巖體力學(xué)實驗指導(dǎo)書

1、巖體力學(xué)實驗指導(dǎo)書 巖體力學(xué)實驗指導(dǎo)書 前 言 本書是作為水文地質(zhì)及工程地質(zhì)專業(yè)巖體力學(xué)教材的組成部分，共編入巖石物理力學(xué)性質(zhì)實驗12個，巖石力學(xué)實驗教學(xué)是巖體力學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，通過實驗教學(xué)使學(xué)生在學(xué)習(xí)巖體力學(xué)基本理論的同時，能理論聯(lián)系實踐，培養(yǎng)實際工作能力及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，進一步鞏因課堂教學(xué)內(nèi)容，為此要求學(xué)生掌握實驗的基本原理與方法，其中包括儀器的裝置以及工作原理，為了使學(xué)生理解，在本書編寫過程中，力求從教學(xué)出發(fā)，聯(lián)系生產(chǎn)實際，配合理論課，闡明實驗基本原理與實驗步驟，并輔以思考題。 本書是在我校巖體力學(xué)實驗講義油印教材基礎(chǔ)上，并參閱了長春地院、水電部 及地礦部出版的有關(guān)巖石力學(xué)實驗指導(dǎo)及及

2、規(guī)程編寫而成的。 根據(jù)教育部關(guān)于教材采用國際單位制的通知)，書中一律采用國際單位制單位。 但目前實驗儀器尚未改進，為彌補這一缺陷，除書后編入國際單位制及與工程實用制 單位的換算關(guān)系)，以備讀者查閱外，教師在課堂上應(yīng)予適當(dāng)提醒。 限于編者水平，書中難免存在缺點和不當(dāng)之處，敬請讀者指正。 實驗1 測定巖石的顆粒密度 一、基本原理 巖石的顆粒密度是指巖石固體礦物顆粒部分的單位體積內(nèi)的質(zhì)量： ? ms Vs 巖石的固體部分的質(zhì)量，采用烘干巖石的粉碎試樣，用精密天平測得，相應(yīng)的固體體積，一般采用排開與試樣同體積之液體的方法測得，通常用比重瓶法測得巖石固體顆料的體積。 在用比重瓶測定巖石固體顆料體積時，必

3、須注意所排開的液體體積確能代表固體顆料的真實體積，試樣中含有的氣體，實驗中必須把它排盡，否則影響測試精度，所用的液體一般為蒸餾水，并用煮沸法或抽氣法排除巖石試樣中的氣體，若巖石中含有大量可溶鹽類、有機質(zhì)、粘粒時，則須用中性液體如煤油、汽油、酒精、甲苯和二甲苯等，此時必須用抽氣法排除試樣中的氣體。 二、儀器設(shè)備 1、 巖石粉碎設(shè)備： 粉碎機、瓷缽、瑪瑙研缽和孔徑為的篩； 2、 比重瓶：容積為100ml或50ml； 3、 分析天平：稱量200克，感量克； 4、普通天平：稱量500克，感量克； 5、真空抽氣設(shè)備和煮沸設(shè)備； 6、 恒溫水槽； 7、 溫度計，量程050，精確至； 8、 其它：烘箱、蒸餾

4、水或中性液體、小漏斗、洗耳球等。 三、操作步驟 1、試樣制備 取代表性巖樣約100g，粉碎成巖粉并全部通過篩孔。粉碎時，若巖石不含有磁性礦物，采用高強度耐磨粉碎機，并用磁鐵吸去鐵屑；若含有磁性礦物，根據(jù)巖石的堅硬程度分別采用磁研缽或瑪瑙研缽粉碎巖樣。 2、烘干試樣 將制備好的試樣與洗凈的比重瓶一起置于烘箱中，使之在100110溫度下烘至恒重 ，取出后放于干燥器內(nèi)冷卻至室溫備用。 4、稱干試樣質(zhì)量 用四分法取兩份巖粉，每份巖粉質(zhì)量約15g，將試樣通過漏斗傾入已知質(zhì)量的烘干的比重瓶內(nèi)，然后在分析天平上稱取比重瓶加試樣的質(zhì)量，減去比重瓶質(zhì)量即得干試樣的質(zhì)量。 4、注水排氣 向裝有試樣的比重瓶內(nèi)注入蒸

