岩石力学实验指导书及实验报告
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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、岩石含水率的测定
三、岩石单轴抗压强度的测定
四、岩石单轴抗拉强度的测定
五、岩石凝聚力及内摩擦角的测定（抗剪强度试验）
六、岩石变形参数的测定
七、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105～110oC下烘至恒重的重量与同体积4oC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；
ds——室温下蒸馏水的比重、ds≈1
岩石比重测定记录表
实验二、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105~110οC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
试验三、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＜Pmax＜0.8P
式中：Pmax——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
试验四、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：RL——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
试验五、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=
=
试验六、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Et（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=
Et= =
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：现场岩石力学试验报告模板
工程勘察：
证书编号 45040Ⅲ -211-U
桂林漓江**水库枢纽工程
现场岩石试验报告
广西*******勘察设计研究院
核 定：
审 查：
校 核：
编 写：
试 验：
目 录
1 工作概况.................................................. 1
2 现场混凝土与岩体抗剪（断）试验............................... 1
2.1 抗剪(断)试验试样布置及地质条件............................ 1
2.2 抗剪（断）试验试样制备情况............................... 2
2.3 抗剪(断)试验方法....................................... 2
2.4 抗剪(断)试验成果整理方法................................. 3
2.5 抗剪(断)试验破坏机理分析................................. 3
2.6 抗剪断试验成果分析...................................... 4
3 现场岩体变形试验........................................... 5
3.1 岩体变形试验试样布置及地质条件............................ 7
3.2 岩体变形试点制作........................................ 7
3.3 岩体变形试验方法........................................ 7
3.4 岩体变形试验成果整理.................................... 7
3.5 岩体变形试验成果分析.................................... 8
4 建议..................................................... 9
图 纸 目 录
1 工作概况
