岩石力学实验ppt课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
①在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm； ②端面的不平行度，最大不超过0.3mm； ③试样的两端面应垂直于试样轴线。
16
四、实验步骤
(1) 试件端面垂直度测量
检测方法如图所示，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。对于不合格试样，使用锉刀打磨，直至符合要求。
1.百分表；2.百分表架；3.试件；4.实验台
18
四、实验步骤
(3) 试件直径测量
取岩石试件上中下三断面测量位置，采用游标卡尺分别测量垂直于中轴 线且互成90°方位的试件直径，填入试样尺寸记录表中，并分析直径误差。
上断面
中断面
下断面
互成90°测量
19
四、实验步骤
(4) 试件长度测量 将试样断面分为相互垂直的4个方位，采用游标卡尺分别测量不同方
增量；
O
Δσ Δε
10
二、实验原理
岩石的割线模量是指单向受力条件下岩石应力—应变曲线上相应于 50％抗压强度的点与原点连线的斜率：
E50
50 50
（3） 应力
50—单向抗压强度的50%的应力值，MPa； 50 —试件与 对应的轴向应变值。
Δσ50
O Δε50
应变
11
二、实验原理
3/64
绪言
地层中钻取的岩心
标准的岩心试样
采集的岩样用标 准尺寸钻头取心
获得标准直 径岩心试件
切割两端面获得标 准长度的岩心试样
精磨试样两端面 使端面平滑规则
绪言
样品采集和岩石学审查
钻岩心 几何形状检验
端面切割 端面磨平
环境存放
样品包裹（围压实验）
实验
6/64
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
单轴压缩岩石破坏特征
岩石在单轴压缩试验条件下，其破坏类型主要分为三种：X状共扼斜 面剪切破坏、单斜面剪切破坏、拉伸破坏，其破坏形式如下：
破坏面
破坏面
破坏面
X状共扼斜面剪切破坏 单斜面剪切破坏
拉伸破坏
12
三、实验仪器 主要实验仪器 1.游标卡尺，精度0.02mm； 2.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架、锉刀； 3.WDW-200微机控制电子万能试验机。
13
三、实验仪器 WDW-200微机控制电子万能试验机
刚性框架 电源开关
横梁 上承压板
下承压板
计算机及控制软件
启动开关
14
四、实验步骤 1. 试件端面磨平
观察岩石试件，若两端面存在明显不平整，采用锉刀垂直于试 件轴线进行往复打磨至其两端面平整。
15
四、实验步骤
2. 测试件尺寸测量
试验采用圆柱体作为标准试样，直径为25mm，允许变化范围为 23~28mm，高度为50mm，允许变化范围为48~54mm。试样的尺寸要 求高径之比为2.0~2.5。试样制作精度：
小组编号
仪器编号
实验日期
试件 编号
1 2
试件尺寸
平均直 径
/mm
平均高 度
/mm
横截面 积
/m2
破坏最 大载荷
/kN
单轴抗压 强度/MPa
平均单轴 抗压强度
/MPa
试件描述
1
2
实验者
计算者
校核者
23
五、结果处理
1.直角尺；2.试件；3.实验台 17
四、实验步骤
(2) 试件平行度测量
检测方法如图所示，将百分表架与百分表固定于材料试验机平台上，放置试 样于百分表触头下方，在平台上缓慢前后、左右平移试样，观察百分表指针的摆 动幅度小于0.3mm（30格），则判定合格。对于不合格试样，使用锉刀打磨， 直至符合要求。
(5)破坏试样描述：拍照记录实验后试件的破坏形态，并根据岩 石单轴压缩实验试件破坏特征，对破坏试件进行描述，并导出实 验数据。而后清理试样，岩屑放入试验机旁塑料桶内。
22
五、结果处理
1. 岩石单轴抗压强度测定结果填入表2中，根据公式（1）计算出岩石的 单轴抗压强度。
表2 岩石单轴抗压强度实验原始记录表
