岩石力学实验指导书及实验报告

班级

 

 

姓名

山东科技大学土建学院实验中心编

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105～110^oC下烘至恒重的重量与同体积4^oC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g₁。

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g₂。

三、结果：按下式计算：

式中：d——岩石比重；

g——岩样重、克；

g₁——比重瓶、岩样和蒸馏水合重、克；

g₂——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

岩石比重测定记录表

实验二、岩石密度的测定

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。

三、测定步骤：

1、将试样放入105~110^οC的烘箱中烘至恒重后取出、放在干燥器内冷却至室温、称重得g

2、丝线绑住试件、置于刚过熔点的石蜡中1~2秒钟提出、检查试件上，蜡有无气泡、可用小电烙铁或热针刺破并涂平孔眼、在天平上称重得g₁

3、将蜡封后的试件挂在天平钩上、在水中称重得g₂

四、结果计算：

式中：d_g——岩石的干密度，克／厘米³；

g——试件干重，克；

g₁——蜡封试件在空气中重，克；

g₂——蜡封试件在水重中，克；

d_s——水的密度，克／厘米³；

g_n——石蜡密度，克／厘米³，0.90克／厘米³。

岩石密度测定记录表

实验三、岩石含水率的测定

岩石在天然状态下所含水分的重量与岩石烘干后的重量之比为岩石的含水率。

一、仪器设备

天平、烘箱、干燥箱。

二、试验步骤

1、从岩样中心取保持天然含水状态的边长约4~6厘米的立方体试件，即称重得g₁，在现场采取的岩石，测含水率就要用塑料袋把欲测岩石密封住，保持水分。

2、将试件放在105~110^οC烘箱中烘至恒重后取出，放置干燥器中冷却至室温，称重得g₂。

三、测定结果计算：

式中：——岩石天然含水率；

——保持天然水分的试件重量，克；

——烘至恒重的试件重量，克。

岩石含水率测定记录表

试验四、岩石单向抗压强度的测定

一、仪器设备

材料试验机、游标卡尺。

二、标准试件规格：采用直接为50mm的圆柱体，高径比为2 ：1；也可采用50×50×100mm的长方体。

三、测定步骤：

1、  测试件尺寸（试件直径应在其高度中部两个互相垂直的方向量测，取算术平均值）填入记录表内。

2、  选择压力机度盘：一般应满足0.2P＜P_max＜0.8P

式中：P_max——预计最大破坏载荷，KN

P——压力机度盘最大值，KN

3、  开动压力机，使其处于可用状态，将试件置于压力机承压板中心，调整球形坐，使试件上下受力均匀，0.5~1.0MPa的速度加载直至破坏。

四、测定结果的计算：

试件的抗压强度：

式中：R——试件抗压强度，MPa

P——试件破坏载荷，N

F——试件面积，mm²

岩石单向抗压强度测定记录表格

试验五、岩石抗拉强度的测定（劈裂法）

一、仪器设备：

材料试验机、劈裂法实验夹具、游标卡尺。

二、试件规格

标准试件采用圆盘形，直径50mm、厚25mm；也可采用50×50×50mm得方形试件。

三、测定步骤：

1、2同抗压强度相同。

3、通过试件直径的两端，沿轴线方向画两条互相平行的线作为加载基线，把试件放入夹具内，夹具上下刀刃对准加载基线，放入试验机的上下承压板之间，使试件的中心线和试验机的中心线在一条直线上。

4、开动试验机，以每秒0.03~0.05MPa的速度加载直至破坏。

四、测定结果计算：

式中：R_L——岩石单向抗拉强度，MPa

P——试件破坏载荷，N

D——试件直径，mm

L——试件厚度，mm

抗拉强度测定记录表

试验六、岩石的抗剪试验

一、仪器设备

材料试验机、变角剪切夹具、游标卡尺。

二、试件规格

标准试件采用50×50×50mm。

三、试验步骤：

1、  实验机度盘的选择原则与抗压强度测定之盘选择原则相同。

2、  测量试件尺寸、选择剪切角度填入表内。

3、  把变角剪夹具选好角度，试件放上后即可以每秒0.5~1.0MPa的速度加载直至破坏。

四、测定结果的计算：

单个试件剪切破坏面上的正应力、剪应力按下式计算：

式中：P——试件剪断破坏载荷，N

F——剪切面面积，mm²

α——试件与水平面夹角。

岩石剪切试验记录表

五、画强度曲线、求C、值。

 

