一种常用的测试岩石黏弹性的方法。
该方法通过施加恒定大小的应力并测量岩石的应变随时间的变化，从而得到岩石的弛豫曲线。
通过分析弛豫曲线，可以计算出岩石的黏弹性参数。
2. 应变速率法应变速率法是另一种测试岩石黏弹性的方法。
该方法通过施加不同速率的应变并测量岩石的应力随时间的变化，从而得到岩石的应变速率曲线。
通过分析应变速率曲线，可以计算出岩石的黏弹性参数。
三、岩石刚度和黏弹性的分析技术岩石刚度和黏弹性的测试结果可以通过一些分析技术进一步加工和应用。
1. 弹性模量计算弹性模量是刚度的重要指标之一，它可以通过测量岩石的应力和应变，并应用弹性原理进行计算得到。
刚度越大，岩石越抵抗变形，弹性模量也越高。
2. 黏弹性参数计算黏弹性参数是描述岩石黏弹性特性的重要指标。
通过对弛豫曲线或应变速率曲线的分析，可以计算出岩石的黏弹性模量、黏滞性和弹性恢复等参数。
岩石硬度及塑性系数的测定-石工11-10-于洋(11021455)
故塑性系数为： KP =1
由岩石的塑性系数分类标准知：实验中所用的岩石属于脆性 1 级
（3）、岩石的屈服极限 P OY
由载荷—位移曲线可以读出:P0=481Kg,因此有
Py
pg s
4819.8 1501.2 3.14
MPa
（4）、综合上述知岩石的性质如下表：
岩石名称
硬度 Py
屈服极限 塑性系数 k P
s d 2 / 4 3.14 22 / 4 3.14mm2
Py
pg s
4819.8 1501.2 3.14
MPa
按照岩石硬度六类 12 级的依据分类，该岩石的硬度为中硬 6 级。
（2）、岩石的塑性系数 岩石的塑性系数的计算公式为：
KP
AOABC AODE
由图可知，两面积非常接近，比值约等于 1。
灰岩
1501.2MPa 1501.2MPa
1
硬度级别 中硬 6 级
塑性级别 脆性 1 级
六、思考题
1．测量的岩石变形曲线不规则是什么原因，分析与操作的关系？ 答：在操作过程中使用手摇泵进行加载，很难实现匀速转动，难以达到均匀
加载的效果，所以载荷变化不稳定，导致曲线不规则。 2．测量过程中岩石可能发生大块破碎，此时计算的结果是否准确？
式中：
pY
po S
(塑性岩石)
(2)
Poy ——岩石的屈服极限，MPa。
对于塑性岩石，由于岩石未发生脆性破坏，用屈服极限来衡量岩石的抗压入 强度。岩石的塑性系数是定量表征岩石塑性及脆性大小的参数。塑性系数为岩石 破碎前耗费的总功 AF 与岩石破碎前弹性变形功 AE 的比值，计算依据图 1 中岩石 的变形曲线。以塑脆性岩石为例，计算公式为：
岩石坚固性与坚硬程度的评估方法
岩石坚固性与坚硬程度的评估方法岩石作为地球的重要组成部分，在地质学和工程领域中占据了重要地位。
岩石的坚固性和坚硬程度是评估其物理性质和使用价值的重要指标。
在本文中，我们将探讨几种常用的方法来评估岩石的坚固性和坚硬程度。
一、岩石的坚固性评估方法1. 试验方法：试验方法是评估岩石坚固性的常用方法之一。
这种方法通常通过试验来测定岩石的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等指标。
其中最常用的试验包括岩石的压缩试验、拉伸试验和剪切试验。
通过对岩石进行这些试验，可以得到岩石的强度参数，进而评估其坚固性。
2. 地质调查方法：岩石坚固性的评估除了试验方法外，地质调查方法也是一种重要的手段。
通过对岩石层的观察和描述，可以初步判断岩石的坚固性。
例如，如果岩石层呈现出坚硬、紧密的特点，很可能具有较高的坚固性。
而如果岩石层呈现出疏松、脆弱的特点，则很可能具有较低的坚固性。
3. 岩石岩性和结构：岩石的岩性和结构也对其坚固性有一定的影响。