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。
9
二、实验原理
岩石的弹性模量是指岩石在弹性变形阶段其应力
与应变变化值之比:
E
（2）
—轴向应力-应变曲线中直线段的轴向应
力增量，MPa；
—轴向应力-应力曲线直线段的轴向应变
石油工程岩石力学实验课程
2/64
绪言
岩石力学性质主要是指岩石的变形(deformation )特征及岩石的强度(strength )。对 任何工程现象来说，只有获得岩石的力学性质，得出力学参数（如弹性模量、泊松比、内聚 力、内摩擦角等），建立岩石的本构方程(constitutive equation)和破坏准则(failure criterion )，为进一步研究分析提供一定模式与依据。
为此，需要在实验室内严格控制某些因素的情况下进行岩石力学实验，然后将所得结果 应用到实践中去。
取样
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
实验
应用
确定研究 工区、钻 取具有代 表性岩心
室内岩石力学 实验（单轴压 缩、巴西劈裂、 三轴实验等） 获得岩石力学 性质及参数
建立本构方程和破 坏准则，结合地质 环境特征（地应力、 温度、地层压力等） 进行工程实际应用 （如判定井壁破裂 坍塌条件等）
(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。
7/64
一、实验目的 1．熟练掌握岩石单轴抗压实验试件尺寸测量方法； 2．观察岩石试件破坏过程，准确分析其破坏类型； 3．根据试件破坏单轴压应力，计算岩石的单轴抗压强度； 4．熟悉岩石应力-应变曲线各阶段的意义，计算岩石弹性 模量与割线模量。
8
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：
位的试件尺寸，填入试样尺寸记录表中，并分析高度误差。
相互垂直的4个方位
20
四、实验步骤
3. 加载实验 (1)将试件竖直放置于材料试验机下承压板上。使用50mm/min速度调节试验
机横梁，使上承压板与压板相距约5mm，转换成5mm/min速度调节试验机横梁， 使上承压板与压板接触。
21
四、实验步骤
16
四、实验步骤
(1) 试件端面垂直度测量
检测方法如图所示，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。对于不合格试样，使用锉刀打磨，直至符合要求。
1.百分表；2.百分表架；3.试件；4.实验台
18
四、实验步骤
(3) 试件直径测量
取岩石试件上中下三断面测量位置，采用游标卡尺分别测量垂直于中轴 线且互成90°方位的试件直径，填入试样尺寸记录表中，并分析直径误差。
上断面
中断面
下断面
互成90°测量
19
四、实验步骤
(4) 试件长度测量 将试样断面分为相互垂直的4个方位，采用游标卡尺分别测量不同方
增量；
O
Δσ Δε
10
二、实验原理
岩石的割线模量是指单向受力条件下岩石应力—应变曲线上相应于 50％抗压强度的点与原点连线的斜率：
E50
50 50
（3） 应力
50—单向抗压强度的50%的应力值，MPa； 50 —试件与 对应的轴向应变值。
Δσ50
O Δε50
应变
11
二、实验原理
3/64
绪言
地层中钻取的岩心
标准的岩心试样
采集的岩样用标 准尺寸钻头取心
获得标准直 径岩心试件
切割两端面获得标 准长度的岩心试样
精磨试样两端面 使端面平滑规则
绪言
样品采集和岩石学审查
钻岩心 几何形状检验
端面切割 端面磨平
环境存放
样品包裹（围压实验）
实验
6/64
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
单轴压缩岩石破坏特征
岩石在单轴压缩试验条件下，其破坏类型主要分为三种：X状共扼斜 面剪切破坏、单斜面剪切破坏、拉伸破坏，其破坏形式如下：
破坏面
破坏面
破坏面
X状共扼斜面剪切破坏 单斜面剪切破坏
拉伸破坏
12
