(整理)岩石力学实验指导书

岩石力学实验指导书(适用于土木工程专业--岩土方向)

岩石力学课程组编写

长江大学城市建设学院

二○○七年九月

目录

学生试验守则

室内岩石试验的任务和工作基本要求

试验一岩石单轴抗压试验

试验二岩石抗拉强度试验

试验三岩石快速直剪试验

说明：本试验指导书主要依据为：

中华人民共和国国家标准：《工程岩体试验方法标准》GB/T50226-1999

学生试验守则

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实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。对辅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，严格按辅导教师及试验指导书上所讲的操做步骤进行试验，每台设备的操做应按各设备的操做准则进行，以免损坏设备或造成事故。非本次试验使用的仪器设备不得乱动。

四、每次试验前由小组长填写仪器设备领用单。试验完毕后，应将所用仪器设备擦洗干净，放回原处，经小组长检查，辅导教师验收无误后方可离室。如有损坏，应填写仪器设备损坏报告单，待后处理。

五、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。

六、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，实验室同意后，在指定日期内进行补做。

以上守则请同学们自觉遵守。

室内岩石试验的任务和工作基本要求

一、室内岩石试验的任务：

是了解岩块的基本物理力学性质及其破坏机制；研究在工程建筑物荷载作用下基岩或围岩的工程性状，为工程地质评价和工程建筑物设计提供资料。

二、室内岩石试验工作基本要求：

1、为使试验工作符合实际情况，保证成果质量，各工程勘测设计阶段的岩石试验工作，应在详细了解工程地质条件、设计意图、建筑物特点和可能采用的施工方法基础上进行。

2、试验工作的安排和布置，应和勘测设计阶段相适应，既要满足本设计阶段的要求，又利于与以后各设计阶段的试验工作相衔接。

3、室内岩块试验的样品，一般在钻孔、平洞和竖井中采取，同组岩样的性质应基本相同。取样位置和数量，应根据地质条件、工程特点和试验要求而定。

4、布置室内岩块试验的一般要求

(1)作为岩石类别划分指标的常规试验项目，应针对岩类的现场分类进行选择，为科学地划分工程地质岩组及掌握不同岩类的自然特性提供资料。

(2)作为工程计算指标的直剪试验，测试条件应符合地质条件和设计要求。

(3)当软弱岩层、断层破碎带的厚度较大，充填物性质均一时，宜采用土工试验的方法进行抗剪强度、压缩试验和其他试验。

试验一岩石单轴抗压试验

一、试验的目的：

测定岩石的单轴抗压强度R c。当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。

本次试验主要测定天然状态下试样的单轴抗压强度。

二、试样制备：

1、试料可用钻孔岩心或坑槽探中采取的岩块。在取料和试样制备过程中，不允许人为裂隙出现。

2、本次试验采用圆柱体作为标准试样，直径为5cm，允许变化范围为4.8～5.4cm，高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm。

3、对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径之比宜为2.0～2.5。

4、制备试样时采用的冷却液，必须是洁净水，不许使用油液。

5、对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石，应采用干法制样。

6、试样数量：每组须制备3个。

7、试样制备的精度。

(1)在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。

(2)两端面的不平行度，最大不超过0.05mm。

(3)端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25。

三、试样描述：

试验前的描述，应包括如下内容：

1、岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小，风化程度，胶结物性质等特征。

2、节理裂隙的发育程度及其分布，并记述受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。

3、量测试样尺寸，检查试样加工精度，并记录试样加工过程中的缺陷。

试件压坏后，应描述其破坏方式。若发现异常现象，应对其进行描述和解释。

四、主要仪器设备：

1、钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。

2、测量平台、角尺、放大镜、游标卡尺。

3、压力机，应满足下列要求：

(1)压力机应能连续加载且没有冲击，并具有足够的吨位，使能在总吨位的10%—90%之间进行试验。

(2)压力机的承压板，必须具有足够的刚度，其中之一须具有球形座，板面须平整光滑。

(3)承压板的直径应不小于试样直径，且也不宜大于试样直径的两倍。如压力机承压板尺寸大于试样尺寸两部以上时，需在试样上下两端加辅助承压板。辅助承压板的刚度和平整度应满足压力机承压板的要求。

