岩石变行试验(泊松比及弹性模量)

参考文献： 1．中华人民共和国国家标准 GB/T50266-99 工程岩体试验方法标准，P15。 中国计划出版社。 2．中华人民共和国国土资源部，地发［1986］760 号，岩石物理力学性质试验 规程 DY-17P89。地质出版社。 3．高等学校教材《岩体力学》 。地质出版社。 4．大理石资源地质工作暂行要求及参考资料，国家建筑材料工业局地质公司。
试验二
（一） 目的与意义
岩石变形试验（弹性模量及泊松比）
本试验的目的是测定规则形状的岩石试样在单轴压力作
用下的纵向、横向变形量，绘制应力—应变曲线，从而求得岩石弹性模量和泊松 比，即：岩石弹性模量用 E 表示，泊松比用μ表示。 目前在工程实践中，弹性模量和泊松比是最常用的岩石变形指标。 国内外岩石双指标分类原则，采用 E50（割线模量）作为统一衡量岩石变形 性质的指标。 （一）定义 弹性模量：岩石在压缩或拉伸条件下，压应力或拉应力与纵向应变之比。也 就是岩石在无侧压条件下压应力增量与弹性应变增量的比值。 泊松比：在压缩或拉伸条件下，横向应变与纵向应变之比，也就是岩石在允 许侧向自由膨胀条件下，轴向受压时，轴向应变与侧向应变的比值，又称侧膨胀 系数。 （三）基本原理 是将电阻应变片用粘结剂牢固的贴在试件表面上， 试件受到外力作用，应变 片也发生了变化（拉长或缩短） ，也就是电阻值发生了变化。同过电桥装置，把 机械量——变形转化成电量（电阻值的变化） ，这个变化量经放大器放大后通过 A/D 转换，就可以直接读出应变值。 国际岩石力学学会，实验室和现场标准化委员会建议， 电阻丝长度应大于组 成岩石试件矿物的最大颗粒或斑晶 10 倍以上， 我们采用的是 120 欧姆， 12×4mm 电阻应变片。测量片和补偿片电阻值差值不得超过 0.2 欧姆。 （四）测试方法 测变形的方法很多，有机械测微表法（千分表、百分表） ，杠杆引伸仪法， 电位差传感器法，静态电阻应变仪法。 前三种方法的仪器仪表构造简单轻巧， 使用方便， 但所测得的数据都是岩石 的变形量，而不是应变，需要将变形量换算成应变。它适用于大批量生产任务， 特别是软弱岩石， 具有较大的含水量或饱水状态下的岩石变形试验， 不适合粘贴 电阻应变片。
（九）问答思考题： 一）岩石弹性模量与泊松比实验： 1.弹性模量与泊松比的定义是什么？ 2.变形实验有几种方法？ 3.简要说明各种方法的优缺点？ 4.静态电阻应变仪精度是多少？ 5.测变形需要多少个测点，为什么？ 6.国际岩石力学学会标准委员会推荐电阻丝长度应大于组成岩石矿物 颗粒的多少倍？ 7.泊松比一般在什么区间？不大于多少？ 8.变形实验有几条曲线？都是什么曲线？
图 2-1 应力－应变关系曲线 (八) 注意事项：
由于绘制应力——应变曲线，变形试验读数不少于 10 个点。 根据应力——应变数据绘制三条曲线： a ， e ， v 。 确定 E50、弹性模量和泊松比。
一般小于 0.5。对于大多数岩石， 在 0.18－0.35 之间。
1、 按下式计算应力值：
式中： ——压应力值
P × 10 A
（2-1）
MPa ； N 或 kN;
P ——施加垂直荷载 A ——试件面积
cm2。
2、计算纵向应变和横向应变值 3、绘制应力－应变关系曲线，应力——横向应变曲线及应力——体积应变 曲线。
体积模量：材料受外加正应力与相应的体积应变的比值。 体 （2-2） 式中： v ——某一应力下体积应变； 积 应 变 按 下 式 计 算 ：
v a 2 e
a ——某一应力下纵向应变；
e ——某一应力下横向应变。
