岩体力学实验指导书教材

1、岩体力学实验指导书姓名学号班级土木学院岩土工程教研室学生实验守则一. 每次实验前必须做好复习和预习。复习的内容为教科书上有关本次实验的教学内容；预 习内容包括仔细阅读实验指导书和熟悉实验室有关仪器设备。二. 经过预习应掌握该项实验的意义、目的、操作步骤。对辅导教师提出的检查性问题，应 能回答，否则不得进行实验。三. 实验时态度应严肃认真，严格按辅导教师及实验指导书上所讲的操做步骤进行实验，每 台设备的操作应按各设备的操作方法进行，以免损坏设备或造成事故。非本次实验使用的仪器 设备不得乱动。四. 每次实验前由小组长填写仪器设备领用单。实验完毕后，应将所用仪器设备擦洗干净， 放回原处，经小组长检查

2、，辅导教师验收无误后方可离开实验室。如有损坏，应填写仪器设备 损坏报告单，待后处理。五. 实验结束后， 应在规定时间内提交实验报告。 实验报告必须独立完成。 实验报告的书写、 计算、制图，公式、计算过程、单位齐全、清晰整齐。实验成绩是期终考核成绩的一部分。六. 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。以上守则请同学们自觉遵守。实验一 岩石单轴压缩实验一、实验目的岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。通过该实验掌握岩石 单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法；了解岩石单轴压 缩过程的变形特征

3、和破坏类型。二、实验设备、仪器和材料1. 钻石机、锯石机、磨石机；2 .游标卡尺，精度 0.02mm；3. 直角尺、水平检测台、百分表及百分表架；4. YE-600 型液压材料试验机；5. JN-16 型静态电阻应变仪；6. 电阻应变片( BX-120 型)；7. 胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。三、试样的规格、加工精度、数量及含水状态1. 试样规格：采用直径为 50 mm，高为 100 mm的标准圆柱体， 对于一些裂隙比较发育的试样， 可采用 50 mm50 mm100 mm 的立方体， 由于岩石松软不能制取标准试样时， 可采用非标准试 样，需在实验结果加以说明。2. 加工精度：(1)

4、平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于 0.1mm。检测方法如图 1-1 所示，将试样放 在水平检测台上，调整百分表的位置，使百分表触头紧贴试样表面，然后水平移动试样百分表 指针的摆动幅度小于 10 格。(2) 直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于 0.2 mm，用游标卡尺检查。(3) 轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图 1-2 所示，将试样放在水 平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显缝隙3. 试样数量：每种状态下试样的数量一般不少于 3 个。4. 含水状态：采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内12 d，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。

5、1图 1-1 试样平行度检测示意图四、电阻应变片的粘贴图 1-2 试样轴向偏差度检测示意图1. 阻值检查 ：要求电阻丝平直，间距均匀，无黄斑，电 阻值一般选用 120 欧姆，测量片和补偿片的电阻差值不超 过 0.5 。2. 位置确定：纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部， 纵向、横向应变片排列采用 “”形，尽可能避开裂隙，节 理等弱面。3. 粘贴工艺：试样表面清洗处理 涂胶贴电阻应变片 固化处理 焊接导线 防潮处理。五、实验步骤1. 测定前核对岩石名称和试样编号， 并对岩石试样的颜色、 颗粒、层理、裂隙、风化程度、 含水状态等进行描述。2. 检查试样加工精度。 并测量试样尺寸， 一般在试样中部两

6、个互相垂直方向测量直径计算 平均值。3. 电阻应变仪接通电源并预热数分钟后 , 连接测试导线，接线方式采用公共补偿半桥连接 方式。4. 将试样放置在试验机的承压板中心，然后对纵向、横向应变片分别进行反复预调平衡。5. 施加初载荷，检查试验机和应变片工作情况，正常后以1.0 2.0 kN/s 的加载速度均匀加载，按估计破坏载荷的十分之一间隔读数，纪录相应载荷下的纵向、横向应变，均匀加载直 至试样完全破坏。每个测试过程读数不得少于 7 个点，同一试样的纵向、横应变尽可能同时读 出。6. 记录破坏载荷值及加载过程中出现的现象，并对试样破坏形态进行描述。六、实验结果整理1. 岩石单轴抗压强度：式中：C

7、试样单轴抗压强度， MPa； P试样破坏载荷， N； A 试样初始截面积， mm2。岩石单轴抗压强度测定结果填入表 1-1表 1-1 岩石单轴抗压强度测定结果岩石名称试件 编号岩性描述试样尺寸破坏载荷 /kN抗压强度 /MPaD L/mm单值均值制作试块150*100=5000271.44138.243130.7401250*100=5000261.37133.114350*100=5000326.50166.285450*100=5000167.5285.3172. 绘制岩石单轴压缩应力 -应变曲线实验结束后检查每一组的实验结果，废弃可疑数据，分别计算试样所受应力和与之对应的纵向应变 1、横