量出：C=

      =

试验七、岩石变形参数测定

一、仪器设备：

电阻应变仪、万用表、试验机、电阻应变片、胶水等。

二、试件与抗压强度测定试件的要求相同。

三、测定步骤：

将电阻应变仪接上电源，预热半小时连接线路，预调平衡，施加初载荷，检查仪器工作情况，按每秒0.5~1.0MPa的速度逐渐加载，按估计破坏载荷的十分之一间隔读一次读数，纪录载荷与应变值。直至破坏。

四、测定结果的计算与整理：

1、  应力按下式计算：

式中：σ—应力，MPa；

P—与应变对应的载荷，N；

F—试件初始面积，mm²。

2、  体积应变按下式计算

式中：—体积应变值；

—纵向应变值；

—横向应变值。

3、  绘制应力—纵向应变曲线；应力—横向应变曲线；应力—体积应变曲线。

4、  根据破坏载荷计算单项抗压强度R

式中：P—破坏载荷，N

F—试件初始面积，mm²。

5、  在应力—纵向应变曲线上，原点与50%抗压强度点连线的斜率即为割线模量E₅₀。

6、  在应力—纵向应变曲线上，直线段的斜率为切线模量E_t（通称弹性模量）。

7、  根据应力—纵向应变和应力—横向应变曲线上对应直线段部分纵向和横向应变的平均值计算泊松比

式中：——应力—横向应变曲线上对应直线段部分应变的平均值。

——应力—纵向应变曲线上对应直线段部分应变的平均值。

变形参数测定纪录表格

试件长     mm、宽    mm、直径    mm、面积    mm²。

E₅₀=                         R=

E_t=                         =

 

试验八、煤的坚固性系数的测定

一、仪器设备：捣碎筒、计量筒、分样筛（0.5mm）、天平、小锤、漏斗。

二、制样：把煤样用小锤制成块度为20~30mm小块。称50克为一份、每五份为一组、称三组。

三、测定步骤：将捣碎筒放置在砼或水泥地板上，放入试件一份，奖2.4kg重锤提高到600mm高度，使其自由落下冲击试样，每份冲击三次，把5份捣碎后的式样装在同一容器中。

把每组（5份）捣碎后的试样一起倒入孔径0.5mm分样筛中筛分，端平分样筛轻筛，筛动幅度约200mm即可，筛至不再漏下煤粉为止。

把筛下的粉末用漏斗装入计量筒内，轻轻敲打使之密实，然后轻轻插入具有刻度的活塞尺与筒内粉末面接触。在计量筒口相平处读数L。

当L≥30mm时冲击次数n即可定为3次，如L＜mm时，则第一组试样作废。每份试样冲击次数n改为5次。重复上述步骤测煤粉高度L。

四、坚固性系数的计算：

式中：—坚固性系数

—每份试样冲击次数

—每组试样筛下煤粉的计量高度

煤的坚固性系数测定纪录表

第二篇：岩石力学实验指导书

岩石力学实验指导书

(适用于土木工程专业--岩土方向)

岩石力学课程组 编写

长江大学城市建设学院

二○○七年九月

目 录

学生试验守则

室内岩石试验的任务和工作基本要求

试验一 岩石单轴抗压试验

试验二 岩石抗拉强度试验

试验三 岩石快速直剪试验

说明：本试验指导书主要依据为：

中华人民共和国国家标准：《工程岩体试验方法标准》GB/T50226-1999

学生试验守则

一、每次试验前必须做好复习和预习。复习的内容为教科书上有关本次试验的教学内容；预习内容包括仔细阅读试验指导书和去实验室熟悉有关仪器设备。

二、经过预习应掌握该项试验的意义、目的、操作步骤。对辅导教师提出的检查性问题，应能回答，否则不得进行试验。

三、试验时态度应严肃认真，严格按辅导教师及试验指导书上所讲的操做步骤进行试验，每台设备的操做应按各设备的操做准则进行，以免损坏设备或造成事故。非本次试验使用的仪器设备不得乱动。

