岩体力学实验报告、指导书

岩体力学实验报告、指导书。实验1测定岩石的颗粒密度一、基本原理岩石的颗粒密度（ρ）是指岩石固体矿物颗粒部分的单位体积内的质量：ssmV（克/厘米3）岩石的固体部分的质量(ms)，采用烘干岩石的粉碎试样，用精密天平测得，相应的固体体积(Vs)，一般采用排开与试样同体积之液体的方法测得，通常用比重瓶法测得岩石固体颗料的体积。在用比重瓶测定岩石固体颗料体积时，必须注意所排开的液体体积确能代表固体颗料的真实体积，试样中含有的气体，实验中必须把它排尽，否则影响测试精度，所用的液体一般为蒸馏水，并用煮沸法或抽气法排除岩石试样中的气体，若岩石中含有大量可溶盐类、有机质、粘粒时，则须用中性液体如煤油、汽油、酒精、甲苯和二甲苯等，此时必须用抽气法排除试样中的气体。二、仪器设备1、岩石粉碎设备：粉碎机、瓷钵、玛瑙研钵和孔径为0.25mm的筛；2、比重瓶：容积为100ml或50ml(图1－1)；3、分析天平：称量200克，感量0.001克；4、普通天平：称量500克，感量0.1克；5、真空抽气设备和煮沸设备；6、恒温水槽；7、温度计，量程0－50℃，精确至0.5℃；8、其它：烘箱、蒸馏水或中性液体、小漏斗、洗耳球等。三、操作步骤1、试样制备取代表性岩样约100g，粉碎成岩粉并全部通过0.25mm筛孔。粉碎时，若岩石不含有磁性矿物，采用高强度耐磨粉碎机，并用磁铁吸去铁屑；若含有磁性矿物，根据岩石的坚硬程度分别采用磁研钵或玛瑙研钵粉碎岩样。2、烘干试样将制备好的试样与洗净的比重瓶一起置于烘箱中，使之在100~110℃温度下烘至恒重（一般连续烘12小时即可），取出后放于干燥器内冷却至室温备用。4、称干试样质量（ms）用四分法取两份岩粉，每份岩粉质量约15g，将试样通过漏斗倾入已知质量的烘干的比重瓶内，然后在分析天平上称取比重瓶加试样的质量，减去比重瓶质量即得干试样的质量。4、注水排气向装有试样的比重瓶内注入蒸馏水（如岩石为易溶盐岩类，需用中性液体），然后用煮沸法或真空抽气法排除气体。（1）煮沸法此法适于用蒸馏水做实验，注蒸馏水入比重至半满将比重瓶置于砂浴上煮沸，煮沸时间在加热沸腾后不应小于1h，以完全排除气体。（2）抽气排气法将盛有岩样试样及半满液体的比重瓶放置在真空抽气缸内（图1－2）,接上真空泵，抽气时真空度应不少于740毫米水银柱负压力，并经常摇动比重瓶，直至无气泡为止，抽气时间一般为1－2小时。5、称取瓶加试液及岩样的质量（m2）（1）若用煮沸法排气时，煮沸完毕后，取出比重瓶冷却至室温，注蒸馏水入比重瓶中至近满并加盖，然后将比重瓶置于恒温水槽内待温度稳定，取出比重瓶后将瓶外水份擦干并称重，得瓶，水加岩样质量，称完后立即测定瓶内悬液温度。（2）若用抽气排气法时，抽气完毕后，取出比重瓶，按上述方法称取瓶加水及岩样质量。6、称取瓶、试液的质量（m1）倒掉瓶中悬液，洗静比重瓶，注入试液至满后，恒温约15min，使瓶内试液与悬液温度相同。检查瓶内有无气泡，若有需排除，塞好瓶塞，擦干瓶外水分，称瓶加试液的质量。本试验称重应精确至0.001g。8、按下式计算岩石的颗粒密度wfssmmmm23式中：ρ——岩石的颗粒密度（g/cm3）；ms——干岩粉的质量（g）；m3——瓶、试液总质量（g）；m2——瓶、试液和岩粉的总质量（g）；ρ0——t℃时液体的密度（g/cm3）。不同温度下蒸馏水的密度可根据试验时的温度t（℃），查下表求得。水的密度ρ0t℃ρ0t℃ρ0t℃ρ041.000000150.999127260.99681350.999992160.998970270.99654260.999968170.998802280.99626270.999930180.998623290.99597480.999876190.998433300.99567690.999809200.998232310.995369100.999728210.998021320.995054110.999633220.997799330.994731120.999525230.997567340.994399130.999404240.997326350.994059140.999271250.997074注：一般试验计算时采用小数点以后三位数，第四位四舍五入。