5、餾水，然后用煮沸法或真空抽氣法排除氣體。 煮沸法 此法適于用蒸餾水做實驗，注蒸餾水入比重至半滿 將比重瓶置于砂浴上煮沸，煮沸時間在加熱沸騰后不應(yīng)小于1h，以完全排除氣體。 抽氣排氣法 將盛有巖樣試樣及半滿液體的比重瓶放置在真空抽氣缸內(nèi),接上真空泵，抽氣時真空度應(yīng)不少于740毫米水銀柱負(fù)壓力，并經(jīng)常搖動比重瓶，直至無氣泡為止，抽氣時間一般為12小時。 5、稱取瓶加試液及巖樣的質(zhì)量 若用煮沸法排氣時，煮沸完畢后，取出比重瓶冷卻至室溫，注蒸餾水入比重瓶中至近滿并加蓋，然后將比重瓶置于恒溫水槽內(nèi)待溫度穩(wěn)定，取出比重瓶后將瓶外水份擦干并稱重，得瓶，水加巖樣質(zhì)量，稱完后立即測定瓶內(nèi)懸液溫度。 若用抽氣排氣

6、法時，抽氣完畢后，取出比重瓶，按上述方法稱取瓶加水及巖樣質(zhì)量。 6、稱取瓶、試液的質(zhì)量 倒掉瓶中懸液，洗靜比重瓶，注入試液至滿后，恒溫約15min，使瓶內(nèi)試液與懸液溫度相同。檢查瓶內(nèi)有無氣泡，若有需排除，塞好瓶塞，擦干瓶外水分，稱瓶加試液的質(zhì)量。 本試驗稱重應(yīng)精確至。 8、按下式計算巖石的顆粒密度 ? ms ?wf m3?ms?m2 式中：巖石的顆粒密度； ms干巖粉的質(zhì)量； m3瓶、試液總質(zhì)量； m2瓶、試液和巖粉的總質(zhì)量； 0t時液體的密度。 不同溫度下蒸餾水的密度可根據(jù)試驗時的溫度t，查下表求得。 水的密度0 t 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 t 15 16

7、17 18 19 20 21 22 23 24 25 0 t 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 0 注：一般試驗計算時采用小數(shù)點以后三位數(shù)，第四位四舍五入。 若用中性液體進行試驗時，應(yīng)用比重瓶來測定其不同溫度下的密度，方法如下： 將已知質(zhì)量的比重瓶裝滿經(jīng)真空抽氣的中性液體，按本試驗中的第7步稱瓶、中性液體總質(zhì)量。 用同一比重瓶裝滿蒸餾水，再按本試驗步驟7稱瓶、水總質(zhì)量。 按下式計算中性液體密度 / ?w? m4?m0 ?wt m5?m0 式中：w中性液體密度； M4瓶、中性液體總質(zhì)量； M5瓶、水總質(zhì)量； m0瓶的質(zhì)量； 3 ，查上表求得。 wtt時的蒸餾水密度 8、

8、本試驗進行兩次平行測定，取其平均值，兩次測定的差值不得大于/cm3，計算結(jié)果精確至。 四、試驗報告內(nèi)容 1、整理記錄表，格式見下表。 顆粒密度試驗記錄表 試驗： 計算： 校核： 年 月 日 2、思考題 巖石的顆粒密度值取決于哪些因素，它與空隙度的關(guān)系如何？ 巖石若為可溶鹽巖類，用蒸餾水測定巖石的顆粒密度時，其結(jié)果是偏大還是偏??？為什么？ 五、注意事項 1、煮沸排氣時，必須防止懸液濺出瓶外，火力要小，防止煮干，還必須將試樣中氣體排盡，否則影響試驗結(jié)果。 2、必須使瓶中懸液的溫度與試液溫度相一致。 3、稱重必須準(zhǔn)確，測定m1與m2時，必須將比重瓶外壁擦干。 巖體力學(xué)實驗指導(dǎo)書 姓名: 學(xué)號: 班級

