采矿专业岩石力学实验指导书Word文件下载.docx

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2、试件描述试验前，对试件应描述下列内容：

（1）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等；

（2）加荷方向与岩石试件内层理、节理、裂隙的关系；

（3）含水状态。

3、试件尺寸测量

对园柱体试件：

直径应沿试件整个高度上分别量测两端面和中点三个断面的直径，取其平均值作为试件直径；

高度应在两端等距取三点量测试件的高，取其平均值，作为试件的高，同时检验两端面的不平整度。

对方柱体：

每个边长取四个角点及中心点五处分别量测五个尺寸，取其平均值。

尺寸测量、均应精确到0.001cm。

5、电阻应变片的粘贴及防潮处理

（1）选择电阻片　要求电阻丝平直，间距均匀，电阻片阻栅长度大于试件中最大颗粒尺寸的10倍，并小于试件的半径；

作为同一试件的工作片和补偿片的规格、灵敏系数等应相同，电阻值相差不超过0.2Ω。

（2）电阻应变片应牢固贴在试件中部表面，并尽量避开裂隙和个别较大的晶体、斑晶及砾石等；

纵向、横向应变片的数量不少于两片，其绝缘电阻值要大于200MΩ。

（3）贴片及防潮处理　贴片用的胶，对于烘干、风干试件可采用一般胶合剂，对天然含水状态及饱和试件，需采用防潮胶液，并作防潮处理。

（4）粘合剂干固后，用细导线与电阻应变片的引线焊接牢固，然后将导线固定并在其线头作标记以便识别。

6、安点接线

将准备好的试件放置在压力机的承压板中心，按半桥联线方式将试件导线与电阻应变仪连接，如图，即在应变仪a、b接线柱之间测量片，b、d之间接补偿片。

ui为电源输入电压，uo为测试仪器测得的输出电压

7、电阻应变仪的调试

（1）用三芯电源线将交流电源（220V）与仪器和测试电脑电源插座接上，打开电源开关，预热一分钟后，进行平衡调节

（2）预势0.5h后，再检查一次平衡，就可以进行测量工作。

9、施加荷载

（1）开动试验机，使承压板与试件接触。

（2）以0.5~0.8MPa/s的速度施加荷载，直至试件破坏或至少超过抗压强度之50%，在加压过程中，测记各级压力下岩石试件的纵向和横向应变值。

（3）纵向、横向应变值的测读：

加载时应变仪指示电表指针偏转，这时需调整读数盘各档，使指针指零，各读数盘所指数即为应变值，正值代表压缩，负值代表拉伸，为求得完整的应力――应变曲线，所测应变值不应小于10个。