若用中性液体进行试验时，应用比重瓶来测定其不同温度下的密度，方法如下：（1）将已知质量的比重瓶装满经真空抽气的中性液体，按本试验中的第7步称瓶、中性液体总质量（m4）。（2）用同一比重瓶装满蒸馏水，再按本试验步骤7称瓶、水总质量（m5）。（3）按下式计算中性液体密度（ρw′）wtwmmmm0504/式中：ρw′——中性液体密度（g/cm3）；M4——瓶、中性液体总质量（g）；M5——瓶、水总质量（g）；m0——瓶的质量（g）；ρwt——t℃时的蒸馏水密度（g/cm3），查上表求得。8、本试验进行两次平行测定，取其平均值，两次测定的差值不得大于0.02g/cm3，计算结果精确至0.01。四、试验报告内容1、整理记录表，格式见下表。颗粒密度试验记录表试验编号比重瓶号试验温度（℃）水的密度ρ0瓶的质量m0（g）瓶加岩粉质量m1（g）干岩粉质量ms=m1-m2（g）瓶加试液加岩粉质量m2（g）瓶加试液质量m3（g）岩石颗粒密度（g/cm3）单值平均值试验：计算：校核：年月日2、思考题（1）岩石的颗粒密度值取决于哪些因素，它与空隙度的关系如何？（2）岩石若为可溶盐岩类，用蒸馏水测定岩石的颗粒密度时，其结果是偏大还是偏小？为什么？五、注意事项1、煮沸（或抽气）排气时，必须防止悬液溅出瓶外，火力要小，防止煮干，还必须将试样中气体排尽，否则影响试验结果。2、必须使瓶中悬液的温度与试液温度相一致。3、称重必须准确，测定m1与m2时，必须将比重瓶外壁擦干。实验2测定岩石的块体密度岩石的块体密度（r）：是指岩石单位体积内的质量（g/cm3）。Vmr克/厘米3根据岩石的含水状态可将岩石的块体密度分为：（1）天然块体密度指岩石块体在天然含水状态下的单位体积内的质量；（2）干块体密度指岩石块体在105~100℃温度下烘干时单位体积内的质量；（3）饱和块体密度指岩石块体在饱水状态下单位体积内的质量。一般未指明含水状态时，系指干块体密度。测定岩石的块体密度常用量积法、水中称量法与蜡封法。量积法适用于能制备成规则试样的岩石；除遇水崩解、溶解和干缩湿胀性岩石外，均可采用水中称量法；不能用量积法或水中称量法进行测定的岩石可以采用蜡封法，如软弱岩石、风化岩石及遇水易崩解、溶解的岩石等。岩石的饱和块体密度，一般采用测定吸水率与饱和吸水率的试样并与其同时进行测定，这里仅叙述干密度的测定方法。Ⅰ量积法一、基本原理由岩石的块体密度定义可知，可通过测定规则岩石试样的体积和质量来求岩石块体密度。量积法的基本原理是把岩石加工成形状规则（园柱体、方柱体或立方体）的试样，用卡尺测量试样的尺寸，求出体积，并用天平称取试样的质量，然后根据（2—1）式计算岩石的块体密度。二、仪器设备1、试样制备设备：钻石机、切石机、磨石机、砂轮机等；2、烘箱、干燥器；3、天平：秤量100-500g，感量0.01g；4、卡尺：精度精确至0.01mm；5、其它：放大镜，小刀等。三、操作步骤1、试样制备试样形状，常用用园柱体、立方体或方柱体，试样加工满足下列要求：（1）试样尺寸应大于岩石最大颗粒的10倍，（2）沿试样高度，直径或边长的误差不超过0.03cm；（3）试样两端面不平整度误差不超过0.005cm；（4）试样两端面应垂直试样轴线，最大偏差不超过0.25°。（5）立方体或方柱体试样，相邻两面应互相垂直，最大偏差不超过0.25°。每组试样制备不少于3块，不允许缺棱掉角。2、试样描述描述内容包括：（1）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等；（2）节理裂隙的发育程度及其分布；（3）试样的形态。3、量测试样尺寸（1）量测试样两端和中间三个断面上相互垂直的两个直径或边长，按平均值计算截面积。