岩石力学与岩体实验指导书及报告

1、岩石力学与岩体实验指导书及报告（内部资料）矿业工程学院实验总室2011年6月实验一 岩石单轴抗压强度测定一、实验目的：测定岩石的单轴抗压强度。二、实验方法：将圆柱体岩石试样放在压力实验机上进行单轴压缩实验，试件破坏瞬间受压面上的极限应力值为该岩石的抗压强度。（一）实验前的准备工作1、试件制备。描述和尺寸测量见<变形实验>。每组试件数根据实际情况而定，但最好不少于三块。（二）实验步骤1、试件安装将准备好的岩石试件放在压力实验机上、下加压板的中心位置，试件整个断面应与加压板严密接触，若不合要求，应予处理。2、施加载荷保持恒定的应力速率（50100N/cm2/s）对试件连续加载至破坏为止

2、，记录破坏载荷数值。描述试件的破坏情况，描述内容见<岩石抗拉强度实验>。“施加载荷”部分，并记入记录表32内，发现试件初裂后仍能继续承受载荷，应记录出裂时的载荷值。三、计算岩石的抗拉强度岩石的（单轴）抗压强度按下式计算： 式中：岩石抗压强度 （MPa）； P试件破坏时施加的最大载荷 KN； A试件横截面积 cm2。 表32 岩石（单轴）抗压强度实验记录岩样编号试件编号试样尺寸（厘米）试件面积（cm2）破坏载荷（KN）抗拉强度（MPa）备注直径厚度实验二 岩石单轴抗拉强度测定一、实验目的：测定岩石的抗拉强度。二、实验方法：本实验采用劈裂法测定岩石的抗拉强度。（一）实验前的准备工作：主

3、要是试件的制备、描述和尺寸测量。（1）采用圆盘试件。试件直径（D）为50毫米，厚度（T）为25毫米（T/D=0.5）。（2）试件两端面应平等，试件轴心线与断面应垂直，二者的最大偏差均不得大于0.2毫米。试件表面光滑平整。试件数目据实际情况而定，但最好不少于10块。（3）测量试件尺寸。圆盘试件测直径和厚度。沿厚度（T）上、中、下三个部位分别测直径，取三次测量的平均值为试件的直径。沿预定加载方向上、中、下三个部位测定试件厚度，取三次测量的平均值为试件的厚度。方片形试件参照圆盘形试件确定规格，测量其尺寸。（二）试件安装将试件安装于抗拉模具上，要将试件安放在模具的中心线上，避免偏心加载。2、施加载荷操

4、纵压力实验机，对试件施加载荷。加载速率每秒100N，至试件破坏为止。记录破坏时载荷数值。描述试件的破坏情况，其内容包括：记述破坏面情况与最大主应力方向的夹角、破坏面上颗粒的完整情况、破坏面是否平整、是否沿预定的面破坏以及实验过程中的特殊情况等。三、计算按下式计算岩石抗拉强度： 式中：岩石的抗拉强度（MPa）； 破坏载荷 KN； D试件的直径 cm； T试件的厚度 cm；以每组试件抗拉强度的算术平均值作为该种岩石的抗拉强度。 岩石抗拉强度实验记录表取样地点： 实验日期 年 月 日岩石名称：岩样编号试件编号试样尺寸（厘米）破坏载荷（KN）抗拉强度（MPa）备注直径厚度实验三 岩石抗剪强度测定一、实

5、验目的本实验为完整岩石规则试件剪切实验。其目的在于测定岩石的剪切破坏瞬间，破坏面的应力分量正应力（）和剪切力（）之间的关系，绘制岩石的抗剪断曲线，确定内聚力（c）和内摩擦角（）值。二、实验方法1、采用直径（D）为50毫米，高50毫米的圆柱体，或者边长为50毫米的正方体岩石试件。2、试件各面平整，各端面对轴线应垂直，最大偏差不超过0.05毫米。3、按照规定的剪切方向和试件放置角度，在每个试件上标注剪切面和剪切角度。4、测量试件尺寸。按照剪切面，测量两垂直边（或直径和高）的尺寸。每边都要测两端和中间三个部位。取其平均值。精度为0.1毫米。三、实验步骤1、将剪切装置的上半部分和下半部分分别安置到压力