10、计算与成果整理

（1）按下式计算单轴抗压强度：

式中：

σc――岩石的单轴抗压强度（MPa）；

P――破坏荷载（N）；

A――垂直于加荷方向试件断面积（mm2）。

（2）按下式计算各级应力值：

σ――压应力值（MPa）；

P――垂直荷载（N）；

A――试件横断面面积（mm2）。

（3）纵制应力-纵向应变曲线、应力-横向应变及应力-体积应变曲线（图4-2）。

体积应变按下式计算：

εv――某一级应力下的体积应变；

εa――同一级应力下的纵向应变；

εc――同一级应力下的横向应变。

（4）计算岩石平均变形模量及平均泊松比

Eav――岩石平均变形模量（MPa）；

μav――岩石平均泊松比；

σa――应力-纵向应变曲线上直线段始点的应力值（MPa）；

σb――应力-纵向应变曲线上直线段终点的应力值（MPa）；

εla――应力为σa时的纵向应变值；

εlb――应力为σb时的纵向应变值；

εda――应力为σa时的横向应变值；

εdb――应力为σb时的横向应变值。

（5）计算岩石割线弹性模量及相应的泊松比

E50——岩石割线弹性模量（MPa）；

μ50――岩石泊松比；

σ50――相当于抗压强度50%的应力值（MPa）；

εl50―应力为σ50时的纵向应变；

εd50―应力为σ50时的横向应变。

岩石变形模量取3位有效数字，泊松比计算值精确至0.01。

四、试验报告内容

1、整理记录表格；

格式如附表。

变形参数测定记录表

试件长mm、宽mm、直径mm、高度mm、面积mm2。

纵向荷载P/N

纵向应力

/MPa

纵向应变

横向应变

体积应变

E50=R=

Et=

=

2、根据记录资料作应力――纵向应变；

应力-横向应变及就力――体积应变曲线并计算变形模量和泊松比值。

五、注意事项

1、如压力机承压板的尺寸大于试件尺寸的两倍时，需要在试件上、下端加辅助承压板。

2、贴片时胶要涂得薄而均匀，贴后需细心检查，不能有气泡存在。

3、在试件加压之前，应检查试件是否均匀受压；

其方法是给试件加上少许压力，观测两纵向应变值是否接近，如相差较大，应重新调整试件。

六、思考题

1、用电阻应变仪量测岩石变形的原理是什么？

电阻片及其粘贴技术对测量结果有什么影响？

2、为什么不能将电阻应变片贴在大的晶体、斑晶、砾石及裂隙上？

3、为什么选用E50作为岩石的变形模量？

实验二测定岩石的单轴抗压强度

岩石的单轴抗压强度是指岩石试件在单向受压至破坏时，单位面积上所承受的最大压应力，一般简称抗压强度。

根据岩石的含水状态不同，又有干抗压强度和饱和抗压强度之分。

岩石的单轴抗压强度，常采用在压力机上直接压坏标准试件测得，也可与岩石单轴压缩变形试验同时进行，或用其它方法间接求得。

1、测量平台、卡尺；

2、材料试验机，见下图。

1、试件描述

试验前，对试件应描述下列内容：

（2）加荷方向与岩石试件内层理、节理、裂隙的关系。

4、测量试件尺寸

5、安装试件、加荷

将试件置于试验机承压板中心，调整有球形座，使之均匀受载，然后以每秒0.5~1.0MPa的加载速度加荷，直至试件破坏，记下破坏荷载（P）。

6、描述试件破坏后的形态，并记录有关情况。

7、按下式计算岩石的单轴抗压强度

σC――岩石的单轴抗压强度（MPa）；

计算值取3位有效数字。

1、整理记录表（格式如下表）

单轴抗压强度实验记录表

试

件

编

号

岩

石

名

称

试件

含水

状态

试件尺寸（mm）

面积F

（mm2）

破坏载荷P

N

抗压

强度R

MPa

平均抗压强度

备注

长

宽

直径

高

试验：

计算：

　校核：

　　　　年　　　月　　　日

2、描述试件。

1、当试件临近破坏时，需适当放慢加荷速度，并事先设防护罩，以防止脆性坚硬岩石突然破坏时岩屑飞射。

2、在对试件加荷前，应检查试件是否均匀受压。

六、相关知识点

1、破坏方式

岩石的破坏方式主要有三种，分别为拉破坏（图a）、剪破坏（图b）和对顶锥破坏（图c），见下图。

试件破坏照片：

2、影响因素

（1）岩石自身的性质

矿物组成、粒间连接、岩性、结构特征、颗粒大小及形状、风化程度、微结构面

（2）实验条件

试件形状、尺寸及加工精度

断面形状：

强度:

圆形>

六多边形>

四边形>

三边形试件

尺寸效应：

尺寸越大，岩块强度越低。

试件的高径比h/D增大，岩块强度降低。

加工精度

加荷速率：

强度常随加荷速率增大而增高

温度、湿度：

含水量越高,强度越低;

温度越高，强度越低。

端面条件、端面效应，由于端面效应，试样两端为三向应力状态，强度增大，见下图。

层理结构、强度各向异性

七、思考题

影响岩石单轴抗压强度的试验条件有哪些？

试件形态、高经比、加荷速度等是怎样影响岩石单轴抗压强度的？

实验三测定岩石的点荷载强度

点荷载试验是将岩石试件置于两个球形园锥状压板之间，对试件施加集中荷载，直至破坏，然后根据破坏荷载求得岩石的点荷载强度。

点荷载强度，可作为岩石强度分类及岩体风化分类的指标，也可用于评价岩石强度的各向异性程度，预估与之相关的其它强度如单轴抗压强度和抗拉强度等指标。

1、点荷载试验仪：

如下图所示，它包括：

（1）加载系统，由摇式油泵、承压框架，球端园锥状压板组成。

油泵出力一般约为50kN；

加载框架应有足够的刚度，要保证在最大破坏荷载反复作用下不产生永久性扭曲变形；

球端园锥状压板球面曲率半径为5mm，园锥的顶角为60°

（见下图），采用坚硬材料制成。

（2）油压表：

量程约为10MPa，其测量精度应保证达到破坏荷载读数（P）的2%，整个荷载测量系统应能抵抗液压冲击和振动，不受反复加载的影响。

（3）标距测量部分：

采用0.2mm刻度钢尺或位移传感器，应保证试件加荷点间的测量精度达±

0.2mm。

2、卡尺或钢卷尺；

3、地质锤。

1、试件制备

（1）试件分组：

将肉眼可辨的、工程地质特征大致相同的岩石试件分为一组，如果岩石是各向异性的（如层理、片理明显的沉积岩和变质岩），还应再分为平行和垂直层理加荷的亚组，每组试件约须15块。

