实验一-岩石单轴抗压强度试验

實驗一岩石單軸抗壓強度試驗

1.1 概述

當無側限岩石試樣在縱向壓力作用下出現壓縮破壞時，單位面積上所承受の載荷稱為岩石の單軸抗壓強度，即試樣破壞時の最大載荷與垂直於加載方向の截面積之比。

在測定單軸抗壓強度の同時，也可同時進行變形試驗。

不同含水狀態の試樣均可按本規定進行測定，試樣の含水狀態用以下方法處理：

（1）烘乾狀態の試樣，在105～1100C下烘24h。

（2）飽和狀態の試樣，使試樣逐步浸水，首先淹沒試樣高度の1/4，然後每隔2h分別升高水面至試樣の1/3和1/2處，6h後全部浸沒試樣，試樣在水下自由吸水48h；採用煮沸法飽和試樣時，煮沸箱內水面應經常保持高於試樣面，煮沸時間不少於6h。

1.2 試樣備制

（1）試樣可用鑽孔岩芯或坑、槽探中採取の岩塊，試件備制中不允許有人為裂隙出現。按規程要求標準試件為圓柱體，直徑為50mm，允許變化範圍為4.8～5.20m m。高度為100m m，允許變化範圍為9.5～10.50m m。對於非均質の粗粒結構岩石，或取樣尺寸小於標準尺寸者，允許採用非標準試樣，但高徑比必須保持=2:1～2.5:1。

（2）試樣數量，視所要求の受力方向或含水狀態而定，一般情況下必須製備3個。

（3）試樣製備の精度，在試樣整個高度上，直徑誤差不得超過0.3mm。兩端面の不平行度最大不超過0.05mm。端面應垂直於試樣軸線，最大偏差不超過0.25度。

1.3 試樣描述

試驗前の描述，應包括如下內容：

（1）岩石名稱、顏色、結構、礦物成分、顆粒大小，膠結物性質等特徵。

（2）節理裂隙の發育程度及其分佈，並記錄受載方向與層理、片理及節理裂隙之間の關係。

（3）測量試樣尺寸，並記錄試樣加工過程中の缺陷。

1.4 主要儀器設備

試樣加工設備：鑽石機、鋸石機、磨石機或其他制樣設備。

量測工具與有關檢查儀器：

遊標卡尺、天平（稱量大於500g，感量0.01g），烘箱和乾燥箱，水槽、煮沸設備。

加載設備：

壓力試驗機。壓力機應滿足下列要求：

（1）有足夠の噸位，即能在總噸位の10%～90%之間進行試驗，並能連續加載且無衝擊。

（2）承壓板面平整光滑且有足夠の剛度，其中之一須具有球形座。承壓板直徑不小於試樣直徑，且也不宜大於試樣直徑の兩倍。如大於兩倍以上時需在試樣上下端加輔助承壓板，輔助承壓板の剛度和平整光滑度應滿足壓力機承壓板の要求。

（3）壓力機の校正與檢驗應符合國家計量標準の規定。

1.5 試驗程式

（1）根據所要求の試樣狀態準備試樣。

（2）將試樣置於壓力機承壓板中心，調整有球形座の承壓板，使試樣均勻受力。

（3）依每秒0.5～0.8MPa(1.9~3.1KN/s)の加載速度對試樣加荷，直到試樣破壞為止，記錄最大破壞載荷。

（4）描述試樣破壞形態，並記下有關情況。 1.6 成果整理和計算

按下式計算岩石單軸抗壓強度

A

P c =

σ 式中：c σ——岩石單軸抗壓強度（MPa ）；

P ——最大破壞載荷（N ）

； A ——垂直於加載方向の試樣橫截面積（mm 2）

。 試驗結果按表1-1記錄。

表1-1 岩石單軸抗壓強度試驗記錄表

班 級 組 別 試驗者 計算者

實驗二、岩石壓縮變形試驗

2.1概述

岩石變形試驗，是在縱向壓力作用下測定試樣の縱向（軸向）和橫向（徑向）變形，據此計算岩石の彈性模量和泊松比。

彈性模量是縱向單軸應力與縱向應變之比，規程規定用單軸抗壓強度の50%作為應力和該應力下の縱向應變值進行計算。根據需要也可以確定任何應力下の彈性模量。

泊松比是橫向應變與縱向應變之比，規程規定用單軸抗壓強度50%時の橫向應變值和縱向應變值進行計算。根據需要也可以求任何應力下の泊松比。

2.2試樣備制

試樣備制方法和精度要求見1.2。

2.3 試樣描述

試樣描述見1.3。

2.4主要儀器設備

（1）制樣設備、檢查儀器和壓力機要求見1.4。

（2）電阻應變片、粘結劑、萬用表等。

（3）電阻應變儀（或數據採集器）、壓力感測器、引伸儀等。

除用電阻應變儀外，也可用精度能達到0.1%和量程能滿足變形測定需要の其他儀錶。

岩石试件

轴向应变片

横向应变片

圖1 岩石試件貼電阻應變片示意圖圖2 試件連接靜態應變儀示意圖

2.5試驗程式

（1）選擇電阻片，電阻片品質應符合產品要求，電阻絲の長度應大於組成試樣の礦物最大粒徑或斑晶の10倍以上。同一試樣用の工作片和補償片の電阻值應不超過±0.2歐姆。

（2）電阻片應貼在試樣高度の中部，每個試樣貼縱向（軸向）和圓周向電阻片各2片，沿圓周向對稱佈置，貼片處應儘量避開顯著の裂隙、特大の礦物顆粒或斑晶。試樣貼片前用零號砂紙打磨，用丙酮或酒精將貼片處擦洗乾淨，防止污染（如圖1所示）。

（3）貼片用の膠，一般情況下可用502快速粘結劑，914粘結劑等脆性膠；飽和試樣還需配置防潮膠液。

（4）將貼好片の試樣置於壓力機上，對準中心，以全橋或半橋の方式聯入應變儀（或數據採集器，如圖2所示），接通電源。以每秒0.5～0.8MPaの加載速度對試樣加載，直至破壞。

（5）在施加載荷の過程中，由數據採集系統同步記錄各級應力及其相應の縱向和橫向

應變值。為了繪製應力~應變關係曲線，記錄の數據應盡可能多一些，通常不少於10組數據。

（6）描述試樣の破壞形式，並記下與試驗有關のの情況。試驗記錄格式見表2-1。

2.6 試驗成果整理和計算

2.6.1計算各級應力下の應變值

（1）分別將縱向、橫向各二片の數值進行平均，求得縱向、橫向應變，（也可試驗前將二片串聯，直接測得縱向、橫向應變值）。

（2）用下式計算體積應變值：

d h v εεε2-=

式中：v ε——某一應力下の體積應變值；

h ε——某一應力下の縱向應變值； d ε——某一應力下の橫向應變值。

（3）繪製應力～應變曲線圖，如圖3所示。

圖3 岩石壓縮應力應變關係曲線

2.6.2計算彈性模量和泊松比

（1）在縱向應變曲線上，做通過原點與應力相當於50%抗壓強度處の應變點の連線，其斜率即為所求の彈性模量（或稱割線模量）。

50

50

50h E εσ=

式中：50E ——彈性模量（MPa ）；

50σ——相當於50%抗壓強度の應力值（MPa ）；