山东科大-岩石力学实验指导书

1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2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3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：sdggggd12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测定次数试样重g（克）比重瓶试样蒸馏水合重g1（克）比重瓶满瓶蒸馏水合重g2（克）试样比重d岩石平均比重dο备注4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105~110οC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g2、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g13、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：nsggggdgggd121式中：dg——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；ds——水的密度，克／厘米3；gn——石蜡密度，克／厘米3，0.90克／厘米3。岩石密度测定记录表测定次数试件在空气中重g（克）蜡封试件在空气重g1（克）蜡封试件在水中重g2（克）试件密度dg（克／厘米3）岩石平均密度d（克／厘米3）备注5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105~110οC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：%100221gggw式中：w——岩石天然含水率；1g——保持天然水分的试件重量，克；2g——烘至恒重的试件重量，克。岩石含水率测定记录表试件编号试件天然重1g（克）试件烘干重2g（克）试件含水率w（%）岩石平均含水率w（%）备注6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＜Pmax＜0.8P式中：Pmax——预计最大破坏载荷，KNP——压力机度盘最大值，KN3、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：FPR式中：R——试件抗压强度，MPaP——试件破坏载荷，NF——试件面积，mm2岩石单向抗压强度测定记录表格试件编号岩石名称试件含水状态试件尺寸（mm）试件面积F(mm2)破坏载荷PN抗压强度RMPa平均抗压强度MPa备注长宽直径高7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：DLPRL14.32式中：RL——岩石单向抗拉强度，MPaP——试件破坏载荷，ND——试件直径，mmL——试件厚度，mm抗拉强度测定记录表试件编号岩石名称试件含水状态试件尺寸（mm）破坏载荷PN抗拉强度RLMPa平均抗拉强度MPa备注直径D厚度L8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：cosFPsinFP式中：P——试件剪断破坏载荷，NF——剪切面面积，mm2α——试件与水平面夹角。岩石剪切试验记录表岩石试件编号岩石名称试件含水状态试件尺寸（mm）剪切面积（mm2）剪切角度（度）破坏载荷（N）正应力（MPa）剪应力（MPa）备注长宽9五、画强度曲线、求C、值。量出：C==τσ10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：FPσ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dl2式中：—体积应变值；l—纵向应变值；d—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RFPR式中：P—破坏载荷，NF—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ld11式中：d——应力—横向应变曲线上对应直线段部分应变的平均值。l——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。纵向荷载PN纵向应力MPa纵向应变l横向应变d体积应变E50=R=Et==12dl13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：Lnf20式中：f—坚固性系数n—每份试样冲击次数L—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试样编号冲击次数n计量筒读数L坚固性系数f备注f平均值