岩石力学基础试验2013.11

岩石单轴压缩变形试验
一、基本原理
岩石在弹性极限以内的单轴压力作用下，其应力和应变 之比近于常数，此比值称为弹性模量。横向应变与纵向应变 之比称为泊松比。 在纵向压力作用下测定试样的纵向变形和横向变形， 并据以计算岩石的弹性模量和泊松比。通常用抗压强度的50 ％的应力和相应的纵向应变值计算弹性模量，用该应力下的 横向应变值和纵向应变值计算泊松比。也可根据需要计算任 何应力下的弹性模量和泊松比。 初始模量、割线模量、切线模量的区别。
试验内容
一、岩石单轴压缩变形试验
二、岩石单轴抗压强度试验 三、岩石抗拉强度试验 四、岩石直剪强度试验
岩石单轴抗压强度试验
一、引言 与岩石单轴压缩变形试验比较异同点！
相同点：仪器设备和操作步骤基本与岩石单轴压缩变 形试验一致。 不同点：不用贴应变片，不记录应变数据；不用分级 加载，更简单一些。
岩石单轴抗压强度试验
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
三）、试验步骤 4、接应变仪导线——接应变仪4组8根导线
在承压板刚接触上试件时，注意将1～4号通道清零，但在试 验过程只能清零1次！
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
三）、试验步骤 5、仪器、软件控制开启
(1)、打开试验机电源
开关，启动油泵。 (2)、启动计算机，进 入Windows操作系统。 (3)、启动试验程序 ， 在导航界面上点击右侧第 一项“混凝土抗压试验”。
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
(4) 当试件刚好接触上
承压板时，将力值通道 数据调零，然后开始试 验，点击开始测试，然 后操作阀门进行加载。
岩石抗拉强度试验
3、加载速率 荷载速率：11.7~35.1KN/min； 软岩适当降低加载速度。 注意：试件最终破坏应通过两垫条决定 的平面，否则应视为无效试验。 记录最后最大破坏荷载值！！ 4、试件描述 记录加载过程中出现的现象，对破 坏后的试件进行描述。
圆柱体：φ=48~54mm
试件直径大于岩石最大颗 粒尺寸的10倍
国家标准
高径比：0.5~1.0
岩石抗拉强度试验
二）试验过程
1、安装垫条 硬岩石—直径为1mm 钢丝； 软岩石—宽度与试 件直径之比为0.08～0.1 的硬纸板或胶木板。 作用力通过两垫条所 确定的平面。
试件 垫条
岩石单轴压缩变形试验
岩石单轴压缩变形试验
二、仪器设备
上海华龙压力机 （300KN、600KN）
加油阀 卸油阀 下承压板 上承压板
油泵开关
岩石单轴压缩变形试验
二、仪器设备
静态电阻应变仪
接温度 补偿片
岩石单轴压缩变形试验
二、仪器设备
其它： 电阻应变片（120Ω，3mm×20mm），横纵各2对，共4 片；胶合剂 钻石机；切石机；磨石机； 游标卡尺（测3次取平均值）； 烘箱；干燥器；水槽；
岩石单轴抗压强度试验
三、成果要求
岩石单轴抗压强度 R=Pf/A 式中: R— 岩石单轴抗压强度(MPa)； Pf—试样破坏荷载(N)； A—试件的截面积(mm2) 。
作为单项写一份试验报告！
岩石单轴抗压强度试验
试验成果记录表
试件尺寸
高 mm 试件面 积(A) mm2 破坏荷 载(P) N
试 岩石 件 名称 编 号
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
一）试件制备 1、试件可用岩芯或岩块加工制成。
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
2、试件尺寸、大小和高径比对测试结果影响很大，采取标准试样。 标准试件的选择原则： a、圆形试样具有轴对的特点，应力分布较均匀，优先选用； b、试样尺寸大于矿物颗粒10倍，考虑充分利用钻孔岩芯； c、试件高度与直径之比宜为2.0～2.5； 不同高径比对试验结果的影响？
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
三）、试验步骤
加载直至试件破坏后，关闭“加油阀”，打开“卸油阀”， 待压力机下承压板下降至设定位置，记录破坏荷载（P），取下试 件进行破坏形态描述。
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
三）、试验步骤 (9)、试验数据 1)记录各级压力、应 变仪4个通道应变记录 数据； 2)压力、纵向位移数 据可在软件文件菜单中 选择导出试验数据到 excel。