6、实验机上、下加压板上，打开定位销，调整剪切角度。2、在调整好角度的剪切装置上，安好钳口，放上试件，使剪切装置的钳口与预定剪切面平齐并严密接触。开动压力实验机，使加压板与剪切装置平稳接触。3、施加载荷，保持恒定的加载速度（50100N/cm2/s）对试件连续加载至破坏为止，记录破坏载荷数值。描述试件的破坏情况，描述内容见<岩石抗拉强度实验>。“施加载荷”部分。四、计算1、按下式计算岩石试件剪切破坏时破坏面上的剪应力和正应力： MPa MPa式中： P试件破坏时的最大载荷 KN； A剪切破坏面的面积 cm2; 破坏面上的剪应力 MPa； 破坏面上的正应力 MPa； 剪切角（剪切面与水平

7、面夹角）。2、根据在不同的倾斜压模倾角下得到的，值，在坐标系内绘制出岩石强度曲线。根据岩石强度曲线可以近似得到岩石的内聚力C和内摩擦角。方法是：将测得的各剪切角度下的诸多散点点在坐标系内，线性回归得到回归直线方程即为强度曲线方程，回归系数分别为C和tg。实验四 岩石变形参数测定一、实验目的本实验的目的在于测定规则岩石试件在单轴压缩应力状态下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。它们均可由实验结果绘制的应力应变曲线确定。泊松比则为横向应变与纵向应变之比。对于岩石，一般按纵向应力应变曲线近于直线段之平均纵向应变与相应应力段平均横向应变计算。二、实验方法目前，实验

8、室广泛采用电测法测定岩石弹性模量和泊松比。即用转换元件将待测之非电量转换成电量输入电子仪器进行测量。为了测定和绘制岩石应力应变曲线可以采用静态应变测量法，也可以采用动态应变测量法。（一）实验前的准备1、试件制备、描述和尺寸测量（1）采用圆柱体试件。试件直径（d）为50毫米，高（h）为100毫米，h/d=2。（2）试件端面平整到0.02毫米。两端面应垂直于试件轴，最大偏差每50毫米不超过0.05毫米。在试件整个高度上，直径差不超过0.3毫米。试件表面要光滑。（3）试件直径要在试件高度上、中、下三个部位测定其相互正交的直径，取其平均值，精度为0.01毫米。试件高度测量精度为1.0毫米。（4）试件描

9、述：其内容包括：岩石名称、颜色、主要矿物组分、结构、构造、风化程度、裂隙发育情况、沉积岩胶结物的性质、胶结程度以及加载方向与层理、片理方向的关系、主要裂隙与加载的关系等。三、实验步骤1、将平衡箱选点开关调在与其背面号数对应的测量点上，调节相应点电位器使应变仪电表指零。再将应变仪电源开关放在“容”上，调节应变仪“电容平衡”电位器到电表指针偏转最小。（注意：应变仪“电阻平衡”此时不得再调），最后应变仪电源开关放在“阻”上，电表指针指零。其余各点电阴平衡按上述方法调整。调整后应变仪上的所有调平衡电位器均不得再转动。2、安放试件，加载实验静态应变测定的特点是在应变不变的条件下从静态应变仪上直接读取应变

10、值。这就要求载荷稳定在某一量组下测读应变值。本实验要求按每秒50100N/cm2d的应力速率对试件单轴压缩。在破坏载荷范围内，等间隔至少读10个应变值，而且每级载荷都要保持稳定，方可读值。一般应做几次加载卸载循环才能得到比较符合实际的测试结果。应注意从应变仪上读取的是微应变值（ ），1 10-68，而且符号与岩石的规定相反。3、对破坏后试件进行描述。其内容包括：破坏类型、破坏面和岩石结构、构造间的关系以及主要破坏裂隙的描述等。四、实验计算1、轴向应变和横向应变由应变仪读取，试件的压应力按下式计算： 式中：P施加在试件上的轴向载荷，（KN）； A试件垂直载荷方向的初始横截面积，（cm2）。2、绘

11、制应力应变曲线3、弹性模量的计算（1）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：i 切线上任一点的轴向应力（MPa）；i 对应于i的轴向应变值。（2）割线弹性模量（ES） 式中：50极限强度c的50的应力值（MPa）；i对应于50的轴向应变值。(3)切线弹性模量（Et） 式中：应力应变曲线近于直线段上任意两点的应力差（MPa）； 对应于（）的轴向应变差。 也可以对近于直线段内诸点线性回归求得切线弹性模量。本实验要求计算切线弹性模量。4、泊松比（）的计算： 式中：求切线弹性模量之（）值； 对应于（）之横向应变差。5、体积应变（）的计算：体积应变按

