实验四岩石的弹性模量实验
《岩体工程力学》实验指导书
《岩体工程力学》实验指导书河南理工大学能源学院采矿工程实验室前言实践教学是学生理解、综合运用所学知识的重要环节，对提高解决工程实际问题的能力具有特殊重要的作用。
因此，在《岩体工程力学》教学中，充分重视实验环节，安排足够的实验、实习内容，开展多种形式的实践教学，以提高实践教学效果。
任课教师参加指导实验，要求学生在实验指导教师指导下系统、独立完成实验过程和实验报告。
目前，实验开出率达100%，综合性和设计性实验比率超过30%。
目前，实验室不仅能开出本科教学的全部实验，也能满足研究生的实验项目和教师科研的需要，还可承接纵向、横向科研课题。
根据课程安排，将岩石单轴压缩实验，岩石单轴抗拉强度测定，岩石点荷载强度的测定，岩石三轴压缩实验以及电液伺服控制岩石力学试验系统的演示等项实验，分小组要求学生独立完成实验的全过程。
为了引导学生对岩石力学工程的特殊兴趣，充分利用教师的科研、科技项目及实践基地，以及实验室全面开放的有利条件，组织岩石力学科技小组活动，在岩石力学实验室，积极开展综合性和设计性实验，学生结合教师的科技服务项目，除大纲要求的实验内容外，还可进行煤和岩石的含水率、吸水率、坚固性系数、软化系数、动态破坏时间、弹性能指标等参数的实验。
在实验的过程中充分发挥学生的积极性，达到增强学生岩石力学的实践能力，锻炼学生的实践技能，培养学生动手和分析问题的能力，扩展知识面及实际工作能力的目的，更好地参与工程实践活动打下了基础。
学生实验守则一、每次实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实验的教学内容；预习内容包括仔细阅读实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实验的意义、目的、操作步骤。
对实验指导教师提出的检查性问题，应能回答，否则不得进行实验。
三、实验时态度应严肃认真，严格按教师及实验指导书上所讲的操做步骤进行实验，每台设备应按操作则进行，以免损坏设备或造成事故。
四、实验结束后，应在规定时间内提交实验报告。
岩石力学实验
整理课件
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整理课件
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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
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一、实验目的
1、掌握岩石硬度的测定方法； 2、掌握岩石塑性系数的测定方法。
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二、实验原理
岩石的硬度是岩石破坏时所施加的压力与压头面积的比值。岩石的塑性系数为岩
(3)计算岩石的杨氏弹性模量与割线模量，填入表4中。
表4 岩石杨氏弹性模量与割线模量测定结果
试样编号
1 2
弹性模量 /GPa
计算值
平均值
割线模量 /GPa
计算值
平均值
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六、报告编写
实验结束后认真独立填写实验报告，实验报告应包括以下内容： 1.实验目的； 2.实验原理； 3.实验仪器； 4.实验步骤； 5.原始数据及实验数据整理； 6.对本实验的建议。
四、实验步骤
(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。
整理课件
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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：
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。
岩石应力-变形模量、弹性模量
1依据1《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001；2《工程岩体试验方法标准》GB/T50266-2013；3《水利水电工程岩石试验规程(补充部分)》DL/T5368-2007。
2目的及范围2.1目的编制本作业指导书是为了规范、准确的完成对岩石单轴压缩变形试验的弹性模量和变形模量的测定。
2.2范围本作业指导书可分为电阻应变片法和千分表法，适用于能制成规则试件的各类岩石。