四、每次试验前由小组长填写仪器设备领用单。试验完毕后，应将所用仪器设备擦洗干净，放回原处，经小组长检查，辅导教师验收无误后方可离室。如有损坏，应填写仪器设备损坏报告单，待后处理。

五、试验结束后，应在规定时间内提交试验报告。试验报告必须独立完成。书写、计算、制图要求公式、计算过程、单位齐全、清晰整齐。试验成绩是期终考核成绩的一部分。

六、如试验结果未能达到要求或因故未做试验者，应申请补做试验，实验室同意后，在指定日期内进行补做。

以上守则请同学们自觉遵守。

室内岩石试验的任务和工作基本要求

一、室内岩石试验的任务：

是了解岩块的基本物理力学性质及其破坏机制；研究在工程建筑物荷载作用下基岩或围岩的工程性状，为工程地质评价和工程建筑物设计提供资料。

二、室内岩石试验工作基本要求：

1、为使试验工作符合实际情况，保证成果质量，各工程勘测设计阶段的岩石试验工作，应在详细了解工程地质条件、设计意图、建筑物特点和可能采用的施工方法基础上进行。

2、试验工作的安排和布置，应和勘测设计阶段相适应，既要满足本设计阶段的要求，又利于与以后各设计阶段的试验工作相衔接。

3、室内岩块试验的样品，一般在钻孔、平洞和竖井中采取，同组岩样的性质应基本相同。取样位置和数量，应根据地质条件、工程特点和试验要求而定。

4、布置室内岩块试验的一般要求

(1)作为岩石类别划分指标的常规试验项目，应针对岩类的现场分类进行选择，为科学地划分工程地质岩组及掌握不同岩类的自然特性提供资料。

(2)作为工程计算指标的直剪试验，测试条件应符合地质条件和设计要求。

(3)当软弱岩层、断层破碎带的厚度较大，充填物性质均一时，宜采用土工试验的方法进行抗剪强度、压缩试验和其他试验。

试验一 岩石单轴抗压试验

一、试验的目的：

测定岩石的单轴抗压强度Rc。当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。

本次试验主要测定天然状态下试样的单轴抗压强度。

二、试样制备：

1、试料可用钻孔岩心或坑槽探中采取的岩块。在取料和试样制备过程中，不允许人为裂隙出现。

2、本次试验采用圆柱体作为标准试样，直径为5cm，允许变化范围为4.8～5.4cm，高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm。

3、对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径之比宜为2.0～2.5。

4、制备试样时采用的冷却液，必须是洁净水，不许使用油液。

5、对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石，应采用干法制样。

6、试样数量：每组须制备3个。

7、试样制备的精度。

(1)在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。

(2)两端面的不平行度，最大不超过0.05mm。

(3)端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25。

三、试样描述：

试验前的描述，应包括如下内容：

1、岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小，风化程度，胶结物性质等特征。

2、节理裂隙的发育程度及其分布，并记述受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。

3、量测试样尺寸，检查试样加工精度，并记录试样加工过程中的缺陷。

试件压坏后，应描述其破坏方式。若发现异常现象，应对其进行描述和解释。

四、主要仪器设备：

1、钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。

2、测量平台、角尺、放大镜、游标卡尺。

3、压力机，应满足下列要求：

(1)压力机应能连续加载且没有冲击，并具有足够的吨位，使能在总吨位的10%—90%之间进行试验。

(2)压力机的承压板，必须具有足够的刚度，其中之一须具有球形座，板面须平整光滑。

(3)承压板的直径应不小于试样直径，且也不宜大于试样直径的两倍。如压力机承压板尺寸大于试样尺寸两部以上时，需在试样上下两端加辅助承压板。辅助承压板的刚度和平整度应满足压力机承压板的要求。