9、: 土木學(xué)院 巖土工程教研室 學(xué)生實驗守則 一.每次實驗前必須做好復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)。復(fù)習(xí)的內(nèi)容為教科書上有關(guān)本次實驗的教學(xué)內(nèi)容；預(yù) 習(xí)內(nèi)容包括仔細閱讀實驗指導(dǎo)書和熟悉實驗室有關(guān)儀器設(shè)備。 二.經(jīng)過預(yù)習(xí)應(yīng)掌握該項實驗的意義、目的、操作步驟。對輔導(dǎo)教師提出的檢查性問題，應(yīng)能回答，否則不得進行實驗。 三.實驗時態(tài)度應(yīng)嚴(yán)肅認(rèn)真，嚴(yán)格按輔導(dǎo)教師及實驗指導(dǎo)書上所講的操做步驟進行實驗，每臺設(shè)備的操作應(yīng)按各設(shè)備的操作方法進行，以免損壞設(shè)備或造成事故。非本次實驗使用的儀器設(shè)備不得亂動。 四.每次實驗前由小組長填寫儀器設(shè)備領(lǐng)用單。實驗完畢后，應(yīng)將所用儀器設(shè)備擦洗干凈，放回原處，經(jīng)小組長檢查，輔導(dǎo)教師驗收無誤后方可離開實

10、驗室。如有損壞，應(yīng)填寫儀器設(shè)備損壞報告單，待后處理。 五.實驗結(jié)束后，應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)提交實驗報告。實驗報告必須獨立完成。實驗報告的書寫、計算、制圖，公式、計算過程、單位齊全、清晰整齊。實驗成績是期終考核成績的一部分。 六.如實驗結(jié)果未能達到要求或因故未做實驗者，應(yīng)申請補做實驗，實驗室同意后，在指定日期內(nèi)進行補做。 以上守則請同學(xué)們自覺遵守。 實驗一 巖石單軸壓縮實驗 一、實驗?zāi)康?巖石單軸壓縮是指巖石在單軸壓縮條件下的強度、變形和破壞特征。通過該實驗掌握巖石單軸壓縮實驗方法，學(xué)會巖石單軸抗壓強度、彈性模量、泊松比的計算方法；了解巖石單軸壓縮過程的變形特征和破壞類型。 二、實驗設(shè)備、儀器和材料

11、1. 鉆石機、鋸石機、磨石機； 2 .游標(biāo)卡尺，精度； 3. 直角尺、水平檢測臺、百分表及百分表架； 4. YE-600型液壓材料試驗機； 5. JN-16型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀； 6. 電阻應(yīng)變片； 7. 膠結(jié)劑，清潔劑，脫脂棉，測試導(dǎo)線等。 三、試樣的規(guī)格、加工精度、數(shù)量及含水狀態(tài) 1. 試樣規(guī)格：采用直徑為50 mm，高為100 mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體，對于一些裂隙比較發(fā)育的試樣，可采用50 mm50 mm100 mm的立方體，由于巖石松軟不能制取標(biāo)準(zhǔn)試樣時，可采用非標(biāo)準(zhǔn)試樣，需在實驗結(jié)果加以說明。 2. 加工精度： 平行度：試樣兩端面的平行度偏差不得大于。檢測方法如圖1-1所示，將試樣放在水平檢測

12、臺上，調(diào)整百分表的位置，使百分表觸頭緊貼試樣表面，然后水平移動試樣百分表指針的擺動幅度小于10格。 直徑偏差：試樣兩端的直徑偏差不得大于 mm，用游標(biāo)卡尺檢查。 軸向偏差：試樣的兩端面應(yīng)垂直于試樣軸線。檢測方法如圖1-2所示，將試樣放在水平檢測臺上，用直角尺緊貼試樣垂直邊，轉(zhuǎn)動試樣兩者之間無明顯縫隙。 3. 試樣數(shù)量： 每種狀態(tài)下試樣的數(shù)量一般不少于3個。 4. 含水狀態(tài)：采用自然狀態(tài)，即試樣制成后放在底部有水的干燥器內(nèi)12 d，以保持一定的濕度，但試樣不得接觸水面。 1百分表 2-百分表架 3-試樣 4水平檢測臺 圖1-1 試樣平行度檢測示意圖 1直角尺 2-試樣 3- 水平檢測臺 圖1-2