坚硬和较坚硬的岩石宜采用电阻应变片法,较软岩宜采用千分表法对于变形较大的软岩和极软岩可采用百分表测量变形。
3仪器设备1钻石机、锯石机、磨石机；2测量平台；3烘箱和饱和设备；4万用电表、兆欧表；5静态电阻应变仪；6千(百)分表；7测量表架；8材料试验机。
4实验步骤4.1试件制备4.1.1试件可用岩心或岩块加工制成，试件在采取、运输和制备过程中应避免扰动4.1.2试件尺寸应符合下列规定：1圆柱体直径或方柱体边长宜为48~54mm2含大颗粒岩石的试件直径或边长应大于最大颗粒尺寸的10倍。
3试件高度与直径或边长之比宜为2.0~2.5。
4.1.3试件加工精度应符合下列规定:1试件高度直径或边长的允许偏差为±0.3mm2试件两端面的不平整度允许偏差为±0.05m3端面应垂直于试件轴线允许偏差为±0.25°。
4方柱体或立方体试件相邻两而应互相垂直允许偏差为±025°。
4.1.3试件含水状态可根据需要选择天然状态、烘干状态或饱和状态并应符合下列规定：1天然状态应在试样拆除密封后立即制备试件并测定其天然含水率2烘干状态对于不含矿物结晶水的岩石应在105-110℃的恒温下烘24h。
对于含有矿物结晶水的岩石应降低烘干温度,可在40±5℃恒温下烘24h。
将试件从烘箱中取出放入干燥器内冷却至室温称试件质量。
重复以上步骤直到相邻两次称量之差不超过后一次称量的0.1%3饱和状态:采用自由吸水法测定岩石自然吸水率时应将试件放入水糟先注水至试件高度的1/4处，以后每隔2h分别注水至试件高度的1/2和3/4处,6h 后全部浸没试件。
2014-2岩石弹性模量测定实验
岩石弹性模量测定实验指导书黄冬梅适用专业：采矿工程、安全工程等山东科技大学资矿业与安全工程学院2014年 11 月前言岩石在狭义上说来包括岩块和岩体，岩块一般是指从岩体中取出的、尺寸不大的岩石。
它由一种（如石英岩、大理岩等）或几种（如花岗岩、玄武岩等）矿物组成，具有相对的均匀性。
由于尺寸较小而在其中不可能有大的地质构造的影响。
实验室试验的试件是岩块的一种。
岩体是指工程实际中较大范围的岩石。
它可由一种或几种岩石组成，并可能为岩脉或裂隙充填物所侵入，包括地质构造作用的明显影响，并为结构面(层面、节理、裂隙等)所切割。
实验室内岩块和工程现场岩体均属于岩石，它们是两个既有相互联系又有不同的概念，二者的力学性质有相互关系但不能直接代用。
室内煤岩力学试验采用的是尺寸很小的岩块，采矿工程实际中考虑的对象是煤岩体。
一般的，由于现场岩体试验复杂、费用高，人们很少进行，只是在室内进行小块的煤岩进行力学参数测试，将其结果运用到工程中去。
因而对煤岩试块和现场煤岩体的力学性质（主要是强度）间关系的研究很有实际意义。
弹性模量测定实验是采矿相关专业岩石力学实验课程中必不可少的组成部分，学生通过实验验证和推导理论知识，又用理论知识解释和分析实验结果，以达到巩固理论知识和掌握实验方法的目的。
指导书从实验目的、原理、仪器设备、方法步骤、注意事项、结果整理等方面对实验进行了介绍，并提出了要求，旨在让学生掌握力学实验的基本知识、技能和方法，培养学生的动手能力和分析、解决问题的能力，增强学生开拓创新的意识。
岩石弹性模量测定试验一、实验目的了解测定模型材料的弹性模量，绘制全应力应变曲线图；二、实验内容通过单轴压缩实验获取岩石试件的全应力应变曲线图和弹性模量。
三、实验条件（1）实验地点与场地：MTS岩石伺服实验室（资源与环境工程学院119）。
（2）实验设备与耗材：岛津AG-X250电子万能试验机、电阻应变仪、万用表、25瓦电烙铁、镊子、游标卡尺、直角尺、塑料梁或岩石试件或金属钢条试件，温度补偿块、应变片、测量导线若干。
岩石弹性模量变形模量泊松比试验作业指导书
岩石弹性模量、变形模量、泊松比试验作业指导书1 依据(1) 《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001；(2) 《工程岩体试验方法标准》GB/T50266-2013；(3) 《水利水电工程岩石试验规程（补充部分）》DL/T 5368-2007。
2 目的及范围2.1目的编制本作业指导书是为了规范、准确的完成对岩石单轴压缩变形试验的弹性模量及变形模量的测定。
2.2范围本作业指导书可分为电阻应变片法和千分表法，适用于能制成规则试件的各类岩石。
坚硬和较坚硬的岩石宜采用电阻应变片法，较软岩宜采用千分表法，对于变形较大的软岩和极软岩，可采用百分表测量变形。
3.仪器设备(1) 钻石机、锯石机、磨石机；(2) 测量平台；(3) 烘箱和饱和设备；(4) 万用电表、兆欧表；(5) 静态电阻应变仪；(6) 千（百）分表；(7) 测量表架；(8) 材料试验机。
4.试验步骤4.1试件制备4.1.1试件可用岩心或岩块加工制成，试件在采取、运输和制备过程中应避免扰动。