(4)压力机的校正与检验，应符合国家计量标准的规定。

五、试验程序：

1、根据所要求的试样状态准备试样。

2、将试样置于压力机承压板中心，调整有球形座的承压板，使试样均匀受载。

3、以每秒0.5～1.0MPa/s的加载速度加荷，直到试样破坏为止，并记录最大破坏载荷及加荷过程中出现的现象。

4、描述试样的破坏形态，并记下有关情况。

六、成果整理和计算：

1、试验记录填于下表：

岩石单轴抗压强度试验原始记录表

项目编号 仪器编号 试验日期

岩石 名称

含水 状态

受力方向

试样编号

试样直径(cm) 测定值

平均值

破坏荷载(kN)

抗压强度 (Kn/cm2)

(MPa)

备注

试 件 描 述

试验者 计算者 校核者 2、按下式计算岩石的单轴抗压强度：

Rc?

式中：Rc岩石单轴抗压强度，MPa； PkN；

P A

Am2。 2、计算值取3位有效数据。

试验二 劈裂法试验(抗拉强度试验)

一、试验的目的：

测定岩石的单轴抗拉强度Rt。试样在纵向力作用下出现拉伸破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗拉强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。

劈裂法试验是测定岩石的单轴抗拉强度Rt的方法之一。该法是在圆柱体试样的直径方向上，施加相对的线形荷载，使之沿试样直径方向破坏的试验。

本试验法可测得各种含水状态下试样的抗拉强度。

本次试验主要测天然状态下试样的抗拉强度。

二、试样制备：

1、本次试验采用圆柱体作为标准试样，直径为5cm，允许变化范围为4.8～5.4cm，试样的厚度宜为直径的0.5～1.0倍，并应大于岩石最大颗粒的10倍。

2、其他应与试验一的试样制备一致。

三、试样描述：

同试验一。

四、主要仪器设备：

同试验一。

五、试验程序：

1、根据所要求的试样状态准备试样。

2、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。将两根垫条沿加载基线固定在试件两端。

3、将试样置于压力机承压板中心，调整有球形座的承压板，使试样均匀受载，并使垫条与试件在同一加荷轴线上。

4、以0. 3~0. 5MPa/s的加载速度加荷，直到试样破坏为止，并记录最大破坏载荷及加荷过程中出现的现象。

5、描述试样的破坏形状，并记下有关情况。

六、成果整理和计算：

1、试验记录填表：

2、按下式计算岩石的单轴抗拉强度：

Rt?2P ?Dh

式中： RtMPa；

P——试件破坏载荷，N

D——试件直径，mm

h——试件厚度，mm

3、计算值取3位有效数据。

岩石单轴抗拉强度试验(劈裂法)原始记录表

项目编号 仪器编号 试验日期

试样直径(cm) 测定值

平均值

试样高度(cm) 测定值

抗拉强度 破坏

备

荷载

注

平均值(kN)(KN/cm2岩石 含水 受力 试样名称 状态 方向 编号

试 件 描 述

试验者 计算者 校核者

试验三 快速直接剪断试验

一、试验的目的：

岩石的抗剪强度是岩石对剪切破坏的极限抵抗能力。本试验采用快速直剪试验测定岩石的抗剪强度。此试验一般可测定：a、混凝土与岩石胶结面的抗剪强度；b、岩石软弱结构面(包括夹泥和不夹泥的层面，节理裂缝面和断层带等)的抗剪强度；c、岩石本身的抗剪强度。试验时岩石的含水状态可根据需要采用天然含水状态、饱和状态或其它含水状态，本次试验测定天然含水状态下岩石的抗剪强度。