桂林漓江**水库枢纽工程位于广西桂林市为漓江一级支流，距离桂林**km有等外公路从**至**村。该水库枢纽主要任务是调蓄讯期洪水水量，枯水期向漓江补水，并利用补水水能发电。拟建枢纽最大坝高约**m，正常高水位**m，总库容约为**万m3，通过引水隧洞到下游厂房发电，电站装机容量为**MW。
坝址现场岩体力学试验于****日至*****日坝轴线左岸及坝轴线下游200m右岸进行现场混凝土与岩体抗剪（断）试验及现场岩体变形试验，共完成工作量见表1。
表1 现场岩石试验工作量表
试验数据采集和处理采用8098多功能岩土检测系统，该微机系统于1991年4月通过广西科学技术委员会的技术鉴定，开工前经广西计量测试研究所率定。各项技术指标均符合DLJ204-81，SLJ2-81《水利水电工程岩石试验规程》（试行），DL5006-92《水利水电工程岩石试验规程（补充部分）》。
2 现场混凝土与岩体抗剪（断）强度试验
2.1 抗剪(断)试验试样布置及地质条件
a) 现场混凝土与岩体抗剪（断）试验在坝址区内进行，分别选强、弱风化泥质粉砂岩各12个点（即3组），详见表2。岩层产状一般为**°/NWÐ**° ,周围岩石为砂岩、泥岩互层。
表2 试样布置一览表
b) 试样试点平面布置见示意图45040Ⅲ-211-001。
c) 各组抗剪断试验试点的地质条件，详见45040Ⅲ-211-002～007。
2.2 抗剪（断）试验试样制备情况
2.2.1 试样基岩面制作
岩石试验专业技术人员和地质人员共同选点，并对试点的岩性及风化程度进行了划分和选定，然后进行人工开挖覆盖层至基岩后，再凿平，经过粗细凿后，使试面起伏差控制在0～10mm范围内。并进行试点地质描述及摄影，然后浇注混凝土试体，部分起伏差超过10mm时用水泥砂浆填补。
2.2.2 混凝土试体制作
混凝土配合比，水泥:水:砂:碎石为1:0.69:2.53:4.32，选用**牌425标号普通硅酸盐水泥，采用灰岩人工砂和灰岩碎石，碎石采用三级比，砂率选用35%，采用人工搅拌，人工振捣；为缩短混凝土养护期，在混凝土中加入水泥用量的2%氯化钙作为早强剂，混凝土直接浇注在岩面上，不另做垫层，制作成50cm×50cm×35cm的试体。
试验前对6组18块15cm×15cm×15cm立方体混凝土试块进行现场抗压试验，混凝土标号均达到**MPa,符合设计要求。
2.2.3水平推力座的制作
左岸坝轴线上基岩露头处及右岸山坡上的混凝土与岩体抗剪（断）试验，水平推力后座为人工开挖修凿下锚，用混凝土充填，并开挖水平千斤顶槽。
2.3 抗剪(断)试验方法
本次现场混凝土与岩体抗剪（断）试验，采用平推法直剪试验，所有试体的推力方向与河流平行或有一定夹角向下游方向，并使推力与试验面重合，且通过试面几何中心。试验面积为2500cm2，油压系统用YS150型试验专用千斤顶和SBS7型高压手动油泵。法向应力分别为0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa四个等级，通过锚杆反力架用千斤顶加压。试体的变形量是通过装在试体四个角上的四个水平和四个垂直位移传感器测得，位移传感器的型号为BWG5A型。压力是通过分别装在水平和垂直油压系统中的压力传感器或精密油压表测得，压力传感器型号为AKCZ-61A型。试验仪器的安装及整个试验过程均严格按DLJ204-81、SLJL-81《水利水电工程岩石试验规程》（试行）进行。
2.4 抗剪(断)试验成果整理方法
本次试验采用微机系统检测试验和数据处理,软件编制按DLJ204-81,SLJ2-81《水利水电工程岩石试验规程》（试行）进行。整理步骤如下：
a) 打印原始数据表格。
b) 分别绘出不同法向应力下剪应力与剪切变形的关系曲线（μ-τ曲线），见图45040Ⅲ-211-008～009。
c) 根据μ-τ关系曲线中所对应的各剪切阶段特征值的法向应力与剪应力的关系，进行一次线性回归，绘出σ-τ关系曲线图，见图45040Ⅲ-196-010。
d) 用计算机相应求出各组各剪切阶段的σ-τ关系方程:
τ=fσ+c，即各组的内摩擦系数f值和粘聚力c值。
2.5 抗剪(断)试验破坏机理分析
a) 混凝土与强风化泥质粉砂岩抗剪（断）试验，少数是沿接触面剪断（具体试点为SANJ01-2、SANJ01-3 、SANJ01-4各占试面总面积30%，SANJ02-2占试面总面积65%、SANJ02-3占试面总面积20%、SANJ02-4占试面总面积30%、SANJ03-2占试面总面积30%、SANJ03-3占试面总面积55%、SANJ03-1为在接触面剪断），仅占试样总数的8%，大多数沿岩体内部剪断（具体试点为SANJ01-1、SANJ01-2、SANJ01-3、SANJ01-4、SANJ02-1、SANJ02-3、SANJ02-4、SANJ03-2、SANJ03-4）