13、 試樣軸向偏差度檢測示意圖 四、電阻應(yīng)變片的粘貼 1.阻值檢查：要求電阻絲平直，間距均勻，無黃斑，電阻值一般選用120歐姆，測量片和補償片的電阻差值不超過。 2.位置確定：縱向、橫向電阻應(yīng)變片粘貼在試樣中部，縱向、橫向應(yīng)變片排列采用“”形，盡可能避開裂隙，節(jié)理等弱面。 3.粘貼工藝：試樣表面清洗處理涂膠貼電阻應(yīng)變片固化處理焊接導(dǎo)線防潮處理。 圖1-3 電阻應(yīng)變片粘貼 五、實驗步驟 1. 測定前核對巖石名稱和試樣編號，并對巖石試樣的顏色、顆粒、層理、 裂隙、風(fēng)化程度、含水狀態(tài)等進行描述。 2. 檢查試樣加工精度。并測量試樣尺寸，一般在試樣中部兩個互相垂直方向測量直徑計算平均值。 3. 電阻應(yīng)變儀

14、接通電源并預(yù)熱數(shù)分鐘后, 連接測試導(dǎo)線，接線方式采用公共補償半橋連接方式。 4. 將試樣放置在試驗機的承壓板中心，然后對縱向、橫向應(yīng)變片分別進行反復(fù)預(yù)調(diào)平衡。 5. 施加初載荷，檢查試驗機和應(yīng)變片工作情況，正常后以 kN/s的加載速度均勻加載，按估計破壞載荷的十分之一間隔讀數(shù)，紀(jì)錄相應(yīng)載荷下的縱向、橫向應(yīng)變，均勻加載直至試樣完全破壞。每個測試過程讀數(shù)不得少于7個點，同一試樣的縱向、橫應(yīng)變盡可能同時讀出。 6. 記錄破壞載荷值及加載過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，并對試樣破壞形態(tài)進行描述。 六、實驗結(jié)果整理 1. 巖石單軸抗壓強度： ?C? 式中： ?C試樣單軸抗壓強度，MPa； P試樣破壞載荷，N；A試樣初

15、始截面積，mm2。 巖石單軸抗壓強度測定結(jié)果填入表1-1。 P A 表1-1 巖石單軸抗壓強度測定結(jié)果 2. 繪制巖石單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線 實驗結(jié)束后檢查每一組的實驗結(jié)果，廢棄可疑數(shù)據(jù)，分別計算試樣所受應(yīng)力和與之對應(yīng)的縱向應(yīng)變1、橫向應(yīng)變2以及體積應(yīng)變值v，體積應(yīng)變值按下式計算： ?v?1?2?2 巖石力學(xué)實驗指導(dǎo)書 修訂版 前 言 試驗是巖石力學(xué)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，目的在于輔助課堂教學(xué)，直觀培養(yǎng)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和動手能力。本指導(dǎo)書是根據(jù)我?！皒x年教學(xué)大綱”，并結(jié)合我校的實驗條件而編寫，主要內(nèi)容有：1、巖石天然含水率、吸水率及飽和吸水率試驗；2、巖石比重試驗；3、巖石密度試驗；4、巖石耐崩解

16、試驗5、巖石膨脹試驗；6、巖石凍融試驗；7、巖石單軸抗壓強度試驗，8、巖石壓縮變形試驗，9、巖石抗拉強度試驗，10、巖石抗剪強度試驗，11、巖石三軸壓縮及變形試驗，12、巖石弱面抗剪強度試驗，13、巖石點載荷指數(shù)測定試驗，14、巖石縱波速度測定試驗，15、巖石力學(xué)伺服控制剛性試驗；16、巖石聲發(fā)射試驗。 本指導(dǎo)書的內(nèi)容主要參照水利水電工程巖石試驗規(guī)程；水利電力工程巖石試驗規(guī)程DLJ204-81，SLJ2-81；同時參考了國際巖石力學(xué)會巖石力學(xué)試驗建議方法，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)巖石試驗方法標(biāo)準(zhǔn)以及露天采礦手冊等，由于我們水平有限，文中如有不當(dāng)之處，歡迎讀者批評指正。 編者：王寶學(xué)、楊同、張磊