受 力 含水 方 状态 直径 向 mm
抗压强度（R）
单值 MPa 备 平均 注 值 MPa
试验内容
一、岩石单轴压缩变形试验
二、岩石单轴抗压强度试验 三、岩石抗拉强度试验 四、岩石直剪强度试验
岩石抗拉强度试验
岩石的抗拉强度—岩石抵抗单轴拉伸破坏的最大能力， 即岩石受单轴拉伸而破坏时，受拉面上的极限应力值。
注意点：体积应变计算 中，纵向应变和横向应 变都是绝对值！
岩石单轴压缩变形试验
四、成果要求
3、绘制应力与纵向应变及横向应变关系曲线
σ( σ ～ε σ ～ε
)
σ ～ε
ε
岩石单轴压缩变形试验
四、成果要求
4、计算弹性模量和泊松比
E50
50 50
50
d 50 l 50
式中：E50 岩石割线弹性模量( MPa )；
岩石抗拉强度试验
计算抗拉强度 σt= 2P/πDH 式中: σt—岩石的抗拉强度(MPa)； P—破坏荷载(N)； D—试件直径(mm)； H—试件高度(mm)。
计算值取三位有效数。
注意：单位换算！
小结
试验报告要求
三个试验：一个试验写一个试验报告，共3篇试 验报告，其中试验一还要画应力－应变曲线图； 报告要及时做，做好后自己先保管好，在下次课 （第四个试验）做完后1个礼拜内一起上交。 注意：试验过程中出现仪器不动等问题（漏油）， 先找老师咨询。 思考：影响岩样试验结果的因素有哪些？ 联系电话：13540651560
一段时间，读取力值、应变仪上相应连接有应变
片的测点（如1－4号）的数据。 探讨：加载速率对岩石强度的影响？？？
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
三）、试验步骤
注意：试验意外终止 当发生意外或不再需要继续试验，可点击工具栏“终止测试”。 试验过程中，试验机在以下几种情况下产生急停： 1）触动机械限位，引起试验机急停。 2）设备超过力值量程，引起试验机急停。 3）人为拍下急停按钮，引起试验机急停。 试验机急停，程序自动关闭仪器，并提示急停原因。
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
三）、试验步骤 (4)、检查控制器力值、 位移数据显示是否正常。 当力值、位移数据都为0 时，表示不正常；则需 关闭软件后，重新打开 软件检查。 (5)、新建试验，点击 “定义编号”，自动或 手动输入试验编号（这 一步必须）。
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
三）、试验步骤 (6)、点击工具栏
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
二）、试件描述
1、岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性 质等。 2、加荷方向与岩石试件内层理、节理、裂隙的关系。 加荷方向与试件层面关系不同对试验结果的影响？？？ 3、试件加工过程中出现的问题。 4、含水状态。
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
三）、试验步骤 1、选择应变片(BF120-15AA)，电阻120Ω，4片电阻率误差小 于0.1Ω。 2、砂纸打磨－>酒精擦洗干净－ >502胶水，厚度小于0.1mm， 保证应变片与岩石接触面无空气、气泡；万用表检查电阻率。 3、焊接导线－>将试件置于试验机承压板中心。
岩石力学基础试验
授课人：孟陆波
成都理工大学
环境与土木工程学院
试验内容
一、岩石单轴压缩变形试验－2学时
二、岩石单轴抗压强度试验－1学时 三、岩石抗拉强度试验－1学时 四、岩石直剪强度试验－4学时
岩石单轴压缩变形试验
引言－岩石变形特性
σ( )
σ ～ε
ε 纵向应变与轴向应力关系曲线
oa阶段：压密阶段，曲线呈上凹 型，岩石内微裂隙在外力作用下发生 闭合； ab阶段：弹性阶段，曲线呈近直 线（近似弹性介质），b点为屈服点。 用E和μ描述其变形特性。 bc阶段：塑性阶段，曲线呈下凹 型，岩石产生不可逆的塑性变形。c 为岩石破坏点。 cd阶段：应变软化阶段，峰值应 力后，岩石仍有一定的承载能力，并 随着应变增大而减小。 d点以后为摩擦阶段，岩石产生宏 观断裂面后，其摩擦具有 抵抗外力 的能力。
“试验选项”进行设置，
分为2个部分：基础设置、 试样参数。 基础设置完
成后，可基本不变；试
