岩体工程力学实验指导书.docx
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岩体工程力学实验指导书.docx
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岩体工程力学实验指导书
《岩体工程力学》
实验指导书
平安工程系
采矿工程实验室
学生实验守那么
一、每次实验前必需做好温习和预习。
温习的内容为教科书上有关本次实验的教学内容;预习内容包括认真阅读实验指导书和去实验室熟悉有关仪器设备。
二、通过预习应把握该项实验的意义、目的、操作步骤。
对实验指导教师提出的检查性问题,应能回答,不然不得进行实验。
三、实验时态度应严肃认真,严格按教师及实验指导书上所讲的操做步骤进行实验,每台设备应按操作那么进行,以避免损坏设备或造成事故。
四、实验终止后,应在规按时刻内提交实验报告。
实验报告必需独立完成。
书写、计算、制图要求公式、计算进程、单位齐全、清楚整齐。
实验成绩是期终考核成绩的一部份。
五、如实验结果未能达到要求或因故未做实验者,应申请补做实验,实验室同意后,在指定日期内进行补做。
实验一岩石单轴抗压强度测定实验
一.实验目的
1.把握岩石单走抗压强度、弹性模量、泊松比的测定方式;
2.了解岩石试件单轴紧缩时的应力-应变与金属的应力-应变曲线的特点;
3.了解岩石试件破坏的类型。
二.实验设备、材料及工具
1岩石力学测试系统;RMT-150B
2游标卡尺
三.实验步骤
1实验前的预备
试件制备、描述和尺寸测量
(1) 实验采纳立方体试件,试件尺寸a*b*c(为50*50*50立方毫米)。
(2) 试件端面平整到毫米,两头面垂直于试件轴最大误差每50毫米不超过毫米,在试件整个高度上,直径不超过毫米,试件表面要滑腻。
(3) 试件尺寸要在试件高度上、中、下三个部位测量其尺寸,取平均值,精度为毫米试件高度测量精度为毫米。
(4) 试件描述:
其内容包括:
岩石名称、颜色、要紧矿物组分、结构、构造、风化程度、裂隙发育情形,沉积岩胶结物的性质、胶结程度和加荷方向层理、片理方向的关系、要紧裂隙与加荷方向的关系等。
(5) 每组试件数依如实际情形而定,但最好很多于五块
2. 试件安装
将预备好的岩石试件放在压力实验机、下加压板的中心位置,试件整个端面应与加压板周密接触,假设不符合要求,应予处置。
3. 施加载荷
维持恒定的应力速度(5~10/厘米2/秒)对试件持续加载至破坏为止。
记录破坏载荷数值,描述试件的破坏情形,描述内容为1破坏面与最大应力方向的交角。
2破坏面上大颗粒的完整性3破坏面的完整性4破坏面是不是沿预测破坏面破坏5实验进程中的特殊情形6记录初裂时的破坏值。
四.计算岩石的抗压强度
岩石的(单轴)抗压强度,按下式计算
σc=P/A
式中σc——岩石抗压强度,Pa
p——试件破坏时施加的最大载荷,N
A——试件横截面积,m2
五.岩石(单轴)抗压强度实验记录
加载速率
初始弹模
峰值弹模
与峰值弹模对应的应变
峰值后的割线弹模
实验二岩石抗拉强度实验
一目的和要求
1把握岩石抗拉强度测量的巴西实验法;
2了解岩石拉伸断裂特点。
二实验原理
将标准试件置于实验机上下压头之间进行单向静压匀速加载,使之发生破裂、破坏。
岩石的抗拉强度是指岩石试件在单轴向抗拉伸条件下试件达到破坏的极限强度,在数值上就等于破坏时的最大拉应力-为抗拉伸强度。
由弹性理论可知,在圆柱形试件表面上,沿轴面受均布线载荷加压时,在该轴面上会产生与之垂直散布的拉应力,其大小按下式计算
式中P—试件破坏时的载荷,N;
D—试件直径,mm;
t—试件载荷作用轴面的厚度mm。
在这种外力条件下,岩石试件沿该轴面产生拉伸断裂破坏,可按
式计算岩石的抗拉强度。
该法称为巴西实验法或劈裂法。
如试件采纳立方块,亦可近似按
计算,这时D=t为试件边长。
三仪器设备
1岩石力学测试系统;RMT-150B
2游标卡尺;
3直径硬制钢丝。
四试件要求
