岩石的静力变形参数测定实验
岩石动静力学参数的试验研究
表 1 静态测试系统标定 ( 45# 钢)
Table 1 Ca l ibra tion of sta tic m ea surem en t system ( 45# steel)
轴向应力 M Pa 泊松比 杨氏模量 105M Pa
3 数据处理和实验结果
3. 1 计算公式
据广义虎克定律 Ε x = Ε y =
图 3 试验程序
F ig. 3 Exp eri m en ta l p rogram
Ρx
E
( Ρy + Ρz ) - Μ
E
Ρy
E
( Ρz + Ρx ) - Μ
E
Ε z =
Ρz
E
( Ρx + Ρy ) - Μ
E
本试验中, Ρx = Ρy = P c , Ε , 因此有 x = Ε y = Ε Η
( 石油大学石油工程系 东营 257062) ( 石油物探局 氵 豕州 072751)
摘要 在三轴应力下对砂、泥岩等岩芯 ( 干岩样) 进行了岩石力学参数的动、静态同步测试, 并对动静态弹性参数进行了线性回归。结果表明: 岩石的动静态杨氏模量之间存在较好的相 关性, 而动静态泊松比之间的关系不明显, 该项研究为岩石的声学性质在石油工程中的应用 提供了实验依据。 关键词 弹性参数, 杨氏模量, 泊松比, 实验研究, 动静态测试
E s = 0. 74E d -
0. 082 ( 104 M Pa ) (R = 0. 84, N = 342)
lg E s = 0. 22 + 0. 77 lg E d ( Θ E d ) (R = 0. 96, N = 76)
岩石变形性质测量试验研究
科学试验单独设课学院目的：让本科生更多机会参与试验要求：不设试验项目，让同学自己设计试验、完成试验、得出结论。
我的想法：根据几年来上次课经验：给定同学时间、大多都不能设计试验。
故我想了4个项目，请同学几个人一组，自己选其中一个来做。
要求：12月份完成。
当然，如果有同学要做自己设计的试验也可以。
1、岩石变形性质测量试验研究测定不同强度等级的3个试件，岩石变形性质试验。
只测量轴向应变与位移，用四种方式进行测量。
●用3*5应变片测量岩石受压过程中的局部应变；●用3*100应变片测量岩石受压过程中的局部应变；●用国产位移传感器测量岩石受压过程中的位移（试验前需标定）。
●用进口位移传感器测量岩石受压过程中的位移（试验前需标定）。
●压力机加压进行试验，得到数据。
分析整理，四种测量方法数据之间关系。
评价国产、进口位移传感器。
得出结论，提出建议。
2、岩石变形性质试验全过程课件制作。
包括以下内容。
●岩石变形试验使用试件介绍（包括尺寸、及加工精度）。
●岩石电阻应变片粘贴、连线过程。
●电阻应变仪连接过程（简介一下应变仪原理）●试验过程，试件在试验过程中的变化，以颜色深浅表达应力的增加。
●试验数据整理，绘制出岩石应力~应变曲线。
3、岩石三轴变形性质试验全过程课件制作（要求同2）。
4、电阻应变片灵敏系数测定●用等强度梁，通过电阻应变片粘贴、测试得到电阻应片灵敏系数。
测试原理、测试过程、公式计算等，通过同学独立查参考书籍或网上资料完成。
注意：必须搞懂原理，必须计算公式准确，否则结果将错。
岩石力学参数测定方法的研究与应用
岩石力学参数测定方法的研究与应用岩石力学参数是评估岩石力学性质的重要指标之一，它对于岩石工程的设计和施工具有至关重要的作用。
目前，岩石力学参数测定方法不断发展和完善，包括实验室试验、数值模拟以及现场测试等不同方法，这些方法都有其独特的优势和适用范围。
实验室试验实验室试验是最常见和广泛使用的岩石力学参数测定方法，它包括了许多标准试验和非标准试验。
其中，最常见的标准试验包括单轴压缩试验、三轴压缩试验、拉伸试验、剪切试验以及动态强度试验等。
单轴压缩试验是最简单和快速的试验之一，它可以得到岩石的抗压强度、弹性模量和泊松比等参数。
三轴压缩试验不仅可以得到压缩强度和剪切强度，还可以得到断裂面的取向和形态，这对于断裂机制的研究很有意义。
拉伸试验可以得到岩石的抗拉强度和弹性模量等参数，但是它比较复杂，需要特殊的设备和技术。
剪切试验是最能反映实际工程中的剪切破坏模式和承载力的试验之一，它可以得到剪切强度和岩石切线模量等参数。
动态强度试验是在高速冲击或爆炸荷载下进行，它能够得到岩石在动态负荷下的强度和变形性质，对于岩石爆炸冲击和地震等应变率较高的力学问题具有重要的意义。
