岩石力学试验指导书

实验一、岩石变形试验一、试验目的本试验目的在于测定规则岩石试件在单轴压缩应力状态下的纵向和横向变形，据此计算岩石的弹性模量和泊松比。

弹性模量分为初始弹性模量，割线弹性模量和切线弹性模量。

它们均由试验结果绘制的应力~应变曲线确定。

泊松比是指单向压缩条件下横向应变与纵向应变之比；对于岩石，一般用应力~应变曲线近于直线段平均纵向应变与相应应力段平均横向应变计算。

二、试验方法目前，实验室广泛采用电测法测定岩石变形。

即用转换元件将待测非电量的变形转换成电量输入电子仪器进行测量。

1、实验所用设备和备品2、试件制备及尺寸测量（1）采用圆柱体试件，试件直径50mm，高100mm。

（2）沿试件高度，直径的误差不超过0.03cm试件两端面不平行度误差，最大不超过0.005cm；（3）端面应垂直于轴线，最大偏差不超过0.25°；（4）直径应沿试件整个高度上分别量测两端面和中点三个断面的直径，取其平均值作试件直径；高度应在两端等距取三点量测试件的高，取其平均值，作为试件的高，同时检验两端面的不平整度。

尺寸测量、均应精确到0.1mm。

3、试件描述（1）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等；（2）加荷方向与岩石试件内层理、节理、裂隙的关系及试件加工中出现的问题；4 、电阻应变片粘贴（1）．选择合适的应变片待用。

同一组所用的应变片应是同一包装袋中的，并且两片之间的电阻值相差不应超过0.5欧姆。

轴线在应变片底座上标出。

在拿取和摆放应变片时，注意不要用手接触应变片的底座，也不要与其它未经清洗的物体接触，以免造成污染。

禁止用镊子或其他坚硬的器具夹持敏感栅部分，防止人为损伤应变片。

（2）．用细沙布打磨试件需要粘贴应变片表面。

打磨方向与贴片方向成交叉450，面积约为5×10mm2。

（3）．用棉球蘸少量丙酮(酒精)擦洗贴片位置，棉球脏了再换一个，只到棉球不变色为止。

用铅笔画出贴片位置的方位线，然后在用棉球擦一次。

此后，被清洗的表面不能与其它不清洁的物体接触。

（4）．左手捏住应变片的引出线，右手拿501（或502）粘结剂瓶，在应变片上涂上一薄层粘结剂。

迅速将应变片平放于粘贴位置，稍稍移动应变片，让粘结剂均匀分布在整个粘贴面上，并使应变片的轴线对准试件的定位线，将一小片塑料布盖在应变片上，用大母指挤压应变片一分钟，压时不能使应变片错动。

轻轻揭开薄膜，检查应变片的颜色，如发现小块白色，说明有气泡存在，应用划针占少量胶水沿应变片边缘涂抹，胶水很快就渗进气泡中。

再次垫上薄膜用拇指剂压，直到应变片全部颜色均匀。

（5）．用万用表检查应变片的电阻值应与粘贴前一致。

如有电阻变大或变小者，应检查应变片有无断路或短路，若应变片已损坏，应将应变片铲去重贴，步骤同前。

（6）．把接线端子用胶水粘贴在应变片引出线附近，用塑料套或绝缘带把应变片引出线进行绝缘处理，用胶带把上好锡的塑料导线固定于试件上。

先将引线上锡，再将导线与应变片引出线的两对焊点分别熔接在接线端子上。

焊接时间要尽量短，焊点要求光滑小巧，成球状。

（7）．在应变片的表面涂上一层防潮剂，涂料应将整个应变片罩住，最好在试件尚未冷却时涂防潮剂。

在整个操作过程中不要损坏应变片及应变片的引出线三、应变仪的基本原理、各部分功能及使用方法换元件—应变片，用粘贴剂将应变片牢固地粘在试件上，当被测试件受到外力作用长度发生变化时，粘贴在试件上的应变片的电阻值也随着发生了变化，这样就把机械量—变形转换成电量（电阻值的变化）。