4.1.2试件尺寸应符合下列规定：(1) 圆柱体直径或方柱体边长宜为48~54mm。
(2) 含大颗粒岩石的试件直径或边长应大于最大颗粒尺寸的10倍。
(3) 试件高度与直径或边长之比宜为2.0~2.5。
4.1.3试件加工精度应符合下列规定：(1) 试件高度直径或边长的允许偏差为±0.3mm。
(2) 试件两端面的不平整度允许偏差为±0.05mm。
(3) 端面应垂直于试件轴线允许偏差为±0.25°。
(4) 方柱体或立方体试件相邻两面应互相垂直允许偏差为±0.25°。
4.1.3试件含水状态可根据需要选择天然状态、烘干状态或饱和状态，并应符合下列规定：(1) 天然状态：应在试样拆除密封后立即制备试件并测定其天然含水率。
(2) 烘干状态：对于不含矿物结晶水的岩石，应在105~110℃的恒温下烘24h。
对于含有矿物结晶水的岩石，应降低烘干温度，可在40±5℃恒温下烘24h。
岩石力学与岩体实验指导书及报告(72)
岩石力学与岩体实验指导书及报告（内部资料）矿业工程学院实验总室2011年6月一、实验目的：测定岩石的单轴抗压强度。
二、实验方法：将圆柱体岩石试样放在压力实验机上进行单轴压缩实验，试件破坏瞬间受压面上的极限应力值为该岩石的抗压强度。
（一）实验前的准备工作1、试件制备。
描述和尺寸测量见<变形实验>。
每组试件数根据实际情况而定，但最好不少于三块。
（二）实验步骤1、试件安装将准备好的岩石试件放在压力实验机上、下加压板的中心位置，试件整个断面应与加压板严密接触，若不合要求，应予处理。
2、施加载荷保持恒定的应力速率（50～100N/cm2/s）对试件连续加载至破坏为止，记录破坏载荷数值。
描述试件的破坏情况，描述内容见<岩石抗拉强度实验>。
“施加载荷”部分，并记入记录表3－2内，发现试件初裂后仍能继续承受载荷，应记录出裂时的载荷值。
三、计算岩石的抗拉强度岩石的（单轴）抗压强度按下式计算：c p Aσ=式中：cσ－岩石抗压强度（MPa）；P－试件破坏时施加的最大载荷KN；A－试件横截面积cm2。
一、实验目的：测定岩石的抗拉强度。
二、实验方法：本实验采用劈裂法测定岩石的抗拉强度。
（一）实验前的准备工作：主要是试件的制备、描述和尺寸测量。
（1）采用圆盘试件。
试件直径（D ）为50毫米，厚度（T ）为25毫米（T/D=0.5）。
（2）试件两端面应平等，试件轴心线与断面应垂直，二者的最大偏差均不得大于0.2毫米。
试件表面光滑平整。
试件数目据实际情况而定，但最好不少于10块。
（3）测量试件尺寸。
圆盘试件测直径和厚度。
沿厚度（T ）上、中、下三个部位分别测直径，取三次测量的平均值为试件的直径。
沿预定加载方向上、中、下三个部位测定试件厚度，取三次测量的平均值为试件的厚度。
方片形试件参照圆盘形试件确定规格，测量其尺寸。
（二）试件安装将试件安装于抗拉模具上，要将试件安放在模具的中心线上，避免偏心加载。
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。
岩石力学性质试验指导书
实验一岩石单轴抗压强度试验1.1 概述当无侧限岩石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。
在测定单轴抗压强度的同时，也可同时进行变形试验。
不同含水状态的试样均可按本规定进行测定，试样的含水状态用以下方法处理：(1)烘干状态的试样，在105〜1100C下烘24h。
(2)饱和状态的试样，使试样逐步浸水，首先淹没试样高度的1/4，然后每隔2h 分别升高水面至试样的1/3和1/2处，6h后全部浸没试样，试样在水下自由吸水48h ;采用煮沸法饱和试样时，煮沸箱内水面应经常保持高于试样面，煮沸时间不少于6h。
1.2 试样备制( 1)试样可用钻孔岩芯或坑、槽探中采取的岩块，试件备制中不允许有人为裂隙出现。
按规程要求标准试件为圆柱体，直径为5cm，允许变化范围为 4.8〜5.2cm。
高度为10cm ,允许变化范围为9 . 5 〜 1 0 . 5 cm 。
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，但高径比必须保持=2:1〜2.5:1。
(2)试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，一般情况下必须制备3个。
(3)试样制备的精度，在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。
两端面的不平行度最大不超过0.05mm。
端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25度。