二、试样制备：

1、岩石直接试验试件的直径或边长应大于或等于5cm，试件高度应与直径或边长相等。

2、岩石结构面直剪试验试件的直径或边长不得小于5cm，试件高度与直径或边长相等。结构面应位于试件中部。

3、混凝土与岩石胶结面直剪试验试件应为方块体，其边长不宜小于15cm。胶结面应位于试件中部，岩石起伏差应为边长的1%～2%。混凝土骨粒的最大粒径不得大于边长的1/6。

4、每组试验试件的数量不应少于5个。

三、试样描述：

试件描述应包括下列内容：

1、岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等。

2、层理、片理、节理裂隙的发育程度及其与剪切方向的关系。

3、结构面的充填物性质、充填程度以及试件在采取和制备过程中受扰动的情况。

4、混凝土与岩石胶结面的试件，应测定岩石表面的起伏差，并绘制其沿剪切方向的高度变化曲线。混凝土的配合比，胶结质量及实测标号。

四、主要仪器设备：

1、试件制备设备。

2、试件测量设备如：游标卡尺及位移测表。

3、直剪试验仪。

五、试验程序：

1、试件安装：

(1)将度件置于金属剪切盒内，试件与剪切盒内壁之间的间隙以填料填实，使试件与剪切盒成为一个整体。预定剪切面应位于剪切缝中部。

(2)安装试件中，法向荷载和剪切荷载(或两者的合力)应通过预定剪切面的几何中心。若测剪切位移，法向位移测表和水平位移测表应对称布置，各测表数量不宜少于2只。

2、法向荷载的施加：

(1)在每个试件，首先应分别施加不同的法向应力，所施加的最大法向应力，不宜小于预定的法向应力。(预定的应力或预定的压力，一般是指工程设计应力或工程设计压力。在确定试验应力或试验压力时，还应考虑岩石或岩体的强度，岩体的应力状态以及设备精度和出力。)

(2)对于岩石结构面中具有充填物的试件，最大法向应力应以不挤出充填物为宜。

(3)不需要固结的试件，法向荷载一次施加完毕，即测读法向位移，5min后再测读一次，即可施加剪切荷载。

(4)需固结的试件，在法向荷载施加完毕后的第一小时内，每隔15min读数1次，然后每半小时读数1次，当每小时法向位移不超过0.05mm时，即认为固结稳定，可施加剪切荷载。

(5)在剪切过程中，应使法向荷载始终保持为常数。

3、剪切荷载的施加方法应符合下列规定：

每个试验首先应分别施加不同的法向应力，待其稳定后再施加剪切荷载。施加剪切荷载应根据直剪仪的结构选择采用平推式或斜推式。两者均要求法向荷载和剪切荷载(或两者的合力)通过预定剪切面的几何中心。加荷速度应控制在0.5～0.8MPa/s。

4、试验结束后，应对试件剪切面进行描述：

(1)准确量测剪切面面积；

(2)详细描述剪切面的破坏情况，擦痕的分布、方向和长度；

(3)测定剪切面的起伏差，绘制沿剪切方向断面高度的变化曲线；

(4)当结构面内有充填物时，应准确判断剪切面的位置，并记述其组成成分、性质、厚度、构造。根据需要测定充填物的物理性质。

六、成果整理和计算：

1、试验记录填于下表：

2、试验成果整理应符合下列要求：

(1)按下列公式计算各法向荷载下的法向应力和剪应力：

A、平推法：

??P/A

??Q/A

B、斜推法：

??P/A+Qsin?

??Qcos?/A

式中 ?(MPa)

?作用于剪切面上的剪应力(MPa)；

作用于剪切面上的法向荷载(N)；

(N)；

(mm)；

?

(2)根据各剪切阶段特征点的剪应力和法向应力绘制关系曲线，按库伦表达式确定相应的岩石抗剪强度参数。

岩石快速直剪试验原始记录表

项目编号： 仪器编号： 试验日期： 岩石 含水 试样名称 状态 编号

试 件 描 述

试样直径(cm) 测定值

平均值

垂向荷载kN

垂向应力MPa

剪向 剪向

荷载 应力 备注 kN MPa

试验者 计算者 校核者