这个变化量通过一定的组桥方式经放大器放大，通过A/D转换后，就可以直接读出应变值，完成了非电量的电测。

2、仪表各部分功能说明图1—2 给出了应变仪面板图及各部分功能。

电源线及电源开关在应变仪面板后侧，开关向上拨动，表示仪器接通电源。

标定、基零、测量是三位一体琴键互锁开关，按其中一键，表示一种作用，而其它键不起作用。

灵敏度电位器：根据应变片灵敏系数不同，可调节该电位器使仪器灵敏系数与应变片灵敏系数一致。

当灵敏系数为2时，标定值为-10000με，灵敏系数与标定值关系如表一所示，当应变片灵敏系数为表中未列出的数值，可通过插值求得。

调节灵敏度电位器，使仪器显示为ε值为应变片的灵敏系数值。

调零电位器：当测量桥路处于不平衡状态时，调节该电位器使仪器显示为零。

本机—切换开关：在本机测量时开关置“本机”状态，当10点测量时开关置“切换”状态。

⑵操作说明●在半桥测量时将D1DD2接线柱用连接片连接起来并旋紧。

●将标准电阻分别与A、B、C接线柱相连。

●接通电源开关。

●按下“基零”键仪表显示“0000”或“-0000”（仪表内部已调好）。

●按下“测量”键，显示测量值，将测量值调到“0000”或“-0000”。

●按下“标定”键仪表显示-1000附近值，调节灵敏度电位器到相应值。

● 测量值记录：采用逐点测量逐点记录方式。

● 当需要全桥测量时，去掉D 1DD 2接线柱上的连接片。

⑶组桥方式图1—3为半桥组桥方式，图1—4为全桥组桥方式。

四、施加荷载（1）开动试验机，使承压板与试件接触。

（2）以0.5~0.8MPa/s 的速度施加荷载，直至试件破坏或至少超过抗压强度之50%，在加压过程中，测记各级压力下岩石试件的纵向和横向应变值。

（3）纵向、横向应变值的测读：加载时应变仪指示不为零时需调整读数盘各档，使读数指零，各读数即为微应变值，正值代表压缩，负值代表拉伸，为求得完整的应力――应变曲线，所测应变值不应小于10个。

五、计算与成果整理1、按下式计算各级应力值：Apc =σ 式中：σ――压应力值（MPa ）； P ――垂直荷载（N ）；A ――试件横断面面积（mm 2）。

2、纵制应力-纵向应变曲线、应力-横向应变及应力-体积应变曲线（图4-2）。

体积应变按下式计算： c a v 2ε-ε=ε式中：εv ——某一级应力下的体积应变；εa ——同一级应力下的纵向应变； εc ——同一级应力下的横向应变。

3、计算岩石弹性变形模量（1） 初始弹性模量（E i ）由应力—应变曲线坐标原点引该曲线的切线，其斜率即为初始弹性模量）（MPa E ii i εσ=式中 σi ——切线上任意一点的轴向应力；（Mpa ）；εi ——对应σi 的轴向应变。

（2） 割线弹性模量（E S ））（MPa E 5050S εσ=式中 σ50—— 极限强度σ的50%的轴向应力；（MPa ）；ε50——对应σ50的轴向应变。

（3） 切线弹性模量（E t ） )MPa (E 1Z 2Z 1Z 2Z t ε-εσ-σ=式中：σZ1――应力-纵向应变曲线上直线段始点的应力值（MPa ）；σZ2――应力-纵向应变曲线上直线段终点的应力值（MPa ）； εZ1――应力为σZ1时的纵向应变值； εZ2――应力为σZ2时的纵向应变值； 4、泊松比的计算 1z 2z 1x x2ε-εε-ε=μ式中： 1z 2z ε-ε——求切线弹性模量的 （1z 2z ε-ε）值；1x x2ε-ε——对应于（1z 2z ε-ε）的横向应变差。