8、向应变 2 以及体积应变值 v，体积应变值按下式计算：将单轴压缩实验记录与计算结果填入表 1-2。然后以纵向应力为纵坐标，以应变为横坐标 描出并光滑连接测点。岩石试样单轴压缩实验的应力 -应变曲线，如图 5-4。表 1-2 岩石单轴压缩变形测定纪录试样 编号载荷 /kN项目204060801001201401601802002001轴向应力 /MPa纵向应变 1横向应变 2体积应变 v2轴向应力 /MPa纵向应变 1横向应变 2体积应变 v3轴向应力 /MPa纵向应变 1横向应变 2体积应变 v3. 弹性模量 :根据岩石单轴压缩实验的应力 -应变曲线计算变形参数。 由于岩石压缩过程中各个阶段的

9、变 形情况有所不同， 弹性模量又分为切线模量 E（又称弹性模量或杨氏模量） 和割线模量 E50（又称变形模量），分别按下式计算：式中： 纵向应力 -应变曲线中直线段的纵向应力增量， MPa；纵向应力 -应变曲线中直线段的纵向应变增量； 单向抗压强度的 50%的应力值， MPa； 试样与 对应的纵向应变值。4. 泊松比 : 岩石在单轴压缩过程中纵向变形的同时横向也发生相应变形， 在轴向应力 -纵向应变与轴向 应力 -横向应变曲线上，对应直线段纵向应变和横向应变的平均值计算泊松比：1p式中： 岩石的泊松比；p 纵向应力 -纵向应变曲线中对应直线段部分的应变的平均值；p 纵向应力 -横向应变曲线中对

10、应直线段部分的应变的平均值。 弹性模量 E、变形模量 E50 及泊松比 测定结果填入表 5-3：表 1-3 弹性模量 E、变形模量 E50 及泊松比 测定结果岩石 名称试样 编号岩性 描述弹性模量 E/GPa变形模量 E50/GPa泊松比 单值均值单值均值单值均值七、实验报告要求实验结束后认真独立填写实验报告，实验报告应包括以下内容：1. 实验目的；2. 主要实验仪器；3. 实验步骤；4. 原始数据及实验数据整理；5. 对本实验的建议。八、注意事项1、当试样邻近破坏时，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、在对试样加荷载前，应检查试样是否均匀受压。3、

11、在对试样加荷载前，应在试样和试验机接触面处，涂抹凡士林或者黄油等，以减小接触面处 摩擦力。九、思考题1. 试验机上为何要配备球形调节座？2. 影响单轴压缩实验结果的实验因素有那些？3. 单轴压缩破坏的类型有那几种？实验二 巴西劈裂实验一、实验目的岩石抗拉强度是指岩石承拉伸条件下能够承受的最大应力值。通过该实验使学生掌握采用 巴西劈裂法测定岩石抗拉强度的方法，并与岩石抗压强度进行比较，从而了解脆性岩石材料的 强度特点。二、实验设备、仪器和材料1. 钻石机、锯石机、磨石机；2. 游标卡尺，精度 0.02mm；3. 劈裂夹具；5. 钢丝垫条，用直径为 2.0 mm3.0 mm 钢丝；4. YE-30

12、0 型液压材料试验机。三、试样的规格、加工精度、数量及含水状态1. 试样规格：采用直径为 50 mm，高为 25 mm 50 mm 的标准圆柱体。2. 试样数量：每种岩石同一状态下，试样数量一般不少于5 块。3. 含水状态：采用自然状态，试样制成后放在底部有水的干燥器内12 d，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。四、实验原理巴西劈裂法测定岩石抗拉强度是国际岩石力学学会标准推荐的方法，对称圆盘试样受集中 载荷 P 的作用下，依据弹性理论得知，圆盘加载直径上任一点 （0，y）的应力状态为：(1)2PDLyo6PDL(2)式中： P为载荷， D、L分别为试样直径和厚度，试样中心处（ y=0）的应

13、力状态为：(3)2PDLyo6PDL(4)由式（ 3）、式（ 4）得出，圆盘试样中心处压应力是拉应力的 3 倍，但由于岩石抗拉强度远 低于抗压强度，一旦拉应力达到试样的抗拉强度时中心发生破坏，通常认为拉应力对破裂起主 导作用。五、实验步骤1. 测定前核对岩石名称和试样编号，并对试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含 水状态等进行描述。2. 用游标卡尺测量试样尺寸，保留两位小数 。3. 将试样放置劈裂夹具内，再用 V 型卡具及两侧夹持螺钉固定好试样，见图 2-1。1- 垫条； 2-加具座； 3-试样； 4-加持螺钉图 2-1 劈裂法抗拉实验加具示意图4. 把劈裂夹具放入试验机的上、下承压板之