1试件直径不能小于NX型岩心直径,大约为50mm,厚度近似等于试件半径,或取正方块岩样。
2试件上不得有明显的解理裂隙,试件在厚度方向不平度误差不得超过,两头面的平直度应在之内,且垂直度和平行度均不得超过。
3每组试样实验所需试件块数,依实际情形而定,最好采纳10块
五实验步骤
1描述试件表面形态、颜色、颗粒组成、层理、裂隙方向等。
2用游标卡尺量测试件尺寸,预定拉裂面的尺寸精度为。
3标记试件受压位置。
圆柱体试件时,受压位置为同一轴面的柱面上;方块试件时,受压位置为试件两对应面的中线位置。
注意,同组试件受压方向与试件层理等结构方向之间的关系应维持一致。
4沿受压位置粘贴好硬质钢丝。
5将试件放置于实验机压头下的抗拉模具之间,拧紧试样的定位螺丝。
注意试件必需置于压板中心位置。
使上下硬质钢丝与压板轻轻接触后,拧松试样的定位螺丝,并维持试件水平,(见图2)。
6对试件施加等速度持续载荷,加载速度约为200N/S,至试件沿轴面或中心平面破坏,记下载荷(计算中已记录)。
7按
式计算极限拉应力,岩石的抗拉强度取各试件极限拉应力的算术平均值。
岩石抗拉强度实验记录表
岩石名称
试件编号
试件外观
试件尺寸
破坏载荷(N)
抗拉强度(MPa)
平均值
备注
长
宽
高
实验三岩石抗剪强度实验
一、目的与要求
一、把握压模剪切实验方式;
二、学会强度曲线的绘制方式;
3、把握岩石抗剪强度指标C,φ值的确信方式。
二、大体原理
岩石的抗剪强度确实是指岩石抗击剪切滑动的能力,它是岩石力学中需要研究的最重要的特性之一。
把试件置与于剪切仪中,并放在实验机上加压,使其沿设计平面剪切破坏,见图3,实验机上所加的压力P分解为σ和τ
σ=Pcona/F(kg/cm2)1
τ=Psina/F(kg/cm2)1
式中P——破坏载荷,N;
F——剪切面面积,cm2
α——剪切面倾角。
剪切压模可调剂剪切面的倾角,因此,改变剪切面的倾角α,即可得相应的σ,τ值。
将不同α值条件下的σ,τ值描在σ—τ坐标系上,得岩石的强度曲线,由强度曲线可直接量出内聚力C和内摩擦角φ,或通过数学拟合得强度曲线表达式。
三、仪器设备
一、岩石力学测试系统;RMT-150B
二、剪切盒。
四、试件要求
一、试件为正方块,经常使用尺寸为50×50×50。
各面垂直度和平行度要知足抗压强度实验要求。
二、保证同组实验试件岩石结构方向性和剪切面的关系一致。
五、实验步骤
一、描述试件及量取尺寸同抗压抗拉实验。
二、将剪切面角度选好,把剪切仪下压模置于实验机上,把试块置于压模内,将剪切仪上摸放在试件上,对齐。
(见图3)
3、开动机械,然后以每秒5~10Kg/cm2的速度加载,直至试件被剪坏。
4、在5个以上不同的剪切面倾角上,别离做3~5块试件的剪切破坏实验。
注意,为保证顺利剪切及仪器不发生倾覆,剪切面倾角范围宜为30。
≤α≤70。
。
六、结果整理
一、在σ——τ坐标系上绘制强度曲线。
二、确信岩石的内聚力C和内摩擦角φ。
岩石抗剪强度实验记录表
岩石名称
试件剪切面
破坏载荷(N)
剪切面倾角(。
)
剪切面正应力(MPa)
剪切面剪应力(MPa)
尺寸(cm)
长
宽
1
70
2
50
3
45
实验四岩石变形实验
一、实验目的
本实验目的在于测定规那么岩石试件在单轴紧缩应力状态下的纵向和横向变形,据此计算岩石的弹性模量和泊松比。
弹性模量分为初始弹性模量,割线弹性模量和切线弹性模量。
它们均由实验结果绘制的应力~应变曲线确信。
泊松比是指单向紧缩条件下横向应变与纵向应变之比;关于岩石,一样用应力~应变曲线近于直线段平均纵向应变与相应应力段平均横向应变计算。
二、实验方式
目前,实验室普遍采纳电测法测定岩石变形。
即用转换元件将待测非电量的变形转换成电量输入电子仪器进行测量。
一、实验所用设备和备品(表1-1)
表1-1实验所用设备和备品
序号
名称
规格
单位
数量
1
制样设备
套
1
2
压力试验机
YE—1000
台
1
3
静态电阻应变仪