不同类型的岩石具有不同的坚固性。
例如，片理较发育的页岩具有较低的坚固性，而晶粒较大的花岗岩具有较高的坚固性。
此外，岩石的结构也会对其坚固性产生影响。
当岩石具有较好的连续性和紧密性时，其坚固性往往较高。
二、岩石的坚硬程度评估方法1. 储量法：储量法是评估岩石坚硬程度的常用方法之一。
该方法通过测量岩石在一定条件下的硬度指标，如洛斯安吉斯硬度、维氏硬度等，来评估岩石的坚硬程度。
这些硬度指标是通过对岩石进行试验得出的，可以客观地反映岩石的坚硬程度。
2. 工程观测法：工程观测法也是评估岩石坚硬程度的一种方法。
在实际工程中，可以通过钻孔、露天开挖等方式来观测和采样岩石，进而评估其坚硬程度。
例如，钻孔时钻头的进度和所使用的推进力可以反映出岩石的坚硬程度。
3. 地球物理勘探法：地球物理勘探法是一种间接评估岩石坚硬程度的方法。
通过测量岩石的物理性质，如密度、声波速度等，可以对其坚硬程度进行评估。
例如，坚硬的岩石往往具有较高的密度和声波速度。
岩石硬度及塑性系数的测定
中国石油大学钻井工程实验报告实验日期：2014.09.30 成绩：班级：石工学号：姓名：教师：同组者：实验1 岩石硬度及塑性系数测定一、实验目的1．通过实验直观了解岩石的物理机械性质。
2．通过实验学习掌握岩石硬度及塑性系数的测定方法。
二、实验原理利用手摇泵加压，压力传递给压模（硬质合金压头），岩样与压头和位移传感器接触之后，用手摇泵慢速均匀加载，压头吃入岩样直至破碎，函数记录仪记录整个过程的载荷与位移值，通过载荷与位移的关系曲线计算岩石硬度和塑性系数。
1．实验仪器设备示意图(如图一)2．压模圆柱体压模用高强度钢制成胚体后嵌入硬质合金锥，将硬质合金锥磨成柱体(尺寸如图所示)d=1.2～2.5mm，使压模与岩石的接触面积始终不变，便于计算岩石的抗压与极限强度-硬度值。
要求压模的两端绝对平行，硬质合金应垂直地镶入胚体中，经研磨后的柱体，必须用读数显微镜测出直径的准确数据。
3．硬度计由底座、液缸及活塞、支柱、横梁组成，并可固定位移传感器、压力传感器、压模及岩样。
4．加压系统用活塞式手摇液压泵给液缸加压力液，使活塞上升并使压模加压力给岩样，管路中装有压力表以观察压力的变化。
5．位移计位移计固定在硬度仪的横梁上，用它测量压模压入岩样的深度，将机械位移量转换成电量。
6．压力传感器将所加压力的物理量转换成电量。
7．函数记录仪由位移计、压力传感器输入的信号经放大、相敏、检波、滤波的电信号输给函数记录仪。
图三压模示意图三、实验步骤1.将岩石切磨成正方（圆柱）体，其高度不小于50mm，被测量端面应加以研磨，使岩样平滑且相互平行（直径50mm 的岩样两端面不平行度不应超过0.5mm），岩样制备后应在低于100的烘箱中烘干2-2.5个时，然后放在干燥器内备用。
2.用读数显微镜测出压摸压头的直径并记录下来，3.打开纪录仪开关，调整零点：按菜单，选捧输入，按设置，输入密码,选择零点修正。
4.将岩样至于硬度仪的岩心托盘上，摇动手摇泵，活塞慢慢上升，移动位移传感器，使岩样先与位移传感器接触，当纪录仪显示压力有变化时，说明岩样与压头已接触上，停止摇动手摇泵，此时记录下位移值和压力值，作为零点。
岩石的几种实验室试验方法
岩石的几种实验室试验方法实验一 岩石的抗拉强度实验一、原理抗拉强度是岩石力学性质的重要指标之一。
由于岩石的抗接强度远小于其抗压强度，故在受载时，岩石往往首先发生拉伸破坏，这一点在地下工程中有着重要意义。
由于直接拉伸试验受夹持条件等限制，岩石的抗拉强度一般均由间接试验得出。
在此采用国际岩石学会实验室委员会推荐并为普遍采用的间接拉伸法（劈裂法，又舟巴西法）测定岩样的抗拉强度。