17、xx年12月 目錄 巖石物理性質(zhì)試驗 . 1 一、巖石天然含水率、吸水率及飽和吸水率試驗 . 1 二、巖石比重試驗 . 3 三、巖石密度試驗 . 6 四、巖石耐崩解試驗 . 10 五、巖石膨脹試驗 . 12 六、巖石凍融試驗 . 15 巖石力學(xué)性質(zhì)試驗 . 18 七、巖石單軸抗壓強度試驗 . 18 八、巖石壓縮變形試驗 . 20 九、巖石抗拉強度試驗 . 24 十、巖石抗剪強度試驗 . 27 十一、巖石三軸壓縮及變形試驗 . 29 十二、巖石弱面剪切強度試驗 . 37 十三、點載荷指數(shù)的測定 . 40 十四、巖石縱波速度測定 . 42 十五、巖石力學(xué)伺服控制剛性試驗 . 43 十六、巖石聲發(fā)射

18、試驗 . 46 巖石物理性質(zhì)試驗 一、巖石天然含水率、吸水率及飽和吸水率試驗 概述 巖石的天然含水率是指試樣在大氣壓力和室溫條件下，天然條件下巖石自身所含有的水的質(zhì)量與試樣固體質(zhì)量比的百分率。 巖石吸水率是試樣在大氣壓力和室溫條件下，巖石吸入水的質(zhì)量與試樣固體質(zhì)量比的百分率。本規(guī)程采用自由浸水方式求巖石吸水率。 巖石飽和吸水率，是試樣在強制狀態(tài)下，巖石的最大吸水質(zhì)量與試樣固體質(zhì)量比的百分率。本規(guī)程采用煮沸法或真空抽氣法求巖石飽和吸水率。 試樣制備 規(guī)則試樣的形態(tài)，可以用圓柱體、立方體或方柱體，根據(jù)密度試驗后的其他實驗要求選擇。 不規(guī)則試樣采用邊長46cm近似立方體的塊體，凸出的邊棱部分必須進行

19、處理；試樣數(shù)量，每組取3個。 試樣描述 巖石名稱、顏色、結(jié)構(gòu)、礦物成分、顆粒大小、膠結(jié)物質(zhì)等特征。 節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其分布。 試樣形態(tài)及缺角，掉棱角等現(xiàn)象。 主要儀器設(shè)備 鉆石機、切石機、磨石機或其他制樣設(shè)備。 烘箱和干燥器。 稱量大于500g，感量為的天平。 真空抽氣機和煮沸設(shè)備。 試驗程序 巖石天然含水率試驗 在天然狀態(tài)下制備試件，清除試樣上的塵土和松動顆粒，稱其質(zhì)量。 將試樣置于烘箱中，在105110?C的溫度下烘24h，取出后，即放入干燥器內(nèi)，冷卻至室溫后稱重。 巖石的吸水率及飽和吸水率 清除試樣上的塵土和松動顆粒。 將試樣置于烘箱中，在105110?C的溫度下烘24h，取出后，即

20、放入干燥器內(nèi)，冷卻至室溫后稱重。 使試樣逐步浸水，首先淹沒試樣高度的1/4，然后每隔2h分別升高水面至試樣的1/2和3/4處，6h后全部浸沒試樣。 試樣在水下自由吸水48h，取出后擦去表面水分，稱重。 用煮沸法或真空抽氣法對試樣進行強制飽和。 采用煮沸法飽和試樣時，煮沸箱內(nèi)水面應(yīng)經(jīng)常保持高于試樣面，煮沸時間不應(yīng)少于6h。 采用真空抽氣法飽和試樣時，抽氣的真空度須達到740mm以上的水銀柱負(fù)壓力，抽氣時間不得少于4h，或者抽至不再發(fā)生氣泡為止。 經(jīng)過煮沸法或真空抽氣的試樣，應(yīng)放置在原容器中冷卻至室溫或在正常壓力下靜置4h，然后擦去表面水分，稱重。 成果整理和計算 按以下諸式計算巖石天然含水率、吸

