实验五岩石单轴压缩实验(DOC).pdf

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1、实用文档 文案大全 实验五岩石单轴压缩实验 一.实验目的 岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。 通过该 实验掌握岩石单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、 弹性模量、 泊松比的 计算方法；了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。 二.实验设备、仪器和材料 1.钻石机、锯石机、磨石机； 2.游标卡尺，精度 0.02mm； 3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架； 4.YE-600 型液压材料试验机； 5.JN-16型静态电阻应变仪； 6.电阻应变片（ BX-120 型） ； 7.胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。 三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 1. 试

2、样规格：采用直径为50 mm，高为 100 mm 的标准圆柱体，对于一些 裂隙比较发育的试样，可采用50 mm 50 mm 100 mm 的立方体，由于岩石松软 不能制取标准试样时，可采用非标准试样，需在实验结果加以说明。 2. 加工精度： a 平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。检测方法如图 5-1 所示，将试样放在水平检测台上， 调整百分表的位置， 使百分表触头紧贴试样表 面，然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10 格。 b 直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm，用游标卡尺检查。 c 轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2 所示， 将试样

3、放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显 实用文档 文案大全 缝隙。 3.试样数量：每种状态下试样的数量一般不少于3 个。 4.含水状态：采用自然状态， 即试样制成后放在底部有水的干燥器内12 d， 以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 四.电阻应变片的粘贴 1.阻值检查 ：要求电阻丝平直，间距均匀，无黄斑，电 阻值一般选用 120 欧姆，测量片和补偿片的电阻差值不超过 0.5 。 2.位置确定：纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部， 纵向、横向应变片排列采用“ ” 形，尽可能避开裂隙，节理 等弱面。 3.粘贴工艺：试样表面清洗处理涂胶 贴电阻应变片 固化处理 焊接导线

4、 防潮处理。 五.实验步骤 1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对岩石试样的颜色、颗粒、层理、 裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。 2.检查试样加工精度。并测量试样尺寸，一般在试样中部两个互相垂直方 向测量直径计算平均值。 3.电阻应变仪接通电源并预热数分钟后, 连接测试导线，接线方式采用公 3 4 1 2 1百分表2-百分表架3-试样 4 水平检测台 图 5-1 试样平行度检测示意图 2 3 1 1直角尺2-试样 3- 水平检测台 图 5-2 试样轴向偏差度检测示意图 图 5-3 电阻应变片粘贴 试样 电阻片 实用文档 文案大全 共补偿半桥连接方式。 4.将试样放置在试验机的承压板中心，然

5、后对纵向、横向应变片分别进行 反复预调平衡。 5.施加初载荷，检查试验机和应变片工作情况，正常后以1.02.0 kN/s 的 加载速度均匀加载， 按估计破坏载荷的十分之一间隔读数，纪录相应载荷下的纵 向、横向应变，均匀加载直至试样完全破坏。 每个测试过程读数不得少于7 个点， 同一试样的纵向、横应变尽可能同时读出。 6.记录破坏载荷值及加载过程中出现的现象，并对试样破坏形态进行描述。 六.实验结果整理 1. 岩石单轴抗压强度： 式中： RC试样单轴抗压强度， MPa； P试样破坏载荷， N； S试样初始截面积， mm 2。 岩石单轴抗压强度测定结果填入表5-1。 表 5-1 岩石单轴抗压强度测

6、定结果 岩石名称 试件 编号 岩性描述 试样尺寸破坏载荷 /kN 抗压强度/MPa D L/mm 单值均值 1 2 3 2. 绘制岩石单轴压缩应力 -应变曲线 实验结束后检查每一组的实验结果，废弃可疑数据，分别计算试样所受应 力和与之对应的纵向应变 1、横向应变 2以及体积应变值 v，体积应变值按下 式计算： 将单轴压缩实验记录与计算结果填入表5-2。然后以纵向应力为纵坐标，以 C P R S 12 2 v 实用文档 文案大全 应变为横坐标描出并光滑连接测点。岩石试样单轴压缩实验的应力-应变曲线， 如图 5-4。 表 5-2 岩石单轴压缩变形测定纪录 试 样 编号 载荷 /kN 项目 20 4

7、0 60 80 100 120 140 160 180 200 200 1 轴向应力 /MPa 纵向应变 1 横向应变 2 体积应变 v 2 轴向应力 /MPa 纵向应变 1 横向应变 2 体积应变 v 3 轴向应力 /MPa 纵向应变 1 横向应变 2 体积应变 v 3.弹性模量 : 根据岩石单轴压缩实验的应力-应变曲线计算变形参数。由于岩石压缩过程 中各个阶段的变形情况有所不同，弹性模量又分为切线模量E（又称弹性模量 或杨氏模量）和割线模量E50（又称变形模量），分别按下式计算： 1- 21- v 1- 1 1/10 -3 1 / M P a 图 5-4 岩石单轴压缩实验的应力-应变曲线