YJ—31
台
1
4
万用表
台
1
5
应变片
3*5mm
片
8
6
501胶
KH—501
瓶
1
7
卡尺砂纸电线等
二、试件制备及尺寸测量
(1)采纳圆柱体试件,试件直径50mm,高100mm。
(2)沿试件高度,直径的误差不超过试件两头面不平行度误差,最大不超过;
(3)端面应垂直于轴线,最大误差不超过°;
(4)直径应沿试件整个高度上别离量测两头面和中点三个断面的直径,取其平均值作试件直径;高度应在两头等距取三点量测试件的高,取其平均值,作为试件的高,同时查验两头面的不平整度。
尺寸测量、均应精准到。
3、试件描述
(1)岩石名称、颜色、矿物成份、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、裂隙的关系及试件加工中显现的问题。
4、电阻应变片粘贴
(1)选择适合的应变片待用。
同一组所用的应变片应是同一包装袋中的,而且两片之间的电阻值相差不该超过欧姆。
轴线在应变片底座上标出。
在拿取和摆放应变片时,注意不要用手接触应变片的底座,也不要与其它未经清洗的物体接触,以避免造成污染。
禁止用镊子或其他坚硬的器具夹持灵敏栅部份,避免人为损伤应变片。
(2)用细沙布打磨试件需要粘贴应变片表面。
打磨方向与贴片方向成交叉450,面积约为5×10mm2。
(3)用棉球蘸少量丙酮(酒精)擦洗贴片位置,棉球脏了再换一个,只到棉球不变色为止。
用铅笔画出贴片位置的方位线,然后在用棉球擦一次。
尔后,被清洗的表面不能与其它不清洁的物体接触。
(4)左手捏住应变片的引出线,右手拿501(或502)粘结剂瓶,在应变片上涂上一薄层粘结剂。
迅速将应变片平放于粘贴位置,稍稍移动应变片,让粘结剂均匀散布在整个粘贴面上,并使应变片的轴线对准试件的定位线,将一小片塑料布盖在应变片上,用大母指挤压应变片一分钟,压时不能使应变片错动。
轻轻揭开薄膜,检查应变片的颜色,如发觉小块白色,说明有气泡存在,应用划针占少量胶水沿应变片边缘涂抹,胶水专门快就渗进气泡中。
再次垫上薄膜用拇指剂压,直到应变片全数颜色均匀。
(5)用万用表检查应变片的电阻值应与粘贴前一致。
如有电阻变大或变小者,应检查应变片有无断路或短路,假设应变片已损坏,应将应变片铲去重贴,步骤同前。
(6)把接线端子用胶水粘贴在应变片引出线周围,用塑料套或绝缘带把应变片引出线进行绝缘处置,用胶带把上好锡的塑料导线固定于试件上。
先将引线上锡,再将导线与应变片引出线的两对焊点别离熔接在接线端子上。
焊接时刻要尽可能短,焊点要求滑腻小巧,成球状。
(7)在应变片的表面涂上一层防潮剂,涂料应将整个应变片罩住,最好在试件尚未冷却时涂防潮剂。
在整个操作进程中不要损坏应变片及应变片的引出线
三、应变仪的大体原理、各部份功能及利用方式
一、YJ—31型静态电阻应变仪结构与工作原理(图1-1)
应变仪是利用金属材料的特性,将非电量的转变转换成电量转变的测量仪器,应变测量的转换元件—应变片,用粘贴剂将应变片牢固地粘在试件上,当被测试件受到外力作用长度发生转变时,粘贴在试件上的应变片的电阻值也随着发生了转变,如此就把机械量—变形转换成电量(电阻值的转变)。
那个转变量通过必然的组桥方式经放大器放大,通过A/D转换后,就能够够直接读出应变值,完成了非电量的电测。
二、仪表各部份功能说明
图1-2给出了应变仪面板图及各部份功能。
电源线及电源开关在应变仪面板后侧,开关向上拨动,表示仪器接通电源。
标定、基零、测量是三位一体琴键互锁开关,按其中一键,表示一种作用,而其它键不起作用。
灵敏度电位器:
依照应变片灵敏系数不同,可调剂该电位器使仪器灵敏系数与应变片灵敏系数一致。
当灵敏系数为2时,标定值为-10000με,灵敏系数与标定值关系如表1-2所示,当应变片灵敏系数为表中未列出的数值,可通过插值求得。
表1-2:
灵敏系数与标定值对应表
灵敏系数K
表定值(με)
11111
10526
10256
10000
9756
9523
9091