虽然实验室试验可以得到较为精确的岩石力学参数，但是它在应用中存在一些局限性。
首先，实验室试验具有人为选择样品的局限性，无法全面反映岩石围压、自重和地下水等多种实际应力状态下的力学性质。
其次，实验室试验需要大量时间和人力物力的投入，成本较高。
此外，实验室试验不适用于大规模工程和现场建设的实时监测。
数值模拟数值模拟是一种计算机仿真技术，在模拟分析岩石力学性质和行为方面有着不可替代的优势。
数值模拟通常有两种类型：离散元模拟和有限元模拟。
离散元模拟是一种基于颗粒形态的模拟方法，在破碎、变形和力学性质等方面有独特的优势。
它可以模拟岩石颗粒之间的相互作用和失稳破裂过程，实现了对于岩石力学行为的深入了解。
有限元模拟是一种广泛应用的数值模拟方法，它可以反映岩石力学性质和岩石固体力学行为的多种模式，包括静力学、动力学、线性和非线性问题等。
测定岩石三轴压力条件下的强度与变形参数
测定岩石三轴压力条件下的强度与变形参数岩石的强度与变形参数是岩石力学中重要的研究内容，对于岩石的工程应用和开采过程有着重要的指导意义。
在实际工程中，岩石在三轴压力条件下的强度和变形参数的测定对于工程的安全和可靠性有着重要的影响。
本文将从实验方法、测试数据及分析结果三个方面对岩石三轴压力条件下的强度和变形参数进行测定的过程进行详细介绍。
以岩石三轴压缩试验为例，首先介绍实验方法。
这种试验是最常用的测定岩石强度和变形参数的方法之一、实验基本原理是在一个闭合的容器中，以相等的速率施加垂直压力，并同时在两个相互垂直的方向上施加水平应力。
实验中通常使用与实际设计或开采条件相似的岩石样本，以保证测试结果的可靠性。
其次是测定的测试数据。
在实验过程中，需要测定岩石的强度和变形参数，其中包括抗压强度、拉应力-应变曲线、体积应变和剪切应变等参数。
抗压强度是岩石承受最大垂直压力下的抵抗能力，可以通过测定岩石在试验中的最大承载力来得到。
而拉应力-应变曲线描述了岩石在拉应力下的变形行为，通过测量应力和应变来绘制曲线。
体积应变则是指岩石在三轴压缩过程中的体积变化情况，可以通过测量试样的尺寸变化来计算得到。
剪切应变则是指岩石在剪切力作用下的变形情况，可以通过测量试样的位移和变形形态来计算得到。
最后是对测定结果的分析。
通过实验测定得到的数据，可以对岩石的强度和变形参数进行分析。
在抗压强度方面，可以计算出岩石的抗压强度、抗压变形模量等参数，从而评价岩石的承载能力。
而在变形参数方面，可以分析拉应力-应变曲线的形状和体积应变的变化趋势，从而对岩石的变形特征进行评估。
此外，还可以通过剪切试验获得岩石的剪切强度和应力-应变关系，从而描述岩石的剪切特性。
综上所述，测定岩石三轴压力条件下的强度和变形参数是岩石力学研究中非常重要的内容。
通过实验方法的选择、测试数据的测量和分析结果的评估，可以更好地了解岩石在压力作用下的强度和变形特性，为工程应用提供科学的依据和指导。
岩石的变形特性及试验方法研究.doc
岩石的变形特性及试验方法研究.doc岩石的变形特性及试验方法研究岩石的变形特性是指岩石在外力作用下岩石中的应力与应变的关系特性，它是影响建筑物稳定的重要因素。
岩石在较小的力的作用下首先发生变形，变形量随作用力增大而增大，当作用力和变形量超过一定的限度后就会发生破坏，在作用力不断增大的过程中，岩石的变形和破坏是一个统一的、连续的过程。
工程岩体如果变形过大就会导致上面的建筑物失稳危及安全，因此工程勘察期间必须获得可靠的变形参数，才能据此在施工时采取适当措施防止其对工程的影响，保证建筑物的安全。
下面分别从岩石的变形特性、变形阶段和试验方法等方面进行探究1岩石变形的特性岩石的变形性质通常用应力一应变曲线表不，它通过测量岩石试样受压时的应力一应变关系得到。
山于岩石的组成成分及其结构与构造比较复杂，所以岩石的应力一应变关系也比较复杂，岩石变形过程中表现出弹性、塑性、勃性、脆性和延性等性质。
1. 1弹性在一定应力范围内，物体受外力作用产生变形，去除外力后能够立即恢复原状的性质，这种变形称为弹性变形。
1.2塑性物体受外力作用后发生变形，去除外力后不能完全复原状的性质，这种变形称为塑性变形或永久变形。
1.3勃性物体在外力作用下变形不能立刻完成，应变速率随应力增大而增大的性质，这种变形称为流动变形。
1.4脆性物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。