岩石变形模量取3位有效数字，泊松比计算值精确至0.01。

5、试验记录变形参数试验记录表6、岩石应力应变曲线绘制六、试验报告内容1、整理记录表格；格式如附表。

2、根据记录资料作应力――纵向应变；应力-横向应变及就力――体积应变曲线并计算变形模量和泊松比值。

实验二：测定岩石的单轴抗压强度一、试验目的测定岩石抗压强度，了解熟悉岩石的抗压性能二、试验方法将岩石试件放在压力试验机上进行单轴压缩试验，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。

所用设备及备品。

序号名称规格或型号单位数量1 压力试验几YE—1000N 台 12 游标卡尺把 13 百分表检验台个 14 放大镜个 1试验前的准备工作1、试件制备、描述和尺寸测量见实验一“岩石变形实验”，每组试件3块。

2、试验步骤将试件置于试验机承压板中心，调整有球形座，使之均匀受载，然后以每秒0.5~1.0MPa的加载速度加荷，直至试件破坏，记下破坏荷载（P）。

三、计算结果按下式计算岩石的单轴抗压强度式中：σc――岩石的单轴抗压强度（MPa）；P――破坏荷载（N）；A――垂直于加荷方向试件断面积（mm2）。

计算值取3位有效数字。

岩石抗压强度试验记录表岩石抗压强度测试记录岩石名称：试验日期：年月日实验三、岩石抗拉强度试验一、试验目的测定岩石抗拉强度二、试验方法测定岩石抗拉强度可以采用直接拉伸法和劈裂法。

本试验采用劈裂法。

1、需用仪器设备2、试件制备要求劈裂试验适用于能制成规则试件的各类岩石，试件可用岩心或岩块加工制成。

一般采用直径为48~54mm，高度为直径的0.5倍，并大于岩石最大颗粒的10倍的园柱体试件。

每组试件制备不少于3块。

试件制备的精度应満足如下要求：（1）沿试件高度，直径的误差不超过0.03cm；（2）试件两端面不平行度误差，最大不超过0.005cm；（3）端面应垂直于轴线，最大偏差不超过0.25°；3、试件尺寸测量及描述按试验二中量积法的要求，量测度样的直径，高度或边长，并划出加荷中线。

试件描述内容：（1）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等；（2）加荷方向与岩石试件内层理、节理、裂隙的关系及试件加工中出现的问题；（3）含水状态及所使用的方法。

4、安装试件、施加载荷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2根垫条沿加载基线，固定在试件两端。

将试件置于试验机承压板中心，调整球形座，使试件均匀受荷，并使垫条与试件在同一加荷轴线上。

以每秒0.3~0.5MPa的加荷速度加荷，直至试件破坏，记录下破坏荷载，描述试件破坏后的形态。

5、按下式计算岩石的抗拉强度式中：σt――岩石的抗拉强度（MPa）；P――破坏荷载（N）；D――试件直径（mm）；l――试件高度（mm）。

计算值取3位有效数字。

三、试验报告内容1、整理记录表格，格式如下表：抗拉强度试验（劈裂法）记录表试件试验受力试件尺寸（mm）破坏荷载P（N）抗拉强度（MPa）编号状态方向高h 直径D 单值平均值五、注意事项1、试件上、下两根垫条应与试件中心面位于同一平面内，以免产生偏心荷载。

2、破坏面必须通过上、下两加荷线，如果只产生局部破坏，须重新试验。

六、思考题1、同一岩性的岩石分别用直接拉伸法和劈裂法进行试验，如果不考虑其它因素的影响，求得的抗拉强度是否相同？为什么？2、接拉伸法与劈裂法间的异同点。

实验五：测定岩石的剪切强度一、试验目的岩石的剪切强度是岩石抵抗剪应力破坏的最大能力，本试验通过规则岩石试件变角板法进行。

变角板法是利用压力机施加垂直荷载，通过一套特制的夹具使试件沿某一剪切面产生剪切破坏，然后通过静力平衡条件解析剪切面上的法向压应力和剪应力，从而绘制法向压应力（σ）与剪应力（τ）之关系曲线，求得岩石的内聚力（c）和内摩擦角（φ）。