12、下式计算：式中：某一应力下体积应变； 同一应力下横向应变值（假定为负）； 同一应力下轴向应变值（假定为正）。在坐标系内画出应力体积应变曲线。实验五 岩石点载荷实验一、实验目的测定不规则岩样的抗拉强度。二、实验方法采用未经加工的岩石试样，在携带式点载荷仪上受对轴压缩，至试件压裂而破坏，根据破坏时的最大载荷和加载端点之间的距离求出岩石的抗拉强度，并可近似地计算出岩石抗拉强度。这种方法减少岩样加工，缩短实验时间，降低了实验费用，特别使得那些不能加工成型的风化岩石来说是唯一可行的。（一）实验前准备1、选择不规则岩样。选择形状尺寸相近的岩样作为同组试件。采用千斤顶加压时，试件最大直径为110毫米，采用压

13、力环加压时，试件最大直径为68毫米，每种不规则岩样数目不少于15个。2、依据岩样的强度选用加压测压装置。当预测岩样的单轴抗压强度小于50MPa时，采用丝杠加压，压力环测压。在应力环上应事先安装好计量用百分表。当岩样单轴抗压强度大于50MPa时，采用千斤顶加压，由油压表上读取压力值，这时应安装，固定千斤顶，连接油路及油压表。（二）实验步骤1、施加载荷至试样破坏，记录下百分表（或油压表）读数，并从仪器所带的标定曲线上查出压力值。2、用卡尺量取加载点之间的最短距离。将上述结果全部填入记录下表中。3、试样破坏前后应予描述。 三、实验计算点载荷实验记录表试样编号 采样地点 实验日期 年 月 日序号内容1

14、234561试样编号2岩石名称3样品处理4载荷方向5三轴尺寸（厘米）长A中B短C6加载点间距离D7极限荷载P8形状系数K9点荷载强度指数I0=P/D2MPaI010抗拉强度MPa11换算抗压强度12试样特征实验前实验后实验六 传感器标定一、实验目的确定压力传感器的静态特性参数，了解传感器的性能。二、实验仪器及设备1、万能材料试验机2、压力传感器（内部带放大器）3、数字电压表4、稳压电源三、实验方法利用材料实验机作为标准输入量，对应读出压力传感器的输出电量，作为输入输出特性曲线即标定曲线，最后确定传感器的误差。（一）实验前的准备工作1、选好材料实验机的度盘、及砝码，其量值为传感器最大载荷的120

15、2、按图示框图连接标定系统线路。 传感器数字电压表稳压电源 图1、压力传感器静态标定框图3、按传感器最大载荷对传感器进行反复加载3次，同时观察数字电压表的变化，了解其变化规律。4、准备号实验用的表格、坐标纸等。（二）实验步骤1、按传感器最大载荷分成十级，由小到大，逐级加载，同时记录数字电压表读数，将输入、输出量列入表中。重复标定三次，得到三组数据；2、求出三次标定输出量的平均值；3、在坐标纸上按输入量及3次标定输出量的均值，作为标定曲线。四、计算1、由端基法，作出理想曲线，写出表达式；2、确定非线性误差： 均值3、确定滞后误差： 表11 压力传感器静态标定记录表项目输入量0123456789满

16、载输出量第一组加载卸载第二组加载卸载第三组加载卸载均值加载卸载实验七 记录装置性能参数测定一、实验目的通过实验，熟悉记录装置的使用方法；了解记录装置的工作性能，学会性能检验方法二、实验仪器及设备1、SC16型光线示波器2、超低频信号发生器3、数字电压表4、电阻箱三、实验方法给光线示波器输入幅值相同，频率变化的交流信号时，记录出光线示波器随着频率的变化，记录幅值会发生变化。这反映了了记录装置的幅频特性。当给光线示波器输入一个阶跃信号时，在记录纸上会发现阶跃信号的畸变。在前沿出现的上冲或滞后，这反映了记录装置的阻尼特性。（一）实验前的准备工作1、上满光线示波器记录纸，造好振子，计算衰减量及匹配。2

