岩石的静力变形参数测定实验

实验一测定岩石的静力变形参数

一、基本原理

岩石静力变行参数主要有静变形模量、泊松比和剪切模量，本实验只介绍前两参数的测定。变形模量是指岩石试样在单轴压缩条件下轴向压力与轴向应变之比。

（1）初始模量：应力-应变曲线远点处切线的斜率。

（2）切线模量：对应于曲线上某一点M的切线的斜率。

（3）割线模量：曲线上某一点M与原点O连线的斜率。一般取抗压强度为50%的应力水平的割线模量代表该岩石的变形模量。

（4）泊松比：指单轴受压条件下横向应变与轴向应变之比，一般用单轴抗压强度的50%时的横向应变值和轴向应变值计算。

本试验是将岩石试样放在压力机上加压，用应变计或位移计测记不同应力作用下岩石试件的应变或变形值，绘出应力-应变曲线。目前，侧记变形（或应变）的仪表很多，如机械测表、电位差传感器和电阻应变仪等，其中电阻应变仪在我国应用最广，在此着重介绍这种一起的测量方法。

电阻应变仪测量岩石应变的原理是将电阻应变片粘贴在试样的侧面上，当岩石受压下产生变形时，粘贴在其上的应变片与岩石一起变形，应变片变形后，其电阻值发生变化，通过电阻应变仪的电桥装置测出电阻值并转换成应变值，此值即为岩石应变值。

二、仪器设备

（1）平台、角尺、卡尺；

（2）压力机：能连续加荷，没有冲击，具足够的吨位（能在总吨位的10%~90%之间进行试验）；

（3）电阻应变仪及贴片设备；

（4）导线焊接工具

三、操作步骤

1.试样制备

（1）采用圆柱体作为标准试样，直径为5cm，允许变化范围为4.8~5.2cm，高10cm，元需变化范围为9.5~10.5cm。当缺乏圆柱体制样设备时，允许采用5cm×5cm×10cm 方柱体。

（2）试样制备的精度，应叨叨下列标准：

①沿试样整个高度上，直径差不超过0.3mm；

②两断面的平行度，最大不超过0.05mm；

③断面应垂直于试样轴，最大偏差不超过0.25度；

④试样表面应处理光滑。

（3）每种情况制备不少于3个试样。

2.试样描述

描述内容包括岩石的名称、颜色、矿物成分、结构、构造、风化程度、胶结物、微裂隙发情况及其与主应力间的关系和含水状态等。

3.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，同一试样的工作片和补偿片的电阻值差不超过±0.2欧姆。

（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片，沿圆周等距离分布；

贴片前，用零号砂纸打磨试样面，并用酒精擦洗。

（3） 贴片用的胶液，对于烘干试样，可采用一般胶合剂；对天然含水及饱水试样，需采用

防潮胶液，并作防潮处理。

（4） 待粘和胶液干固后，用等长金属隔离线与电阻片的引线焊接牢固。此时，电阻片的组

织增加值不得超过0.5欧姆。

（5） 将导线固定，并在其端作号码标记以便识别。 4. 安点接线

将准备好的时间防止在压力机的压板中间，取另一电阻补偿时间置于试样附近，按半桥联线方式将仪A 、B 接线柱之间接测量片，B 、C 之间接温度补偿片。 5. 施加载荷

以0.5~0.8Mpa/s 的速度施加载荷，直至岩样破坏或至少超过抗压强的之50%：在施加荷载过程中，记录各级压力下的轴向和横向应变值。每个电阻片测的的应变值不应少于10个。

四、 成果整理

（1） 按下式计算应力值：

σ =

A

P 式中 P —轴向荷载； A —试样横断面积； σ—压应力值，Mpa 。

（2）计算纵向应变相横向应变平均值。

（3）绘制应力—轴向应变曲线，应力—横向应变曲线及应力—体积应变曲线，体积应变按下式计算：

εv

=εa + 2ε

d

式中 εv

----某一应力下体积应变；

εa -----同一应力下轴向应变；

ε

d -----同一应力下横向应变。

（4） 在轴向应力—应变曲线上，作原点O 与抗压强度为50%点的连线，其斜率即为变形

模量： E 0 =

50

50

εσ 式中 50σ----相当于抗压强度为50%的应力值，Mpa ； 50ε----应力为抗压强度的50%时的轴向应变值。

（5） 取应力为抗压强度的50%时的纵向应变和横向应变值计算泊松比μ（取两位小数）：

）（）

（50a 50d εεμ=

式中 ）（50d ε----应力为抗压强度的50%时的横向应变；

）（50a ε----应力为抗压强度的50%时的轴向应变。

（6） 根据需要，也可确定任一应力下的切线模量、割线模量和泊松比。

五、 注意事项

（1） 如压力机承压板的尺寸大于试样尺寸的两倍时，需要在试样上下端加辅助承压板。 （2） 贴片应尽量避开显著的裂隙和特大矿物颗粒或斑晶。

（3） 在试样加压前，应检查试件是否均匀受压。其方法是给试样加上少许压力，观测各

应变值是否接近，如纵向应变相差较大，应重新调整试件。

六、实验数据

则 ∑==n

1i i O E E /n= 48.5×10

3

MP a

轴向应变

应力 弹性模量×103

轴向应变 应力 弹性模量×103

-12 5 0.417 -128 63 0.492 -25 16 0.640 -135 66 0.489 -41 22 0.537 -143 70 0.490 -44 24 0.545 -151 72 0.477 -47 26 0.553 -158 75 0.475 -63 34 0.540 -164 78 0.476 -86 44 0.512 -168 80 0.476 -99 50 0.505 -173 83 0.480 -111 55 0.495 -178 85 0.478 -119

58

0.487

-183

87

0.475