三、实验仪器 主要实验仪器 1.游标卡尺，精度0.02mm； 2.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架、锉刀； 3.WDW-200微机控制电子万能试验机。
13
三、实验仪器 WDW-200微机控制电子万能试验机
刚性框架 电源开关
横梁 上承压板
下承压板
计算机及控制软件
启动开关
14
四、实验步骤 1. 试件端面磨平
观察岩石试件，若两端面存在明显不平整，采用锉刀垂直于试 件轴线进行往复打磨至其两端面平整。
15
四、实验步骤
2. 测试件尺寸测量
试验采用圆柱体作为标准试样，直径为25mm，允许变化范围为 23~28mm，高度为50mm，允许变化范围为48~54mm。试样的尺寸要 求高径之比为2.0~2.5。试样制作精度：
小组编号
仪器编号
实验日期
试件 编号
1 2
试件尺寸
平均直 径
/mm
平均高 度
/mm
横截面 积
/m2
破坏最 大载荷
/kN
单轴抗压 强度/MPa
平均单轴 抗压强度
/MPa
试件描述
1
2
实验者
计算者
校核者
23
五、结果处理
1.直角尺；2.试件；3.实验台 17
四、实验步骤
(2) 试件平行度测量
检测方法如图所示，将百分表架与百分表固定于材料试验机平台上，放置试 样于百分表触头下方，在平台上缓慢前后、左右平移试样，观察百分表指针的摆 动幅度小于0.3mm（30格），则判定合格。对于不合格试样，使用锉刀打磨， 直至符合要求。
(5)破坏试样描述：拍照记录实验后试件的破坏形态，并根据岩 石单轴压缩实验试件破坏特征，对破坏试件进行描述，并导出实 验数据。而后清理试样，岩屑放入试验机旁塑料桶内。
22
五、结果处理
1. 岩石单轴抗压强度测定结果填入表2中，根据公式（1）计算出岩石的 单轴抗压强度。
表2 岩石单轴抗压强度实验原始记录表
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。
9
二、实验原理
岩石的弹性模量是指岩石在弹性变形阶段其应力
与应变变化值之比:
E
（2）
—轴向应力-应变曲线中直线段的轴向应
力增量，MPa；
—轴向应力-应力曲线直线段的轴向应变
石油工程岩石力学实验课程
2/64
绪言
岩石力学性质主要是指岩石的变形(deformation )特征及岩石的强度(strength )。对 任何工程现象来说，只有获得岩石的力学性质，得出力学参数（如弹性模量、泊松比、内聚 力、内摩擦角等），建立岩石的本构方程(constitutive equation)和破坏准则(failure criterion )，为进一步研究分析提供一定模式与依据。
为此，需要在实验室内严格控制某些因素的情况下进行岩石力学实验，然后将所得结果 应用到实践中去。
取样
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
实验
应用
确定研究 工区、钻 取具有代 表性岩心
室内岩石力学 实验（单轴压 缩、巴西劈裂、 三轴实验等） 获得岩石力学 性质及参数
建立本构方程和破 坏准则，结合地质 环境特征（地应力、 温度、地层压力等） 进行工程实际应用 （如判定井壁破裂 坍塌条件等）
(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。
7/64
一、实验目的 1．熟练掌握岩石单轴抗压实验试件尺寸测量方法； 2．观察岩石试件破坏过程，准确分析其破坏类型； 3．根据试件破坏单轴压应力，计算岩石的单轴抗压强度； 4．熟悉岩石应力-应变曲线各阶段的意义，计算岩石弹性 模量与割线模量。
8
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：
位的试件尺寸，填入试样尺寸记录表中，并分析高度误差。
相互垂直的4个方位
20
四、实验步骤
3. 加载实验 (1)将试件竖直放置于材料试验机下承压板上。使用50mm/min速度调节试验
机横梁，使上承压板与压板相距约5mm，转换成5mm/min速度调节试验机横梁， 使上承压板与压板接触。
21
四、实验步骤