1.5延性物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。
另外，岩石的变形和破坏的性质还会随着受力状态的变化而变化。
岩石在三向受力状态下与单向受力状态下的应力一应变关系有很大的区别，随着围压增大，三向抗压强度增加，峰值变形增加，弹性极限增加，岩石山弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。
2岩石变形的阶段根据单向无侧限逐级维持荷载法应力一应变关系曲线曲率的变化，可将岩石变形过程划分为四个阶段:2. 1孔隙裂隙压密阶段岩石中原有的微裂隙逐渐被压密，曲线呈上升形，岩石变形多为塑性变形，曲线斜率随应力增大而逐渐增大，表不微裂隙的变化开始较快，随后逐渐减慢，对于微裂隙发育的岩石，本阶段较明显，但致密坚硬的岩石很难划出这个阶段，此阶段末点对应的应力称为压密极限强度。
岩石静态力学参数测试方法与数据处理
岩石静态力学参数测试方法与数据处理岩石是地球上常见的天然物质，研究岩石的力学参数对于地质灾害预测、工程设计以及资源勘探等领域具有重要意义。
本文将介绍岩石静态力学参数的测试方法与数据处理。
一、岩石静态力学参数的测试方法1. 岩石抗压强度测试岩石抗压强度是岩石力学参数中的关键指标之一，它反映了岩石的抗压能力。
常用的测试方法包括单轴压缩试验和直接剪切试验。
在单轴压缩试验中，需要使用压力机对岩石样品进行垂直方向的单向加载，同时测量加载过程中岩石的变形和承载能力。
通过绘制应力-应变曲线，可以得到岩石的抗压强度参数。
而直接剪切试验则是将岩石样品切割成一个矩形或圆形的平面，再对这个平面进行横向和纵向的剪切加载，通过测量剪切力和位移来推导出剪切强度。
2. 岩石弹性模量测试岩石的弹性模量是指岩石在受力下能够发生弹性变形的能力，是衡量岩石刚性的重要参数。
常用的测试方法包括弹性波速度法和恒定应力法。
在弹性波速度法中，通过在岩石样品上产生激发弹性波，测量波传播速度来计算岩石的弹性模量。
这种方法常用于实验室条件下对小尺寸岩石样品进行非破坏性测试。
而恒定应力法则是在施加一定大小的应力下，测量岩石样品的应变，通过根据背反映的力学模型计算岩石的弹性模量。
二、岩石静态力学参数的数据处理1. 数据采集与记录在进行试验时，需要对实验过程中产生的数据进行准确的记录。
这些数据包括施加的力、变形量、位移等。
可以使用计算机或数据采集系统来实现自动化的数据记录，以减少因人为操作导致的误差。
2. 数据处理与分析数据处理是在原始数据的基础上进行数据修正、提取有效信息以及统计分析的过程。
在岩石静态力学参数的数据处理中，需要对原始数据进行平滑处理、误差修正，并进行数据拟合和计算。
平滑处理是通过去除噪声和异常值，使得数据更加平滑。
常用的平滑方法有移动平均法、多项式拟合法等。
误差修正是根据实际情况对数据进行校正，主要考虑仪器误差和环境因素。
校正过程中需要参考相关的国际或行业标准。
测定岩石三轴压力条件下的强度与变形参数
测定岩石三轴压力条件下的强度与变形参数一、基本原理岩石三轴压力条件下的强度与变形参数主要有：三轴压缩强度、内摩擦角、内聚力以及弹性模量和泊松比。
室内三轴压缩实验是将岩石试样放在一密闭容器内，施加三向应力至试件破坏，在加压过程中同时测定不同荷载下的应变值。
绘制（13σ-σ）-ε应变关系曲线以及强度包络线，求的岩石的三轴压缩强度（1σ）、内摩擦角（ϕ）、内聚力（c）、以及弹性模量（E）和泊松比（μ）等参数。
根据应力状态的不同，可将三轴压缩实验分为真三轴压缩实验，应力状态为：1230σ≠σ≠σ>，及假三轴压缩实验（或称等测压三轴压缩实验）应力状态为1230σ>σ=σ>，本实验采用假三轴压缩试验。
二、仪器设备1、岩石三轴应力试验机，该试验机由如下几部分组成。
（1）三轴应力室（图3——17）：由压力室缸体、进油口、传力压杆等组成。
要求穿力杆端面光滑平整，平整度应为0.005mm。
（2）轴向加载系统：由主体、电动高压电泵及控制台等组成，要求该系统有足够的吨位，并能连续加荷，另外上、下承压板需互相平行，其中之一配有球面座，轴向荷载约5000kN。
（3）侧向加载系统：由控制台、电动油泵、增压器和高压输油管组成，该机最大侧向压力可达150MPa。
如无专门的三轴应力试验机，也可以用普通的压力机，配上符合要求的简易三轴应力室和手摇油泵（侧向加载装置）代替。
2试样制备设备：钻石机、切石机、磨石机等。
