实训五相似材料模拟试验

《相似模拟》试验指导书

兰州资源环境职业技术学院

采矿教研室

目录

实训一相似材料配比及性质的测定 (3)

实训二测定相似材料强度曲线 (5)

实训三压力传感器的性能测定 (7)

实训四裂隙梁失稳模拟试验 (9)

实训五相似材料模拟试验 (10)

实训六巷道锚喷支护的相似模拟试验 (15)

实训七采场支护材料试验 (17)

学生实训守则

一、每次试验前必须做好复习和预习。复习的内容为教科书上有关本次试验的教学内容；预习内容包括仔细阅读试验指导书和去试验室熟悉有关仪器设备。

二、经过预习应掌握该项试验的意义、目的、操作步骤。对试验指导教师提出的检查性问题，应能回答，否则不得进行试验。

三、试验时态度应严肃认真，严格按教师及试验指导书上所讲的操做步骤进行试验，每台设备应按操作则进行，以免损坏设备或造成事故。

四、试验结束后，应在规定时间内提交试验报告。试验报告必须独立完成。书写、计算、制图要求公式、计算过程、单位齐全、清晰整齐。试验成绩是期终考核成绩的一部分。

五、如试验结果未能达到要求或因故未做试验者，应申请补做试验，试验室同意后，在指定日期内进行补做。

实训一 相似材料配比及性质的测定

一、试验目的：掌握按一定比例配制相似材料并测定其物理力学性质。

二、仪器设备：试模、量筒、天平，10KN~100KN 材料试验机。

三、试验步骤

1．试验前，应通过计算确定相似材料拌合量，包括3条抗弯试件，3块8字抗拉试块及3块劈裂抗拉试块。然后根据拌合量，计算每种材料用量，包括缓凝剂，骨料的称量，一般以风干状态为准，如表面含水，应根据其含水率折算湿料用量，同时在用水量中扣除同料所含水量。

2．根据上述计算结果，分别称量各材料用量，再拌和、加水、搅拌。如用人工搅拌，应先用水湿润搅拌盘及工具，先拌均材料再加水搅拌均匀，一般需要5min ；如用搅拌机，先将筒壁湿润后，加干料搅拌1min ，再徐徐加水搅拌2min 。

3．试模应事先擦净，内部涂上机油，将搅匀的材料入模成型，分2~3层插捣、压实、用抹子铲平表面。终凝后将试件编号、拆模、称湿重、干燥（先自然干燥一天，再入烘箱40℃至衡重）

4．对8字形试块及长条形试块在抗拉抗折仪上进行抗拉及抗折强度测定。试验前应先调整仪器使游动砝码对零，然后配合适当的夹具使试件与加荷装置接触良好，加载至试件断裂，读出并计录破坏载荷（KN ）或强度值（MPa ）。

5．取抗折试验后的六个断块，进行抗压试验。承压板应位于压力机中心，以试块成型时的侧面作为受压面，受压面积40×62.5mm 2。开动压力机，以每秒5KN 的加荷速度将试件压至破坏，记录破坏荷载值。

6．取三个扁圆试块作劈裂抗拉试验，加压时上下垫条应处于正中相对位置，记录破坏荷载值。

四、结果计算

1．计算抗折强度R f （Mpa ）

R f =bh

PL 23

式中：P---破坏荷载，N;

L---支撑圆柱中心距，一般为100mm;

B 、h---试件的宽与高，均为40mm 。

计算精确至0.01Mpa ，以三个试件平均值作为抗折强度。当测定值中有超过平均值过多，则应剔除，当采用单杠杆时应破坏载荷乘以系数0.2。

2. 计算抗压强度R c (Mpa)

Rc=

S

P 式中：P---破坏荷载，N ；

S---爱压面积40×62.5mm 2。

3. 计算抗拉强度R t (Mpa)

1）8字试块为：R t =S P 式中 P---破坏荷载，N ；

S---受拉腰部断面500mm 2

2）劈裂法为：R t =dt

P dt P 637.02=π 式中 d---试件直径，500mm ；

t---试件厚度，25mm 。

比较两种方法求得的抗拉强度不宜相差太大。

实训二 测定相似材料强度曲线

一、试验目的：掌握测定模型材料强度曲线的方法。

二、仪器设备：试模、量筒、天平、材料试验机

三、试验步骤：

1. 按一定配比制作试块，试块尺寸为φ50×100mm ，不少于12块，在使用剪切仪测定时应按剪切盒的尺寸制作试块。

2. 将试块编号，称湿重、干燥、计算容重、含水率；

3. 进行试验：

方案（1） 用直剪或变角剪切夹具（三个角度，每个角度三块），在材料试验机中加压，记下最大荷载，测量剪切面积A 。

方案（2） 用剪力仪对试块进行直接剪切试验，试块数不低于4个，分别在不同的垂直压力下，一般采用0.1，0.2，0.3，0.4Mpa ，测得剪切破断时的量力环内百分表读数S 及手轮转数n 。

方案（3） 用80型三轴材料试验仪进行三轴试验。试验采取三种围压，每种围压试件数应不少于3个，试验时轴压与围压同时加载，记录相应压力下的应变值，加到所需围压时稳定围压值，并记录各测点的应变值。然后继续增加轴压，每0.2~0.4Mpa 记录一次应变值，直至应变值开始出现漂移时，再改为每0.2Mpa 记录一次应变值，直至试件破坏，停止加载并记录此值。

卸载时先卸轴压，待至与围压相等后，再将轴、围压同时卸载至零值，试验后小心折去试件的乳胶套，观察试件破坏的形态。

四、试验结果和绘图

1. 采用剪切夹具时按下式计算试件抗剪强度Rs(Mpa)

a A

fP a A P R s cos sin -=

式中P---破坏荷载，N；

A---剪切面积，mm2；

f---摩擦系数；

α---剪切角，（º）

2. 采用剪切仪时按下式计算试件的抗剪强度：

Rs=CS

ΔL=20n– s

式中C---量力环的率定系数，Mpa/0.01mm；

S---量力环的百分表读数，0.01mm；

n---手轮转数。

以抗剪强度Rs为纵坐标，垂直压力P为横坐标，根据测定结果各点可绘成一直线，直线倾角φ为内摩擦角，直线在纵坐标上的载距为凝聚力C。

以剪应力为纵坐标，剪切位移ΔL为横坐标，绘制剪应力与剪切位移关系曲线，以曲线峰值或稳定值为材料剪切强度R s。

3. 采用三轴试验时，先求出各组试件的围压及平均轴压值，以及偏离值。

根据各组测定的围压及轴压值于σ-τ坐标内画出各自的极限应力圆，并描出强度包络线，如包络线并非直线，有时可按两直线处理，求取C、φ值。

根据各组给定围压条件下的轴向应力与轴向、横向应变值绘出相关曲线，计算μ、E值。