由弹性理论可以证明，圆柱或立方形试件劈裂时的抗拉强度由下式确定DtP ubt πσ2=式中：P u —试件破坏时的荷载；D —圆柱体试件的直径或立方体试件高度； t —圆柱体试件厚度或立方体试件宽度。
止式认为在试件破裂面上的应力为均匀拉应力，实际上在试件受压接触点处，压应力值大于均匀拉应力值的12倍以上，然后迅速下降，以圆柱试件为例，在距圆柱试件中心大约0.8r （半径）处，应力值变为零，然后变为拉应力，至圆板中心附近拉应力取最大值，因此做劈裂试验时常在圆柱样中心附近首先产生拉伸断裂，圆柱体试件受压直径面上的应力分布如图1－1所示。
图1－1二、仪器设备1．压力机，规格10吨；2．试样加工设备：钻石机、切石机、磨光机、卡尺、角尺、测量平台、放大镜、金刚砂、玻璃板、烘箱、干燥器等；3．垫条：直径为1.5mm或为2.0mm的钢丝。
三、操作步骤1．试样制备规格为υ5厘米或5×5厘米的岩样，每组3个，加工允许尺寸误差小于0.2mm，两端面平行度小于0.1mm，端面应垂直于试样轴线，最大偏差小于0.25度。
对于非均质粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比应满足标准试样的要求。
2．试样安装将准备好的试样连同垫条按图1－1所示的形式旋转在压力机上下压板间，然后调整压力机的横梁或活塞，使试样固定，应注意使试样上、下两垫条刚好位于包含压力机加荷板中心线的垂直面内，以避免荷载的偏心作用。
3．施加荷载以每秒3~5kg/cm2的加荷速率加压，直至试样破坏，记录最大破坏荷载，并描述试样破坏情况。
岩土工程力学性质实验参数测定法
岩土工程力学性质实验参数测定法岩土工程力学性质实验参数测定法是岩土工程领域中一项重要的研究方法，用于确定岩土体的力学性质参数。
通过实验测试，可以获取关键的力学性质参数，如弹性模量、抗剪强度、压缩模量等，这些参数对于设计土木工程结构和评估岩土体稳定性起着至关重要的作用。
岩土工程力学性质实验参数测定法的目的是为了严谨准确地了解土体的物理和力学性质，以便工程师能够根据这些参数设计和建造稳定可靠的工程结构。
在岩土工程中，土体的力学性质参数对土体的强度、稳定性和变形特性的评估和分析非常重要。
下面介绍几种常用的岩土工程力学性质实验参数测定法：1. 可塑性指数测定法可塑性指数是土壤的塑性变形特性的度量，反映了土壤的可塑性。
通过操纵土壤样本的水分含量和塑性限值，可以根据标准试验方法计算出土壤的可塑性指数。
这可以帮助工程师评估土壤的可变性，以确保工程的稳定性和可靠性。
2. 压缩指数测定法压缩指数是土壤在重力作用下发生变形时的变形特性的度量，反映了土壤的压缩性。
通过对土壤样本进行不同压力和时间的加载实验，并记录变形量，可以计算出土壤的压缩指数。
这有助于工程师预测土壤的压缩行为，并确定合适的建筑基础设计。
3. 摩擦角测定法摩擦角是土体内部和土体与周围介质之间摩擦阻力的度量，用于评估土体的抗剪强度。
通过应用标准试验装置施加剪切力，并记录土体的变形和剪切应力，可以计算出土体的摩擦角。
这对于工程师来说是非常重要的，因为它可以帮助他们确定土体的稳定性和抗剪力。
4. 弹性模量测定法弹性模量是评估土壤和岩石的刚度和变形特性的重要参数。
根据杨氏模量的定义，可以通过在不同应力水平下对土体样本进行加载实验，并测量相应的应变和应力来计算出弹性模量。
这有助于工程师预测土体的变形行为，并设计出稳定的工程结构。
总结起来，岩土工程力学性质实验参数测定法是一项关键的研究方法，可用于确定土壤和岩石的力学性质参数。
通过对土体样本进行一系列的实验测定和分析，工程师能够评估土体的强度、稳定性和变形特性，从而确保设计和建造稳定可靠的工程结构。