21、水率、飽和吸水率和開型空隙率 ?o? ?a?mo?md?100 mdma?md?100 md ms?md?100 md?s? 式中： ；、 ?o、?a、?s巖石天然含水率、吸水率、飽和吸水率， mo、md、ma、ms巖石天然質(zhì)量、烘干質(zhì)量、浸水48h質(zhì)量和強制飽和質(zhì)量，； 計算值取小數(shù)點以后兩位。 巖石力學(xué)實驗指導(dǎo)書 王寶學(xué) 修訂版楊 同 張 磊 北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院 xx 年 3 月 編 前 言 試驗是巖石力學(xué)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，目的在于輔助課堂教學(xué)，直觀培養(yǎng)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和動手能力。本指導(dǎo)書是根據(jù)我?！皒x年教學(xué)大綱”，并結(jié)合我校的實驗條件而編寫，主要內(nèi)容有：1、巖石天然含水率

22、、吸水率及飽和吸水率試驗；2、巖石比重試驗；3、巖石密度試驗；4、巖石耐崩解試驗5、巖石膨脹試驗；6、巖石凍融試驗；7、巖石單軸抗壓強度試驗，8、巖石壓縮變形試驗，9、巖石抗拉強度試驗，10、巖石抗剪強度試驗，11、巖石三軸壓縮及變形試驗，12、巖石弱面抗剪強度試驗，13、巖石點載荷指數(shù)測定試驗，14、巖石縱波速度測定試驗，15、巖石力學(xué)伺服控制剛性試驗；16、巖石聲發(fā)射試驗。 本指導(dǎo)書的內(nèi)容主要參照水利水電工程巖石試驗規(guī)程；水利電力工程巖石試驗規(guī)程DLJ204-81，SLJ2-81；同時參考了國際巖石力學(xué)會巖石力學(xué)試驗建議方法，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)巖石試驗方法標(biāo)準(zhǔn)以及露天采礦手冊等，由于我

23、們水平有限，文中如有不當(dāng)之處，歡迎讀者批評指正。 編者：王寶學(xué)、楊同、張磊 xx年12月 目錄 巖石物理性質(zhì)試驗 . 1 一、巖石天然含水率、吸水率及飽和吸水率試驗 . 1 二、巖石比重試驗 . 3 三、巖石密度試驗 . 6 四、巖石耐崩解試驗 . 10 五、巖石膨脹試驗 . 12 六、巖石凍融試驗 . 15 巖石力學(xué)性質(zhì)試驗 . 18 七、巖石單軸抗壓強度試驗 . 18 八、巖石壓縮變形試驗 . 20 九、巖石抗拉強度試驗 . 24 十、巖石抗剪強度試驗 . 27 十一、巖石三軸壓縮及變形試驗 . 29 十二、巖石弱面剪切強度試驗 . 37 十三、點載荷指數(shù)的測定 . 40 十四、巖石縱波速度測定 . 42 十五、巖石力學(xué)伺服控制剛性試驗 . 43 十六、巖石聲發(fā)射試驗 . 46 巖石物理性質(zhì)試驗 一、巖石天然含水率、吸水率及飽和吸水率試驗 概述 巖石的天然含水率是指試樣在大氣壓力和室溫條件下，天然條件下巖石自身所含有的水的質(zhì)量與試樣固體質(zhì)量比的百分率。 巖石吸水率是試樣在大氣壓力和室溫條件下，巖石吸入水的質(zhì)量與試樣固體質(zhì)量比的百分率。本規(guī)程采用自由浸水方式求巖石吸水率。 巖石飽和吸水率，是試樣在強制狀態(tài)下，巖石的最大吸水質(zhì)量與試樣固體質(zhì)量比的百分率。本規(guī)程采用煮沸法或真空抽氣法求巖石飽和吸水率。 試樣制備 規(guī)則試樣的形態(tài)，可以用圓柱體、立方體或方柱體，根據(jù)