（2）本试验可用岩芯样，规则或不规则岩块样，对不同形状试件的尺寸要求如下：

岩芯径向试验，试件的径长比应大于1.0；

轴向试验，试件的径长比应等于或小于1.0；

不规则岩块样，其长（L）、宽（W）、高（h）应尽可能满足L≥W≥h（图9-3d），试件高度（h）一般控制在0.5~10cm间，使之能满足试验仪器加载系统对试件尺寸的要求，另外，试件加荷点附近的岩面要修平整。

（3）根据试验要求对试件进行烘干或饱水处理。

烘干试件：

是在105~110℃温度下烘干12h；

饱水试件，是先将试件逐步浸水，按试件高的1/4、1/2、3/4及4/4等份用6h将试件全部浸入水中（如试件高度很小，允许分1/2、1等份浸水），自由吸水48h，然后用煮沸法或真空抽气法饱和试件。

2、描述试件

　　描述内容：

除岩性外，重点应对其结构构造特征（如颗粒粗细，排列以及节理、层理等发育特征）及风化程度等进行描述。

3、试件尺寸粗测

　　对岩芯样及规则样，分别量测各试件的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸；

对不规则岩块样，可过试件中心点测量试件的长（L）、宽（W）、高（h）的尺寸。

4、安装试件

　　试件安装前，先检查试验仪器的上、下两个加荷锥头是否准确对中，然后将试件放置试验仪中，摇动手摇油泵升起下锥头，使加荷锥头与试件的最短边方向（即h方向）紧密接触，注意让接触点尽量与试件中心重合。

若需要测定结构面（层理、片理、节理等）的强度，则应确保两加点的連线在同一结构中，如图9-4所示。

5、加荷

试件安装后，调整压力表指针到零点，以在10~60秒钟内能使试件破坏（相当于每秒0.05-0.1MPa）的加荷速度匀速加荷，直到试件破坏，记下破坏时的压力表读数（F）。

6、描述试件破坏的特点

正常的试件破坏面应同时通过上、下两个加荷点，如果破坏面只通过一个加荷点，如图9-5所示，便产生局部破坏，则该次试验无效，应舍弃，破坏面的描述还应包括破坏面的平直或弯曲等情况。

　　7、破坏面尺寸测量

　　试件破坏后，须对破坏面的尺寸进行测量，测量的尺寸包括上、下两加荷点间的距离（D）和垂直于加荷点連线的平均宽度（Wf），其方法见图9-3，图中分岩芯径向试验、岩芯轴向试验和不规则块体试验3种情况说明了D和Wf的测量方法，测量误差不超过±

8、重复试验

　　重复步骤3~7对其余试件进行试验。

9、计算及成果资料整理

（1）按下式计算试件破坏荷载

P――试件破坏时总荷载（N）；

C――仪器标定系数（为千斤顶的活塞面积，mm2），一般在各仪器的说明书都有该仪器的标定系数供参考；

F――试件破坏时的油压表读数（MPa）。

（2）按下式计算试件的破坏面积和等效园直径的平方值

Af　――试件的破坏面面积（mm2）；

D――在试件破坏面上测量的两加荷点之间的距离（mm）；

Wf　――试件破坏面上垂直于加荷点连续的平均宽度（mm）；

De　――等效园直径，为面积与破坏面面积相等的园的直径（mm）。

（3）按下式计算岩石试件的点荷载强度

IS――试件点荷载强度（MPa），其余符号同前。

（4）求平均值

当测得的点荷载强度数据在每组15个以上时，将最高和最低值各删去3个，如果测得的数据较少时，则仅将最高和最低值删去，然后再求其算术平均值，作为该组岩石的点荷载强度，最后结果取至小数后二位。

1、整理记录表格，格式附表9-1。

附表9-1　　　　　　　　　点荷载试验记录表

1

试件编组

岩石

名称

采样

地点

仪器系

数　C

2

试件编号

3

试件形状

4

含水状态

5

加荷方向

6

试件尺寸

长L　（mm）

宽W　（mm）

高h　（mm）

7

压力表读数F（MPa）

8

总荷载

（N）

9

加荷点间距离D　（mm）

10

破坏面宽度Wf　（mm）

11

等效园直径平方

12

点荷载强度（

（MPa）

13

IS平均值（MPa）

14

试件破坏特征

试验：

　　　　　　　计算：

　　　　校核：

　　　　　年　　　月　　　日

2、整理试件描述资料。

1、由于岩石点荷载强度一般都比较低，因此在试验中一定要控制好加荷速度，慢慢加压，使压力表指针缓慢而均匀地前进。

2、安装试件时，上、下加荷点应注意对准试件的中心，并使其加荷面垂直于加荷点的连线。

3、在对软岩进行试验时，加荷锥头常有一定的嵌入度，因此，在测量加荷点是距离D时，应将卡尺对准试件破坏上加荷锥留下来的两个凹痕底进行量测。