3变形量测设备：百分表及表座或电阻应变仪，电阻应变片等。
4烘箱、干燥箱、煮沸设备或真空抽气设备。
5其他：卡尺、乳胶套等。
三、操作步骤1、试样制备（1）试样规格：采用直径为5cm、高为10cm或直径为10cm，高为20cm的圆柱体。
（2）试样加工精度：试样周边应光滑，沿整个高度上的直径误差不超过0.3mm；试样端面不平整小雨0.2mm，两端面不平整度最大不超过0.05mm；试样端面应垂直于试样轴线，其最大偏差不应超过0.25.（3）试件数量：视实验目的、受力方向和含水状态等要求而定，每种受力方向和含水状态需制备5~7块。
岩石力学实验指导书及实验报告.doc
岩石力学实验指导书及实验报告班级姓名目录一、岩石比重的测定二、岩石密度的测定三、岩石含水率的测定四、岩石单轴抗压强度的测定五、岩石单轴抗拉强度的测定六、岩石凝聚力及内摩擦角的测定（抗剪强度试验）七、岩石变形参数的测定八、煤的坚固性系数的测定实验一、岩石比重的测定岩石比重是指单位体积的岩石（不包括孔隙）在105～110o C 下烘至恒重的重量与同体积4o C 纯水重量的比值。
一、仪器设备岩石粉碎机、瓷体或玛瑙体、孔径0.2或0.3毫米分样筛、天平（量0.001克）、烘箱、干燥器、沙浴、比重瓶。
二、试验步骤1、岩样制备：取有代表性的岩样300克左右，用机械粉碎，并全部通过孔径0.2（或0.3）毫米分样筛后待用。
2、将蒸馏水煮沸并冷却至室温取瓶颈与瓶塞相符的100毫升比重瓶，用蒸馏水洗净，注入三分之一的蒸馏水，擦干瓶的外表面。
3、取15g 岩样（称准到0.001克）得g 借助漏斗小心倒入盛有三分之一蒸馏水的比重瓶中，注意勿使岩样抛撒或粘在瓶颈上。
4、将盛有蒸馏水和岩样的比重瓶放在沙浴上煮沸后再继续煮1～1.5小时。
5、将煮沸后的比重瓶自然冷却至室温，然后注入蒸馏水，使液面与瓶塞刚好接触，注意不得留有气泡，擦干瓶的外表面，在天平上称重得g 1。
6、将岩样倒出，比重瓶洗净，最后用蒸馏水刷一遍，向比重瓶内注满蒸馏水，同样使液面与瓶塞刚好接触，不得留有气泡，擦干瓶的外表面，在天平上称重得g 2。
三、结果：按下式计算：s d g g g gd 12-+=式中：d ——岩石比重；g ——岩样重、克；g 1——比重瓶、岩样和蒸馏水合重、克； g 2——比重瓶和满瓶蒸馏水合重、克； d s ——室温下蒸馏水的比重、d s ≈1岩石密度是指单位体积岩石的重量。
有两种做法：称重法和蜡封法。
我们采用的是蜡封法。
一、主要仪器设备烘箱、干燥器、熔蜡锅、天平、线、石蜡、水中称量装置。
二、试件制备选取有代表性的边长约40~50mm 近似立方体的岩石、选3块、修平棱角、刷取表面粘着物。
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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。
电阻片的粘贴和防潮处理3.
（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：
Pσ =
A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：
ε =ε + 2ε d
av
----ε某一应力下体积应变；式中vε----- 同一应力下轴向应变；aε----- 同一应力下横向应变。
d（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：
? =
E500?50?----相当于抗压强度为50%的应力值，Mpa
式中；50?时的轴向应变值。
50% 应力为抗压强度的----50．
（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）：
?d（50）???）50a（?----应力
为抗压强度的50%时的横向应变；式中）d（50?----应力为抗压强度的50%时的轴向应变。
）a（50（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
n?EE?3
MP10则×/n= 48.5a iO1i?
σ/MPa
εaεdεε（50）av Mεoε（50）ε（50）da
六、实验小结
通过本次实验，使我对岩石的力学性质有了更深一步的认识。
观看了岩石的变形过程，使我对课本中的知识有了更深刻的体会。