8696
8333
8000
7692
调剂灵敏度电位器:
使仪器显示为ε值为应变片的灵敏系数值。
调零电位器:
当测量桥路处于不平稳状态时,调剂该电位器使仪器显示为零。
本机—切换开关:
在本机测量时开关置“本机”状态,当10点测量时开关置“切换”状态。
3、操作说明
Ø在半桥测量时将D1DD2接线柱用连接片连接起来并旋紧。
Ø将标准电阻别离与A、B、C接线柱相连。
Ø接通电源开关。
Ø按下“基零”键仪表显示“0000”或“-0000”(仪表内部已调好)。
Ø按下“测量”键,显示测量值,将测量值调到“0000”或“-0000”。
Ø按下“标定”键仪表显示-1000周围值,调剂灵敏度电位器到相应值。
Ø将“本机、切换”开关置“切换”状态。
Ø现在,将标准电阻去掉,将被测的各点别离连接到多点对应的A、B、C接线柱上,通过量点测量切换开关,调剂各点调零电位器,使之显示为零后开始测量。
Ø测量值记录:
采纳逐点测量逐点记录方式。
Ø当需要全桥测量时,去掉D1DD2接线柱上的连接片。
4、组桥方式
图1-3为半桥组桥方式,图1-4为全桥组桥方式。
四、施加荷载
(1)开动实验机,使承压板与试件接触。
(2)以~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%,在加压进程中,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:
加载时应变仪指示不为零时需调整读数盘各档,使读数指零,各读数即为微应变值,正值代表紧缩,负值代表拉伸,为求得完整的应力――应变曲线,所测应变值不该小于10个。
五、计算与功效整理
一、按下式计算各级应力值:
式中:
σ――压应力值(MPa);
P――垂直荷载(N);
A――试件横断面面积(mm2)。
二、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。
体积应变按下式计算:
式中:
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。
3、计算岩石弹性变形模量
初始弹性模量(Ei)
由应力—应变曲线坐标原点引该曲线的切线,其斜率即为初始弹性模量
式中σi——切线上任意一点的轴向应力;(Mpa);
εi——对应σi的轴向应变。
割线弹性模量(ES)
式中σ50——极限强度σ的50%的轴向应力;(MPa);
ε50——对应σ50的轴向应变。
切线弹性模量(Et)
式中:
σZ1――应力-纵向应变曲线上直线段始点的应力值(MPa);
σZ2――应力-纵向应变曲线上直线段终点的应力值(MPa);
εZ1――应力为σZ1时的纵向应变值;
εZ2――应力为σZ2时的纵向应变值;
4、泊松比的计算
式中:
——求切线弹性模量的(
)值;
——对应于(
)的横向应变差。
岩石变形模量取3位有效数字,泊松比计算值精准至。
五、实验记录
表1-3变形参数试验记录表
试件参数
载荷/kN
应力/MPa
纵向应变
/10-6
横向应变
/10-6
体积应变
岩样描述
岩石为大理岩,
白色、中粒。
直径为50mm,
高度为100mm
的圆柱体
白色、中粒
白色、中粒
白色、中粒
白色、中粒
60
20
75
-316
116
30
79
-434
256
40
81
-563
401
50
82
-704
540
60
89
-782
604
70
133
-889
623
80
173
-985
639
90
238
-1085
609
100
297
-1187
593
六、岩石应力应变曲线绘制
六、实验报告内容
一、整理记录表格;格式如表1-3。
二、依照记录资料作应力――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。
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