（2）量测端面周边对称四点和中心点的五个高度，计算高度平均值。尺寸量测应精确至0.001cm，尺寸量完后，按相应公式计算试样的体积(V)。4、烘干试样、称试样质量(ms)将试样置于烘箱内，在105~110℃恒温下烘24h，然后放入干燥器内冷却至室温，称试样质量，精确至0.01g。5、按下式计算岩石的块体密度Vmrs式中：r――岩石的块体密度（g/cm3）；ms――岩石试样的干质量（g）；V――岩石试样的体积（cm3）计算精确至0.01g/cm3。6、本试验每组平行测定3块试样，取其平均值作为岩石的块体密度。Ⅱ蜡封法一、基本原理蜡封法是将已知质量的小岩块浸入融化的石蜡中，使试样沾有一层蜡外壳，保持完整的外形。通过分别测得带有蜡外壳的试样在空气中和水的质量，然后根据阿基米德原理，计算试样的体积和密度。二、仪器设备1、烘箱和干燥器；2、石蜡及融蜡工具；3、天平：称量100~500g，感量0.01g；4、其它：烧杯、线、温度计、针、烧杯架等。三、操作步骤1、取样取边长约3~5cm近似立方体的岩块、清除尖锐棱角和松动部分，需每组3块。2、试样描述描述内容同量积法。3、并称试样质量（ms）将试样置于烘箱中，在105°－110℃温度下烘至恒重，一般需连续烘12小时，取出后放于干燥器中冷却至室温，然后在天平上称取烘干试样的质量。4、封蜡用细线将试样捆好，持线将试样徐徐浸入刚过熔点（约60℃）的蜡中，待全部浸没后既将试样提出，重复操作2—3次，使试样表面覆盖一层蜡，注意检查蜡膜中是否有气泡，若有需用烧热的针刺破再用蜡涂平孔口。5、求试样体积（1）将封蜡试样放在天平上称量，得封蜡试样的质量（m1）；（2）用细线将试样吊在天平一端，并使之浸没与盛水烧杯中（见2－1），封蜡试样在水的质量（m2）；（3）封蜡试样取出擦干水分后，再一次称去封蜡试样中，若称得的质量大于浸水前称得的封蜡试样的质量（m1），并超过0.03g时，说明封蜡不好，水已进入试样中，应重做试验。（4）按下式计算试样的体积(V)式中：V——试样的体积（cm3）；m1——封蜡试样在空气中的质量（g）；m2——封蜡试样在水中的质量（g）；m3——试样的干质量（g）；——水的密度，一般取1g/cm3；——蜡的密度，一般采用0.92g/cm3。6、按下式计算岩石的块体密度式中符号意义同前。计算精确至0.01g/cm3。7、本试验每组需用3块试样作平行试验，取其平均值作为岩石块体密度。四、实验报告内容1、整理记录表，格式如附表；2、思考题量积法与封蜡法各适用于什么岩石？两种方法有何本质区别？五、注意事项1、在封蜡时应将试样徐徐浸入，并立即提起，以免在蜡膜中产生气泡。2、封蜡试样在水中的质量时，应注意勿使封蜡试样与烧杯壁接触，同时应排除附在试样周围的气泡。3、在称封蜡试样在空气中质量时，应在天平另一端放上一与捆试样之细线同等质量的细线。实验3测定岩石的吸水率与饱和吸水率一、基本原理岩石的吸水率是岩石试样在大气压力和室温条件下自由吸入的水量与试样固体质量的比值，用百分数表示。岩石的饱和吸水率是岩石试样在强制状态下（1500个大气压或真空），吸入的最大水量与试样固体质量的比值，也用百分数表示。一般采用浸水法测定岩石吸水率，用煮沸法或真空抽气法测定岩石饱和吸水率。在测定岩石吸水率和饱和吸水率的同时，应用水中称重法测定岩石的块体密度。二、仪器设备1、烘箱和干燥器；2、天平；3、煮沸设备或真空抽气设备；4、水中称重装置。三、操作步骤1、试样制备可采用规则试样和不规则试样，规则试样一般用边长为5cm的立方体或直径为5cm的园柱体，不规则试样一般用边长3~5cm的近似立方体岩块，并将凸出的边棱部分和松动部分清除，并清除表面附着物，每组试样需三块。2、试样描述描述内容同实验二。3、试样烘干将试样置于烘箱中，在105~110℃温度下烘干24h，取出放置于干燥器中，冷却至室温后称量（ms）。4、试样浸水将试样放于水槽内，试样之间应留有空隙，然后向水槽注水使试样逐步