(4)压力机的校正与检验，应符合国家计量标准的规定。

五、试验程序：

1、根据所要求的试样状态准备试样。

2、将试样置于压力机承压板中心，调整有球形座的承压板，使试样均匀受载。

3、以每秒0.5～1.0MPa/s的加载速度加荷，直到试样破坏为止，并记录最大破坏载荷及加荷过程中出现的现象。

4、描述试样的破坏形态，并记下有关情况。

六、成果整理和计算：

1、试验记录填于下表：

岩石单轴抗压强度试验原始记录表

项目编号 仪器编号 试验日期

试验者 计算者 校核者 2、按下式计算岩石的单轴抗压强度：

A

P R c

式中：c R 岩石单轴抗压强度，MPa ； P 最大破坏载荷，kN ；

A 垂直于加载方向的试样横截面积，m 2。 2、计算值取3位有效数据。

试验二劈裂法试验(抗拉强度试验)

一、试验的目的：

R。试样在纵向力作用下出现拉伸破坏时，单位面积上测定岩石的单轴抗拉强度

t

所承受的载荷称为岩石的单轴抗拉强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。

R的方法之一。该法是在圆柱体试样的直劈裂法试验是测定岩石的单轴抗拉强度

t

径方向上，施加相对的线形荷载，使之沿试样直径方向破坏的试验。

本试验法可测得各种含水状态下试样的抗拉强度。

本次试验主要测天然状态下试样的抗拉强度。

二、试样制备：

1、本次试验采用圆柱体作为标准试样，直径为5cm，允许变化范围为4.8～5.4cm，试样的厚度宜为直径的0.5～1.0倍，并应大于岩石最大颗粒的10倍。

2、其他应与试验一的试样制备一致。

三、试样描述：

同试验一。

四、主要仪器设备：

同试验一。

五、试验程序：

1、根据所要求的试样状态准备试样。

2、通过试件直径的两端，沿轴线方向划两条相互平行的加载基线。将两根垫条沿加载基线固定在试件两端。

3、将试样置于压力机承压板中心，调整有球形座的承压板，使试样均匀受载，并使垫条与试件在同一加荷轴线上。

4、以0. 3~0. 5MPa/s 的加载速度加荷，直到试样破坏为止，并记录最大破坏载荷及加荷过程中出现的现象。

5、描述试样的破坏形状，并记下有关情况。

六、成果整理和计算： 1、试验记录填表：

2、按下式计算岩石的单轴抗拉强度： Dh

P

R t π2=

式中： t R 岩石单轴抗拉强度，MPa ；

P ——试件破坏载荷，N D ——试件直径，mm

h ——试件厚度，mm

3、计算值取3位有效数据。

岩石单轴抗拉强度试验(劈裂法)原始记录表项目编号仪器编号试验日期

试验者计算者校核者

试验三快速直接剪断试验

一、试验的目的：

岩石的抗剪强度是岩石对剪切破坏的极限抵抗能力。本试验采用快速直剪试验测定岩石的抗剪强度。此试验一般可测定：a、混凝土与岩石胶结面的抗剪强度；b、岩石软弱结构面(包括夹泥和不夹泥的层面，节理裂缝面和断层带等)的抗剪强度；c、岩石本身的抗剪强度。试验时岩石的含水状态可根据需要采用天然含水状态、饱和状态或其它含水状态，本次试验测定天然含水状态下岩石的抗剪强度。

