岩石力学实验指导书

岩石力学实验指导书

修订版

王宝学杨同张磊编

北京科技大学

土木与环境工程学院

2008 年3 月

前言

试验是岩石力学课程教学的重要环节，目的在于辅助课堂教学，直观培养学生的知识结构和动手能力。本指导书是根据我校“2005年教学大纲”，并结合我校的实验条件而编写，主要内容有：1、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验；2、岩石比重试验；3、岩石密度试验；4、岩石耐崩解试验5、岩石膨胀试验；6、岩石冻融试验；7、岩石单轴抗压强度试验，8、岩石压缩变形试验，9、岩石抗拉强度试验(巴西法)，10、岩石抗剪强度试验(变角剪法)，11、岩石三轴压缩及变形试验，12、岩石弱面抗剪强度试验，13、岩石点载荷指数测定试验，14、岩石纵波速度测定试验，15、岩石力学伺服控制刚性试验；16、岩石声发射试验。

本指导书的内容主要参照《水利水电工程岩石试验规程》（SL264-2001）；《水利电力工程岩石试验规程》DLJ204-81，SLJ2-81；同时参考了国际岩石力学会《岩石力学试验建议方法》，中华人民共和国国家标准《岩石试验方法标准》以及《露天采矿手册》等，由于我们水平有限，文中如有不当之处，欢迎读者批评指正。

编者：王宝学、杨同、张磊

2007年12月

目录

岩石物理性质试验

一、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验

概述

岩石的天然含水率是指试样在大气压力和室温条件下，天然条件下岩石自身所含有的水的质量与试样固体质量比的百分率。

岩石吸水率是试样在大气压力和室温条件下，岩石吸入水的质量与试样固体质量比的百分率。本规程采用自由浸水方式求岩石吸水率。

岩石饱和吸水率，是试样在强制状态下，岩石的最大吸水质量与试样固体质量比的百分率。本规程采用煮沸法或真空抽气法求岩石饱和吸水率。

试样制备

（1）规则试样的形态，可以用圆柱体、立方体或方柱体，根据密度试验后的其他实验要求选择。

（2）不规则试样采用边长4～6cm近似立方体的块体，凸出的边棱部分必须进行处理；试样数量，每组取3个。

试样描述

（1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小、胶结物质等特征。

（2）节理裂隙的发育程度及其分布。

（3）试样形态及缺角，掉棱角等现象。

主要仪器设备

（1）钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。

（2）烘箱和干燥器。

（3）称量大于500g，感量为0.01g的天平。

（4）真空抽气机和煮沸设备。

试验程序

1.5.1岩石天然含水率试验

（1）在天然状态下制备试件，清除试样上的尘土和松动颗粒，称其质量。

（2）将试样置于烘箱中，在105～110 C的温度下烘24h，取出后，即放入干燥器内，冷却至室温后称重。

1.5.2岩石的吸水率及饱和吸水率

（1）清除试样上的尘土和松动颗粒。

（2）将试样置于烘箱中，在105～110?C 的温度下烘24h ，取出后，即放入干燥器内，冷却至室温后称重。

（3）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1/2和3/4处，6h 后全部浸没试样。

（4）试样在水下自由吸水48h ，取出后擦去表面水分，称重。 （5）用煮沸法或真空抽气法对试样进行强制饱和。

（6）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，煮沸时间不应少于6h 。

（7）采用真空抽气法饱和试样时，抽气的真空度须达到740mm 以上的水银柱负压力，抽气时间不得少于4h ，或者抽至不再发生气泡为止。

（8）经过煮沸法或真空抽气的试样，应放置在原容器中冷却至室温或在正常压力下静置4h ，然后擦去表面水分，称重。

成果整理和计算

（1）按以下诸式计算岩石天然含水率、吸水率、饱和吸水率和开型空隙率

100⨯-=

d d

o o m m m ω 100⨯-=

d d

a a m m m ω 100⨯-=

d

d

s s m m m ω 式中：

o ω、a ω、s ω——岩石天然含水率、吸水率、饱和吸水率，（?）；、、

o m 、d m 、a m 、s m ——岩石天然质量、烘干质量、浸水48h 质量和强制饱和质量，

（g ）；

（2）计算值取小数点以后两位。

表1-1 岩石天然含水率、吸水率和饱和吸水率记录表

工程名称____ ______

班级组别日期

试验者计算者

二、岩石比重(颗粒密度)试验

概述

岩石比重试验是试样干重与同体积4?C时的蒸馏水重量的比值（岩石颗粒密度是岩石固相物质的质量与体积的比值，在数值上与比重相同）。本指导书主要介绍采用比重瓶法测定岩石比重。除含有水溶性矿物的岩石用煤油测定外，其余岩石均采用蒸馏水测定，采用煤油测定时的方法与采用蒸馏水测定的方法一致。

试样制备

（1）用于测定比重的试样需破碎成岩粉，使之全部通过0.25mm筛孔。

（2）对于非磁性岩石，采用高强度耐磨的优质钢磨盘粉碎，并用磁铁块吸去铁屑。

（3）对于磁性岩石，根据岩石的坚硬程度，分别采用磁研体或玛瑙研体粉碎样品。试样描述

试样粉碎前的描述，包括：岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小和胶结物性质。

主要仪器设备

（1）粉碎机，研体，孔径为0.25mm筛。

（2）称重为200g ，感量0.001g 的天平。 （3）烘箱和干燥器。

（4）真空抽气机和煮沸设备。 （5）恒温水槽和砂浴。

（6）容积100ml 或50ml 的比重瓶。

试验程序

（1）将制备好的试样，置于105～110?C 下烘12h ，然后放在干燥器内冷却至室温。 （2）将比重瓶置于105～110?C 下烘12h ，然后放在干燥器内冷却至室温。 （3）将比重瓶编号，并称其质量。

（4）用四分法取两个试样，每个试样15g 左右（用100ml 比重瓶）或10g 左右（用50ml 比重瓶）。

（5）将取好的试样通过漏斗倒入编好号码的比重瓶内，然后称比重瓶和试样的质量。 （6）向比重瓶内注入蒸馏水至比重瓶容积的一半处。 （7）采用煮沸法或真空抽气法排除气体。

（8）采用煮沸法排除气体时，煮沸时间在加热沸腾以后，不得少于1h 。 （9）采用真空抽气法排除气体时，抽气的真空度须达到740mm 以上的水银柱负压力，抽气时间维持1～2h ，或抽至不再发生气泡为止。

（10）不论采用煮沸法或真空抽气法排除试样气体时，均按同样的方法配制未放试样的蒸馏水。

（11）试样排气之后，把煮沸或经真空抽气的蒸馏水注入比重瓶至近满，然后置于恒温水槽内，使瓶内温度保持稳定并使上部悬液澄清。

（12）塞好瓶塞，使多余水分自瓶塞毛细孔中溢出，将瓶外擦干，称瓶、水、试样合重。

（13）倒掉试液，洗净比重瓶。注入与（11）项中同温度的蒸馏水至满，按（11）、（12）两款称瓶、水合重。

（14）本试验称重精度，要求准确至0.001g 。

成果整理和计算

2.6.1按下式计算岩石比重

o s s

s g g g g ∆⨯-+=

∆2

1

式中：

s ∆—— 岩石比重；