8、3/10 -3 A B C D 实用文档 文案大全 式中： 纵向应力 -应变曲线中直线段的纵向应力增量， MPa； 纵向应力 -应变曲线中直线段的纵向应变增量； 单向抗压强度的 50%的应力值， MPa； 试样与 对应的纵向应变值。 4.泊松比 : 岩石在单轴压缩过程中纵向变形的同时横向也发生相应变形，在轴向应力- 纵向应变与轴向应力 -横向应变曲线上，对应直线段纵向应变和横向应变的平均 值计算泊松比 ： 式中： 岩石的泊松比； p纵向应力 -纵向应变曲线中对应直线段部分的应变的平均值； p纵向应力 -横向应变曲线中对应直线段部分的应变的平均值。 弹性模量 E、变形模量 E50及泊松比 测定结

9、果填入表 5-3： 表 5-3 弹性模量E、变形模量E50及泊松比 测定结果 岩石 名称 试样 编号 岩性 描述 弹性模量E/GPa 变形模量E50/GPa 泊松比 单值均值单值均值单值均值 七.实验报告要求 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.主要实验仪器； 3.实验步骤； 4.原始数据及实验数据整理； E 50 50 50 E 2 1 p p 实用文档 文案大全 5.对本实验的建议。 八.思考题 1. 试验机上为何要配备球形调节座？ 2. 影响单轴压缩实验结果的实验因素有那些？ 3. 单轴压缩破坏的类型有那几种？ 实用文档 文案大全 实验六岩石常规

10、三轴压缩实验 一.实验目的 岩石常规三轴压缩实验是指岩石试样在轴对称应力组合方式（12=3 ）的 三轴压缩实验。 通过该实验使学生掌握岩石常规三轴实验方法，并能根据岩石在 不同围压下实验结果计算出内摩擦角与粘结力 c，绘制出岩石的强度曲线，进 一步理解岩石的强度准则。 二.实验设备、仪器和材料 1. 钻石机、锯石机、磨石机； 2. 游标卡尺，精度0.02mm； 3. 干燥器； 4. 直角尺、水平检测台、百分表及百分表架； 5. YE-2000 型液压材料试验机； 6. 三轴室，三轴液压源； 7. 热缩管、胶带、密封圈等。 三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 1. 试样规格：采用直径为50

11、 mm，高为 100 mm 的标准圆柱体。 2. 加工精度： a 平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。检测方法如图 5-1 所示，将试样放在水平检测台上， 调整百分表的位置， 使百分表触头紧贴试样表 面，然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10 格。 b 直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm，用游标卡尺检查。 c 轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2 所示， 将试样放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显 实用文档 文案大全 缝隙。 3.试样数量：每种岩石同一状态下，试样数量一般不少于5 个，每个试样在 一定围压下的进

12、行实验。 4.含水状态：采用自然状态，试样制成后放在底部有水的干燥器内12 d， 以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 四.实验步骤 1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、 风化程度、含水状态等进行描述。 2.检查试样加工精度。并测量试样尺寸，一般在试样中部两个互相垂直方向 测量直径计算平均值。 3.围压一般取 5MPa、10 MPa、15 MPa、20 MPa和 25 MPa。 4.试验机量程，一般应满足0.2P0Pmax0.8P0，式中：P0为试验机最大量程， kN；Pmax为预计试样最大破坏载荷，kN。 5.试样的安装，首先把钢垫块端部擦净，将试样置于上、

13、下垫块之间，使三 者中心为一条直线，再将试样与垫块套上热缩管，热缩管长度稍大于试样高度， 用吹风机缓慢加热热缩管，并再用密封胶带固定试样两端，见图6-1。 6.打开三轴室上压盖，再将制备好的试样下垫块置下放入三轴室底座中心， 上好压力室顶盖活塞， 将装有试样的三轴室放入试验机的下承压板上，并使三轴 压力室的中心与试验机的中心一致。 7.注油排气，打开压力室的放气阀，启动围压油泵向压力室注油排气，当压 力室有油排除时关闭排气阀。 8.接通电源，开动开压力机，打开送油阀，使压 力机的下承压板的拖轮离开轨道10 cm 左右，关闭 送油阀，然后调整试验机上承压板位置与压力室的 上压头接触，缓缓打开送油

14、阀施加50 kN 的纵向载 荷固定试样。 9.施加围压，缓缓施加围压到指定值，稳定数2 分钟后，使围压保持恒定时，要求变动范围不应超 1 2 3 4 1上垫块； 2密封圈； 3岩石试样； 4下垫块 图 6-1 试样防油安装示意图 实用文档 文案大全 过选定的 2%。 10. 再以 1.0 kN/s2.0 kN/s 的加载速度均匀加载，直至试样破坏，立即关闭 液压泵卸载阀，再打开试验机的回油阀卸轴压。 11. 纪录破坏载荷及围压值。打开三轴室的放气阀，卸掉上压盖取出试样， 破坏类型描述。 五.实验结果整理 1.计算一定侧压力作用下岩石的抗压强度1： 式中： 1max岩石三轴抗压强度， MPa；