17、、按图示框图连好系统 超低频信号发生器电阻箱SC16光线示波器数字电压表3、将系统开机，预热10分钟。4、将振子调至适当位置，观察记录幅值。（二）实验步骤1、将信号发生器输出幅值为定值的正弦波，使记录幅值适当。2、按振子的自振频率的2倍分5级。3、从最小一级开始，给振子输入信号，同时按走纸按钮，在记录纸上留下记录曲线。4、重复上一步骤，在记录纸上连续记录5级波形。5、测定各级频率对应的幅值。6、以频率为横坐标，幅值为纵坐标作出幅频特性曲线。7、将信号发生输出幅度一定的单方波。8、按走纸按钮，记录方波信号。9、量的方波基线至上冲的幅值，基线至新平衡位置的幅值。四、计算阻尼系数的计算通过下式确定：

18、 实验八 振动参数测定一、实验目的1、掌握测震仪的使用方法及工作原理。2、了解传感器的工作原理。3、熟悉测震的全过程及数据处理。二、实验仪器及设备1、传感器 如磁电式或压电式速度及加速度传感器2、测震仪 如GZ2型3、记录装置 如光线指示器等4、测震台5、激振器三、实验框图 传感器测震仪记录装置振动台数据处理四、实验原理根据传感器的测振原理，即由振动台产生的机械震动，经过传感器把机械振动变为电压信号，再经过微积分网络变换成所需的加速度或速度。五、实验方法及步骤1、选择适当的传感器，并安装在震动台上。2、连接传感器与测震仪之间的线路。3、安装并调试测震仪。4、安装并调试记录仪。六、计算结果 实验

19、九 地压监测实验一、试验目的1、了解压力盒的结构原理。2、熟悉地压仪、钢弦仪的结构特性及使用。二、实验仪器及设备1、钢弦压力盒。2、地压仪钢弦频谱仪。3、加载设备及传压胶囊。三、实验方法（一）实验前的准备工作1、将样品压力盒打开，露出内部结构，以便观察。2、将待实验压力盒与钢弦频谱仪及地压仪接好。3、打开电源开关，预热10分钟。初调频率，调节旋钮使李沙育图形为椭圆。（二）实验步骤1、首先观察打开的样品压力盒的结构，用手指拨动内部钢弦，能听到钢弦的振动声。2、将连好仪器的压力盒拿到耳朵旁，同样能听到断续触发钢弦振动声。3、细调频率调节旋钮，使示波管上出现李沙育图形。4、将功能开关打到测量位置，读

20、其频率读数。5、验证“内”、“外”测量频率是否吻合。6、将压力盒通过传压胶囊加压，重复35步骤。四、实验结果 实验十 声波仪实验一、实验目的1、掌握声波换能器的结构原理。2、掌握syc2型声波仪的性能结构。二、实验仪器及设备1、纵、横波换能器若干。2、syc2型岩石声波探测仪。3、岩石试件及耦合剂。三、实验方法（一）实验前的准备工作1、将若干换能器摆在实验桌前，以便观察不同工作频率的换能器，其体积不同。2、将声波仪的发射机及接收机联好，接好同步线及声波探头。3、将发射电压拨至250V位置，并将电压调节电位器反时针旋至最大。4、将增调节开关反时针旋至最小，衰减开关顺时针拨至最大。（二）实验步骤1

21、、观察声波探头铭牌上的参数，理解其含义。2、首先做纵波实验。接好纵波探头，调节扫面时间，发射电压，观测其波形的变化。3、手动探头，观测不同耦合下对波形的影响。4、掌握读数技巧。5、进行横波实验，用上述同样方法进行横波实验，在此期间，观察发射与接受探头的标记不一致时的变化，据此确定横波初至。四、计算 实验一 岩石单轴抗压强度测定实验日期 指导教师 成绩一、实验目的二、实验所需仪器设备三、实验步骤四、记录整理岩石单轴抗压强度试验记录表试 样编 号试 件编 号试件尺寸(mm)试 件面 积破坏荷载(KN)抗压强度(MPa)直 径高 度实验二 岩石单轴抗拉强度测定实验日期 指导教师 成绩一、实验目的二、实验所需仪器设备三、实验步骤四、记录整理岩石抗拉强度试验记录表试 样编 号试 件编 号试件尺寸(mm)破坏荷载(KN)抗拉强度(MPa)直 径厚 度实验三 岩石抗剪强度测定实验日期 指导教师 成绩一、实验目的二、实验所需仪器设备三、实验步骤四、记录整理岩石抗剪强度试验记录表试样编号试件编号剪切角度试件尺寸(cm)剪切面