二、试样制备：

1、岩石直接试验试件的直径或边长应大于或等于5cm，试件高度应与直径或边长相等。

2、岩石结构面直剪试验试件的直径或边长不得小于5cm，试件高度与直径或边长相等。结构面应位于试件中部。

3、混凝土与岩石胶结面直剪试验试件应为方块体，其边长不宜小于15cm。胶结面应位于试件中部，岩石起伏差应为边长的1%～2%。混凝土骨粒的最大粒径不得大于边长的1/6。

4、每组试验试件的数量不应少于5个。

三、试样描述：

试件描述应包括下列内容：

1、岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等。

2、层理、片理、节理裂隙的发育程度及其与剪切方向的关系。

3、结构面的充填物性质、充填程度以及试件在采取和制备过程中受扰动的情况。

4、混凝土与岩石胶结面的试件，应测定岩石表面的起伏差，并绘制其沿剪切方向的高度变化曲线。混凝土的配合比，胶结质量及实测标号。

四、主要仪器设备：

1、试件制备设备。

2、试件测量设备如：游标卡尺及位移测表。

3、直剪试验仪。

五、试验程序：

1、试件安装：

(1)将度件置于金属剪切盒内，试件与剪切盒内壁之间的间隙以填料填实，使试件与剪切盒成为一个整体。预定剪切面应位于剪切缝中部。

(2)安装试件中，法向荷载和剪切荷载(或两者的合力)应通过预定剪切面的几何中心。若测剪切位移，法向位移测表和水平位移测表应对称布置，各测表数量不宜少于2只。

2、法向荷载的施加：

(1)在每个试件，首先应分别施加不同的法向应力，所施加的最大法向应力，不宜

小于预定的法向应力。(预定的应力或预定的压力，一般是指工程设计应力或工程设计压力。在确定试验应力或试验压力时，还应考虑岩石或岩体的强度，岩体的应力状态以及设备精度和出力。)

(2)对于岩石结构面中具有充填物的试件，最大法向应力应以不挤出充填物为宜。

(3)不需要固结的试件，法向荷载一次施加完毕，即测读法向位移，5min后再测读一次，即可施加剪切荷载。

(4)需固结的试件，在法向荷载施加完毕后的第一小时内，每隔15min读数1次，然后每半小时读数1次，当每小时法向位移不超过0.05mm时，即认为固结稳定，可施加剪切荷载。

(5)在剪切过程中，应使法向荷载始终保持为常数。

3、剪切荷载的施加方法应符合下列规定：

每个试验首先应分别施加不同的法向应力，待其稳定后再施加剪切荷载。施加剪切荷载应根据直剪仪的结构选择采用平推式或斜推式。两者均要求法向荷载和剪切荷载(或两者的合力)通过预定剪切面的几何中心。加荷速度应控制在0.5～0.8MPa/s。

4、试验结束后，应对试件剪切面进行描述：

(1)准确量测剪切面面积；

(2)详细描述剪切面的破坏情况，擦痕的分布、方向和长度；

(3)测定剪切面的起伏差，绘制沿剪切方向断面高度的变化曲线；

(4)当结构面内有充填物时，应准确判断剪切面的位置，并记述其组成成分、性质、厚度、构造。根据需要测定充填物的物理性质。

六、成果整理和计算：

1、试验记录填于下表：

2、试验成果整理应符合下列要求：

(1)按下列公式计算各法向荷载下的法向应力和剪应力：

A、平推法：

σP/A

=

τQ/A

=

B、斜推法：

σP/A+Qsinα

=

τQcosα/A

=

式中α作用于剪切面上的法向应力(MPa)

τ作用于剪切面上的剪应力(MPa)；

P 作用于剪切面上的法向荷载(N)；

Q 作用于剪切面上的剪切荷载(N)；

A 剪切面积(mm)；

α斜推剪切荷载与剪切面的夹角。

(2)根据各剪切阶段特征点的剪应力和法向应力绘制关系曲线，按库伦表达式确定相应的岩石抗剪强度参数。

岩石快速直剪试验原始记录表

项目编号：仪器编号：试验日期：

试验者计算者校核者