按 下 式 计 算 弹 性 模 量 和 泊 松 比 ： （2-3）
E
50 a 50

（2-4）
e50 a 50
式中a 50 ——应力为抗压强度 50％时的纵向应变； e50 ——应力为抗压强度 50％时的横向应变。
电阻应变仪法是测量变形应用最广泛的一种仪器。 目前国内外高科技、高精 度变形试验都采用此法。 （五）设备与材料 岩石变形试验必须加工标准的规格试件。
1．加工设备： （1）岩石钻样机； （2）岩石切样机； （3）岩石磨平机； 2．试验设备： （1） WE-10B 万能材料试验机； （2）2000kN 液压式压力试验 机； （3） XL2010B5 静态电阻应变仪； （4）直流单臂电桥。 3．工 具： （1）游标卡尺精度 2%； （2）电烙铁； （3）电笔； （ 4 ）镊子； （5）活扳子； （6）铁钳子； （7）螺丝刀子； （8）荷重传感器。 3．材 料： （1 ）低温抗磨 46 # 液压油； （2 ）金刚石锯片； （3）焊锡，焊油； （4）标准试件，Φ5.00×10.00cm； （5）多股接线； （6）三角 板； （7）电阻应变片； （8）脱脂棉； （9 ）屏蔽线； （ 10 ）鱼嘴夹； （11）插座； （12）502 胶； （13）万能胶； （14）粗细砂纸； （15）白胶布； （16）汽油或丙酮； （17 ）黑胶布； （18 ）洗涤 灵； （19）垫板； （20 ）金刚砂磨料； （21 ）金刚石钻头； （22 ）记 号笔； （23）胶管； （24）胶板； （25）电线。 （六）操作步骤 岩石变形试验必须加工成规则试件，可用岩芯和岩块制成。同种岩性，每组 试件不少于 3 块，试件尺寸允许变化范围不超过 5%，取其平均值。 测变形样品需用细砂纸，打光表面，用汽油、酒精或丙酮擦拭干净，再用脱 脂棉擦拭无粉尘，再粘贴电阻应变片。技术要求，详见电阻片粘贴技术一书。焊 接导线，进行试验。 1．尺寸： （1）圆柱体试件直径Φ48~54mm，高 100mm； （2）立方体试件边长为 50mm，高为 100mm； （3）试件直径与高度，或边长之比为 1：2.00~2.50。 2．试件加工精度：
（1） 、两端面的平行度最大误差不超过 0.05mm； （2） 、在试件整个高度上，直径误差不超过 0.3mm； （3） 、端面应垂直试件轴，最大偏差不超过 0.25 度。 3．试样描述：描述内容包括岩石名称、颜色、矿物成分、结构、构造、风 化程度、胶结物、微裂隙发育情况及其主应力间的关系和含水状态等。 4．电阻片的粘贴和防潮处理。 （1）选择电阻片：要求电阻丝平直，间距均匀，电阻丝的长度大于试样最 大颗粒尺寸的 10 倍，同一试件的工作片和补偿片的电阻值差不超过± 0.2Ω。 （2）电阻片应贴在试样中部，每个试样采用纵向和周向电阻片各 2 个，沿 圆周等距离分布；贴片前，用零号砂纸打磨试样表面，并用酒精擦洗干净。 （3）贴用的胶液，对于烘干试样，可采用一般胶合剂；对天然含水及饱和 试样，需采用防潮胶液，并作防潮处理。 （4） 待粘合胶液干固后， 用等长金属隔离线与电阻片引线焊接牢固。 此时， 电阻片的电阻增加值不超过 0.5Ω。 5．安点接线： 将准备好的试件放置在压力机的压板中间， 取另一电阻补偿试件放置于试样 附近，按半桥联线方式将导线与电阻应变仪接线箱连接。 6．施加荷载： 以 0.5-0.8MPa/s 的速度施加荷载， 直至岩样破坏或至少超过抗压强度之 50%； 在施加荷载的过程中， 记录各级应力下的轴向和横向应变值。 每个电阻片测得的 应变值不应少于 10 个。 （七）资料整理