b) 混凝土与弱风化泥质粉砂岩抗剪（断）试验，绝大多数沿接触面剪断，占试样总数的73%，少数是沿岩体内部剪断（具体试点为SANJ04-4占试面总面积75%、SANJ05-2占试面总面积40%、SANJ05-3占试面总面积55%、SANJ06-1占试面总面积30%、SANJ06-3在岩体层面剪断、SANJ06-4占试面总面积20%），占试样总数27%。
强风化泥质粉砂岩的混凝土与岩体的抗剪（断）试验，峰值时水平位移量均较大，有明显的峰值，均属弹塑性破坏类型。混凝土与弱风化泥质粉砂岩的抗剪（断）试验，峰值时水平位移量均较小，且有明显的峰值出现，多数属于脆性破坏类型，少数属于弹塑性破坏类型（具体试点为SANJ04-4、SANJ06-3、SANJ06-4）。
从上述的破坏机理可知,强风化的泥质粉砂岩上的构筑物的滑动破坏类型以浅层岩体破坏为主；弱风化泥质粉砂岩上的水工建筑物的滑动破坏类型，以混凝土与岩石接触面滑动破坏类型为主,少部分为泥质粉砂岩表层岩体沿裂隙面破坏。
2.6 抗剪断试验成果分析
影响摩擦系数和粘聚力的主要因素有岩面起伏差、节理、片理、层理、基岩强度、混凝土与基岩间的强度比等因素。试验时我们对地质条件及人为的因素,如试验面的高低起伏差、混凝土试体强度等做了严格的控制,尽量保证同组各个试样的试验条件的一致。
对强风化、弱风化的泥质粉砂岩的同组试验数据成果进行一次线性回归，然后,我们再把3组试样的试验数据一起回归；混凝土与强风化、弱风化的泥质粉砂岩的抗剪（断）试验，这样的线性回归均呈高度相关, 相关系数达0.90以上,参数的可信度高。因此,建议采用3组一起回归参数值作为使用参考值。见表2.6-1～2.6-3。
表2.6-1现场混凝土/岩体抗剪(断)试验成果统计表
表2.6-2现场混凝土与强风化泥质粉砂岩岩体抗剪（断）试验成果统计表
表2.6-3现场混凝土与强风化泥质粉砂岩岩体抗剪（断）试验成果统计表
3 现场岩体变形试验
3.1 岩体变形试验试样布置及地质条件
岩体变形试验在坝址区内进行，分别选，强、弱风化泥质粉砂岩各5个试点。岩层产状多为**°/NW∠ **° ，周围地层为砂岩泥岩互层。
试样平面布置见示意图45040Ⅲ-211-001。
试点地质条件见图45040Ⅲ-211-011。
3.2 岩体变形试点制作
对选定的岩体，划分强风化、弱风化后，进行开挖凿平，经过粗细凿后，使试面起伏差控制在0～5mm范围内，然后进行地质描述及摄影，最后用水泥浆垫平（水泥浆掺入2%水泥用量的氯化钙），覆盖直径为50cm的圆形刚性承压板，用锤子轻击，把多余的水泥浆挤掉，并用水平尺控制使之水平，待水泥浆强度达到40MPa后，进行试验。
3.3 岩体变形试验方法
试验采用刚性承压板法，承压板面积为2000cm2，采用逐级一次循环法加压，强风化泥质粉砂岩试验最大压力为**MPa，弱风化试验最大压力为**MPa分四级施加。试验环境温度为20～35℃，相对湿度为75%～85%，试验严格按DLJ204-81，SLJL-81《水利水电工程岩石试验规程》中的G401-81进行。
3.4 岩体变形试验成果整理
岩体变形试验成果按以下公式计算：
E0（E）=（π/4）×（1-ν2）pd/W0(w)
其中 E0---岩体变形模量（MPa）
E----岩体弹性模量（MPa）
W0---岩体总变形（mm）
w----岩体弹性变形（mm）
p----承压板单位面积计算的压力（MPa）
d----承压板直径（mm）
ν---泊松比 本工程强风化泥质粉砂岩取0.34，弱风化取0.30
本工程强风化p=1.6MPa,弱风化p=2.5MPa,d=500.0mm。
3.5 岩体变形试验成果分析
本工程岩体变形试验成果见统计表3.5-1～表3.5-3，从表中看出，变形试验成果出现离散现象，主要原因是同样岩性、同样的风化程度的试点，节理裂隙的发育程度和分布的不同。试验结束后，经下凿试面验证，变形模量和弹性模量偏小的试点，裂隙较发育，岩体变形较大。变形模量和弹性模量较大的，试点上岩面较致密。建议采用统计平均值作为使用参考值。
表3.5-1 坝址岩体变形试验成果统计表
表3.5-2 强风化泥质粉砂岩岩体变形试验成果统计表
表3.5-3 弱风化泥质粉砂岩岩体变形试验成果统计表
4 建议
本次现场混凝土与岩体抗剪（断）试验及岩体变形试验，时间紧，所做试点试样数量较少，地质条件（岩性、构造）差异较大，因此，选用参数时应考虑其代表性。