1.3 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，胶结物性质等特征。
( 2)节理裂隙的发育程度及其分布，并记录受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。
( 3)测量试样尺寸，并记录试样加工过程中的缺陷。
1.4 主要仪器设备试样加工设备：钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。
量测工具与有关检查仪器：游标卡尺、天平(称量大于500g，感量0.01g),烘箱和干燥箱，水槽、煮沸设备。
加载设备：压力试验机。
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实验四岩石的弹性模量实验
一、实验目的与要求
岩石在载荷作用下，会发生变形。
随着载荷的不断增加或在恒定载荷下，随着时间的增长，岩石变形逐渐增大，最终导致岩石破坏。
岩石变形有弹性变形、塑性变形和粘性变形。
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。
通过本实验，要了解标准试件的加工机械、加工过程及检测程序，掌握岩石弹性模量的测试过程及数据处理、图形绘制的方法。
二、实验仪器、设备及工具
(一)仪器
1.电阻应变仪
2.电桥、万用表
3.数据采集仪或x——y函数记录仪
4.压力传感器
(二)设备
1.材料实验机
2.钻石机或车床、锯石机、磨石机或磨床
(三)材料
1.电阻应变片，标距为3×16mm~3×20mm，电阻值约为120Ω
2.胶结剂、防潮剂、清洁剂
(四)检验工具
游标卡尺（精度0.02mm），直角尺，水平检测台，百分表架和百分表
三、试件规格、加工精度、数量
与岩石抗压强度相同
四、实验原理
电阻应变片是一种把机械位移转化为电量变化的传感器。
应变片粘贴在岩石试件上。
试件受压时，电阻丝跟着缩短，截面增加，电阻值减小。
试件受拉时，电阻丝跟着伸长，截面
=K?。
电阻应变缩小，电阻值增大。
应变片电阻值R的变化量?R与试件的应变?成正比，即?R
R
仪为直接把电阻值的变化转为应变量的仪器。
因此通过测量得到电阻应变片的应变值?也即测得试件在受压过程时的纵向应变值?l和横向应变值?d，进而可通过计算得出岩石的弹性模量和泊松比。
五、实验内容
1.了解试件的加工机具、检测机具，规程对尺寸和精度的要求及检测方法；
2.学会材料实验机的操作方法；
3.学会岩石试件的防潮处理及电阻应变片的粘贴、接线、焊接技术；
4.学会电阻应变仪的测读方法，岩石的弹性模量的测量方法。
六、实验步骤
1.测定前核对岩石名称和岩样编号，对试件颜色、颗粒、层理、节理、裂隙、风化程
度、含水状态以及加工过程中出现的问题等进行描述，并填入记录表1内。
2.检查试件加工精度，测量试件尺寸填入记录表内。
3.选择材料实验机度盘时，一般满足下式：0.2P0<P max<0.8p0
式中P max——预计最大破坏载荷，KN；
p0——材料试验机度盘最大值，KN。
4. 开动压力机，使其处于可用状态。
将试件置于材料实验机承压板中心
5. 将电阻应变仪接上电源，预热30min,连接线路，预调平衡，接线方式可用全桥或
半桥。
施加初载荷，检查仪器工作情况、同时观察两边的应变值是否接近，如两边应变值相差较大，则必须调整试件位置和球形座，使试件受力均匀。
6. 以0.5~1MPa/s 的速度逐级加载，按破坏载荷的十分之一间隔读一次数，记录载荷
与应变值，直至试件破坏。
每个测定过程不得少于7个点，同一试件的所有应变值应尽量同时测出
7. 记录破坏载荷以及加压过程中出现的现象，并对破坏后的试件进行描述或摄影。
七、注意事项
1. 记录岩石试件的完整状态、颗粒大小及加工精度；
2. 选择合适的电阻应变片及粘结剂，做好防潮和绝缘工作；
3. 选择合适的材料试验机及合适的试验机度盘值；
4. 选择合适的加载速率；
5. 要在试件加上保护罩。
八、数据处理
表1
体积应变按下式计算
?v =?l -2?d
式中：
?l ——横向应变值
?d ——纵向应变值
?v ——体积应变值
计算结果填入表1中
绘制应力应变曲线
在坐标系中绘制出各特征点A~J ，发现A~E ，F~J 近似在一条直线上，通过线性回归，做出两直线a ，b 。
即为应力——应变曲线中的直线部分。
所以，直线a 的斜率即为切线模量E t ，也就是弹性模量
E t =850×106/（5897×10−6）GPa=144GPa
根据应力——纵向应变和应力——横向应变两曲线上对应直线段部分纵向和横向应变的平均值可求出泊松比
μ=εd 平均εl 平均=219−146527−254=0.267。