岩石硬度检测方法
岩石硬度检测方法
岩石硬度的检测方法有多种，以下提供两种方法：
1. 观察法：用指甲、铜钥匙、小刀刻划物体表面，根据刻划痕迹判断硬度。
如果能用指甲划开则硬度软，用铜钥匙划开则硬度较软，用小刀划开则硬度较硬（用小刀时请注意安全），小刀刻划不了则硬度为硬。
2. 试验法：通过不同的岩石硬度试验方法来检测，包括单轴压缩试验（单轴抗压强度试验）、三轴压缩试验、点荷载强度试验、抗拉强度试验、直剪试验和声波试验等。
这些试验方法可以测定岩石的力学特性，包括弹性模量、抗拉强度、抗剪切强度等，从而判断其硬度。
以上方法仅供参考，如果需要检测岩石硬度，建议咨询专业人士。
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中国石油大学（钻井工程）实验报告
实验日期：2015.10.12 成绩：
班级：石工班学号：姓名：教师：
同组者：
实验1 岩石硬度及塑性系数测定
一、实验目的
1. 通过实验了解岩石的物理机械性质。
2.通过实验学习掌握岩石硬度、塑性系数的测定方法
二、实验原理
利用手摇油泵加压，将液压传递给压模（硬质合金压头），推动活塞上升，使岩样与压模、位移传感器接触。
用手摇泵慢速均匀加载，随着载荷的增加，压模将逐渐压入岩样直至破碎，位移传感器测出压入深度，压力传感器测出作用在岩石上的载荷。
测出的载荷、位移信号传给函数记录仪，函数记录仪便自动记录下岩石的载荷与压入深度数据，利用专用软件将该数据导入计算机中进行数据处理，画出载荷与位移的关系曲线计算岩石硬度和塑性系数。
三、实验仪器
1．手摇油泵2．压模（d=1.2~2.5mm）3．位移传感器、载荷传感器
4．液压罐5．函数记录仪
图1仪器设备示意图图2压膜结构
四、数据处理
1．根据每点作出的曲线求出岩石硬度
P
y 表1原始数据表表2处理数据表
根据表2作出吃入深度与载荷的关系曲线图如下图3
岩石的硬度为： S
P =
y P 其中： P —破碎时最大载荷，单位kg ；S —压模面积，单位2m m 。
由图3知： 在B 点破碎时最大载荷为P =1080kg =10800N ，压模的d =2mm 。
所以， )(49.3439214.34
110800
4
1P 2
2y MPa d P S
P =⨯⨯===
π 按我国岩石硬度六类12级分类，该岩石为中硬8级。
2． 求塑性系数
ODEO OABCO
E F S S K ==
A A p
其中：AF —岩石破碎前耗费的总功，相当于OABCO S ； AE —弹性变形功，相当于面积ODEO S ；
O P —屈服极限，kg ； OC —压入岩样深度，mm 。
由图3可得：OABCO S
=(0.547-0.066+0.547-0.375)*1080/2
ODEO S =(0.375-0.066)*1080/2 所以，12.2S S
K ODEO
OABCO E F ===
A A p 由塑性三类6级分类可知，该岩石塑性级别为2级。
五、 实验结果
表3 实验结果数据表
六、 思考题
1．在塑性岩石中，它没有破碎点，如何求它的硬度？
答：对于塑性岩石，取产生屈服（从弹性变形开始向塑性变形转化）时的载荷OY P 代替P ，即： S
P P OY
Y =。
2．为什么要求被测岩样两端必须平行？
答： 要求岩样两端面平整是保证在进行压入实验时，压头端面均匀压入岩石，即让压头端面压入的面积始终是S ，避免由于不平整造成的压入面积小于S ，否则会造成计算的岩石硬度的不准确。
3．画出的曲线有不规则的现象是何原因？ 答：（1）手摇油泵加压时加载不均匀； （2）岩样内部的非均质性。