15、P纵向破坏载荷， N； F试样初始截面积， m 2。 2.计算内摩擦角和粘结力。 在直角坐标系绘制3-1的关系曲线图 6-2， 对实验值采用最小二乘法进行线性回归，计算出 其斜率 m 和纵轴上的截距b，即bm 31 线 性方程，其中 m 和 b 可用下式计算： 2 3 2 3 2 31313 )(n b 2 3 2 3 3113 )(n n m 式中： 1岩石三轴抗压强度， MPa； 3围压，MPa； n试样数量。 根据库伦 -摩尔准则，岩石的内摩擦角和 粘结力 c可利用参数 m 和 b 按下式计算： 1 1 a r c s i n m m 图 6-2 围压与纵向抗压强度关系曲线 图 6-3

16、岩石三轴试验摩尔园及包络线 1 P S 实用文档 文案大全 c o s2 s i n1 bc 3.绘制摩尔圆及其包络线： 在纵横相同比例的直角坐标系内，选取35 个 3值，用回归后的直线方 程bm 31 计算出相应的 1值。再分别以（ 3+1）/2，0 为圆心，以（ 1-3） /2 为半径绘制出一组摩尔圆， 摩尔圆的外包络线， 即为该组岩石的强度曲线， 包 络线在 Y 轴上的截距为粘结力c，与 X 轴的夹角为内摩擦角。岩石三轴压缩实 验结果填入表 6-1。 表 6-1 三轴压缩实验结果 岩石 名称 编 号 岩性描述 试样尺寸 3 /MPa 破坏载荷 /kN 1 /MPa m b /MPa 内摩

17、擦角 /度 凝聚力 c / MPa D L/mm 1 2 3 4 5 六.实验报告要求 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.主要实验仪器； 3.实验步骤； 4.原始数据及实验数据整理； 5.对本实验的建议。 七.思考题 1.三轴实验过程中主要主意事项有哪几项？ 2.通过三轴实验说明岩石承载能力与哪些因素有关？ 实用文档 文案大全 3.你对本次实验的建议和意见。 4.实验七岩石抗拉强度测定 一.实验目的 岩石抗拉强度是指岩石承拉伸条件下能够承受的最大应力值。通过该实验 使学生掌握采用巴西劈裂法测定岩石抗拉强度的方法，并与岩石抗压强度进行比 较，从而了解脆

18、性岩石材料的强度特点。 二.实验设备、仪器和材料 1.钻石机、锯石机、磨石机； 2.游标卡尺，精度0.02mm； 3.劈裂夹具； 5.钢丝垫条，用直径为2.0 mm3.0 mm 钢丝； 4. YE-300 型液压材料试验机。 三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 1.试样规格：采用直径为50 mm，高为 25 mm50 mm 的标准圆柱体。 2.试样数量：每种岩石同一状态下，试样数量一般不少于5 块。 3.含水状态：采用自然状态，试样制成后放在底部有水的干燥器内12 d， 以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 四.实验原理 巴西劈裂法测定岩石抗拉强度是国际岩石力学学会标准推荐的方法，对称

19、圆 盘试样受集中载荷P 的作用下，依据弹性理论得知，圆盘加载直径上任一点(0， y)的应力状态为： （1） （2） 2 x P DL 2 22 24 4y y PD DLD （-1） 实用文档 文案大全 式中：P 为载荷， D、L 分别为试样直径和厚度，试样中心处（y=0）的应力状态 为： （3） （4） 由式（ 3） 、式（ 4）得出，圆盘试样中心处压应力是拉应力的3 倍，但由于 岩石抗拉强度远低于抗压强度，一旦拉应力达到试样的抗拉强度时中心发生破 坏，通常认为拉应力对破裂起主导作用。 五.实验步骤 1. 测定前核对岩石名称和试样编号，并对试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、 风化程度、含水状态等

20、进行描述。 2. 用游标卡尺测量试样尺寸，保留两位小数。 3. 将试样放置劈裂夹具内，再用V 型卡具及两侧夹持螺钉固定好试样，见 图 7-1。 4. 把劈裂夹具放入试验机的上、下承压板之 间，使试样中心线和试验机的中心线在一条直线 上。 5. 开动试验机，松开劈裂夹具两侧夹持螺钉， 然后以 0.07kN/s0.12 kN/s的加载速度均匀加载， 直至破坏。 6. 记录破坏载荷，破坏类型描述。 六.实验结果整理 岩石抗拉强度： 式中： RC试样抗拉强度， MPa； P试样破坏载荷， N； 2 L P R DL 1-垫条；2-加具座； 3-试样； 4-加持螺钉 图 7-1 劈裂法抗拉实验加具示意图

21、 1 2 3 4 6 yo P DL 2 xo P DL 实用文档 文案大全 D试样直径（立方体试样D 为高度） ，mm； L试样厚度， mm。 岩石抗拉强度测定结果填入表7-1。 表 7-1 岩石抗拉强度测定结果 岩石名称试样编号岩性描述 试样尺寸 破坏载荷 /kN 抗拉强度 /MPa DL/mm 单值均值 1 2 3 七.实验报告要求 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.主要实验仪器； 3.实验原理； 4.实验步骤； 5.原始数据及实验数据整理； 八.思考题 1.岩石抗拉强度为什么要重复进行5 次？ 2.加载速度如何影响岩石抗拉强度？ 实用文档 文案大全