验前需对试样参数进行 编辑，修改试样的形状、 尺寸。
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
三）、试验步骤 (7) 、旋转压力机
正式开始试验前，将力值、位移、应变初始化！
“加、卸油阀”，当试
件刚接触上下承压板时， 将力值、位移、应变仪
通道数据调零，可开始
试验，点击软件工具栏 “开始测试”，然后控 制压力机“加、卸油阀” 加载。
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
三）、试验步骤
(8)、加载并记录 分级加载，荷载间隔2KN。通过手动调节“加
油阀”的旋转角度，同时观察右图所示界面上
“力值”及“时间”显示的大小，控制分级加载 速率为0.98KN/s-1.96KN/s。每一级荷载下要稳定
50 岩石泊松比； 50 相当于岩石单轴抗压强度50%时的应力值( MPa )； l 50 应力为 50时的纵向应变值； d 50 应力为 50时的横向应变值。
岩石单轴压缩变形试验
四、成果要求
5、试验报告要求－自己动手写，报告内容： 1、目的 2、原理 3、仪器 4、步骤 5、数据及计算 6、结果分析 7、结论及心得体会
二、基本原理
岩石的抗压强度——岩石抵抗单轴压力破坏的最大能 力。即标准岩石试样在压力作用下破坏时的最大荷载与 垂直于加荷方向的截面积之比。 岩样饱水后，其强度降低，这种现象称为软化，用 软化系数表示。 软化系数——饱水试样的抗压强度与干燥状态试样 的抗压强度之比。 一般情况要求测定岩样的天然抗压强度、干抗压强 度和饱水抗压强度，并计算岩样的软化系数。
圆柱体：φ=48~54mm
试件直径大于岩石最大颗 粒尺寸的10倍
国家标准
高径比：2.0~2.5
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
3、精度要求：
在试件整个高度上，直径误差不超过0.3mm； 两端面的不平行度，最大不超过0.05mm； 端面应垂直于试件轴，最大偏差不超过0.25度。 尺寸精度对试验结果的影响！ 4、试件含水状态 天然含水状态； 烘干状态； 饱水状态。 同一含水状态下每组试件数量不少于3个。
主源自文库测试 方法
直接拉伸法
劈裂法（间接法）
劈裂法是在圆柱体试件的直径方向上施加相对的线 性荷载，使之发生破坏的试验。
本方法不适用软弱岩石。
岩石抗拉强度试验
一）试件制备
1、试件可用岩芯或岩块加工制成。 2、试件尺寸、大小和高径比对测试结果影响很大，采取标准 试样。 标准试件的选择原则： a、圆形试样具有轴对的特点，应力分布较均匀，优先选用； b、试样尺寸大于矿物颗粒10倍，考虑充分利用钻孔岩芯。 c、高度与直径之比为1.0。
试验内容
一、岩石单轴压缩变形试验
二、岩石单轴抗压强度试验 三、岩石抗拉强度试验 四、岩石直剪强度试验
引言
回顾上堂课试验内容：
岩石单轴压缩变形试验－？ 岩石单轴抗压强度试验－？ 岩石抗拉强度试验－？
岩石直剪强度试验
三、操作步骤
2、仪器、软件控制开启
(1)启动试验程序，在导航
界面上选择试验项目设置， 导航界面右边显示“创建新
试验项目”和当前已有的试
验项目。
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
(2)检查控制器力值、位
移数据显示是否正常。 当力值、位移数据都为0
时，表示不正常，需关
闭软件后，重新打开软 件。 (3)新建试验，点击定义 编号，自动或手动输入 试验编号。
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
1） 烘干状态
将试件置于烘箱内，在105～1100C温度下烘24h，取出放入干 燥器内冷却至室温后称重。
2）饱水状态
自由水法饱和试件 将试件放入水槽，先注水至试件高度的1/4处，以后每隔2h分别
注水至试件高度的1/2和3/4处，6h后全部淹没试件 。试件在水中
自由吸水48h后，取出试件并沾去表面水分称重。
岩石单轴压缩变形试验
三、操作步骤
三）、试验步骤
(10)、所有试件试验完成后，关闭顺序： 1）从控制器关闭油泵； 2）关闭试验机电源开关； 3）退出试验程序，关闭计算机。
岩石单轴压缩变形试验
四、成果要求
1、计算各级应力 σ= P/A 式中: σ—各级应力(MPa)； P—与所测各组应变值相应的荷载(N)； A—试件的截面积(mm2)。 注意点：计算单位！！！ 2、计算各级应力下的应变值