14、 间，使试样中心线和试验机的中心线在一条直线 上。5. 开动试验机，松开劈裂夹具两侧夹持螺钉， 然后以 0.07kN/s0.12 kN/s的加载速度均匀加载， 直至破坏。6. 记录破坏载荷，破坏类型描述。六、实验结果整理岩石抗拉强度：2PDL式中： RC试样抗拉强度， MPa； P试样破坏载荷， N； D试样直径（立方体试样 D 为高度），mm； L 试样厚度， mm。岩石抗拉强度测定结果填入表 2-1。表 2-1 岩石抗拉强度测定结果岩石名称试样编号岩性描述试样尺寸破坏载荷 /kN抗拉强度 /MPaDL/mm单值均值151.40*44.8014.804.093.91251.58*45.501

15、3.783.74七、实验报告要求实验结束后认真独立填写实验报告，实验报告应包括以下内容：1. 实验目的；2. 主要实验仪器；3. 实验原理；4. 实验步骤；5. 原始数据及实验数据整理；八、注意事项1、试样上、下两根垫条应与试样中心面位于同一平面内，以免产生偏心荷载2、破坏面必须通过上、下两加荷载线，若只产生局部破坏，须重新实验。九、思考题1. 岩石抗拉强度为什么要重复进行 5 次？2. 加载速度如何影响岩石抗拉强度？实验三 岩体完整性系数测定一、实验目的1、判断岩体中裂隙发育程度，对岩体进行完整程度划分2、计算准岩体准强度准岩体抗压强度准岩体抗拉强度3、计算岩体基本质量指标（ BQ）BQ=9

16、0+3 cw+250 Kv （式中， cw为岩石单轴饱水抗压强度）从而进行岩体质量分级二、实验设备、仪器和材料测量平台； 岩石超声波参数测定仪； 纵波换能器；三、实验原理根据岩石弹性波理论，在岩体介质中，纵波波速约为横波波速的 1.61.7 倍，所以可以利用 声波探测仪测定纵波在材料中的传播速度。岩体中往往包含有各种层面、 节理和裂隙等结构面， 岩体中的这些结构面在动荷载作用下产 生变形，对岩体中的波动过程产生了一系列的影响， 如反射、折射、绕射和散射等。 尤其是绕射， 声波遇到岩体中的裂隙时发生绕射，影响走时，裂隙愈多速度就越小。将室内试验获得的岩块中纵波速度 Vcl 和现场测得的岩体中纵波

17、速度 Vml 代入下面公式中，就算得到岩体完整性系数 （龟裂系数 ）Kv2v pm2v pr2v pmKv五、实验结果整理样品类型（岩体或岩块）纵波（微秒）纵波均值（微秒）完整性系数岩块10.8010.900.28510.8011.20岩体20.4020.4020.4020.402v pr表 3.1 实验结果处理实验四 岩石点荷载强度指标测定一、实验目的岩石点荷载强度指标是指岩石试样在点荷载作用下破坏时承受点荷载强度指标。通过该实 验使学生掌握岩石点荷载强度测定方法。二、实验设备、仪器和材料1. 钻石机；2. 锯石机；3. 游标卡尺，精度 0.02mm；4. 数显式点荷载仪。三、试样规格、加工

18、精度、数量及含水状态1. 试样规格：采用直径为 50 mm，高径比约为 0.81.4 的圆柱体，见图 4-1，对于试样两图 4-1 试样长度和直径示意图端面无特殊要求。2. 试样数量：试样数量一般 510 个。3. 含水状态：一般采用自然含水状态，采用自然状态， 试样制成后放在底部有水的干燥器内 12 天，以保持一定的 湿度，但试样不得接触水面。四、实验步骤1. 测定前核对岩石名称和试样编号，并对试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、分化程度、含 水状态等问题进行描述。2. 用游标卡尺测量试样尺寸。3. 打开数数显点荷载仪电源，调整加载间距。4. 选择点荷载测量范围，一般选 020 kN。5. 将试样

19、放入点荷载仪的加载锥头之间，并使接触电与试样两端头的距离大致相等。6. 关闭手动油泵的卸载阀， 缓缓摇动油泵手臂均匀加载至试样破坏， 一般试样在 10 s60 s 内破坏，记录破坏载荷，并对试样加载过程中出现的现象和破坏后的试样进行描述。7. 破裂面贯穿整个试样，如果破裂面仅通过一个加载点，判断测定结果无效。五、岩实验结果整理1. 岩石试样的点荷载指数 IS:PD2式中： IS试样点荷载指数， MPa；P 试样破坏载荷， N；D 加载间距，mm。2. 点荷载指数的算术平均值ISiSP式中： ISP试样平均点荷载指数, MPa；Isi第 i 个试样点荷载指数 , MPa；n每组试样个数。3. 点

20、荷载指数的偏离度mI sp式中：v偏离度；M点荷载指数的标准差， MPasp(I sin1岩石点荷载强度测定结果填入表 4-1表 4-1 岩石点荷载强度测定结果试件编号试样规格 /mm破坏载荷 /kN点荷载指数岩石抗拉强 度岩石抗压 强度平均点荷 载指数平均岩石 抗拉强度平均岩石 抗压强度宽度 W厚度 D/MPa/MPa/MPa/MPa/MPa/MPa126.4014.323.7118.09217.368200.18516.3815.73185.72226.8214.923.0913.88113.326164.109322.3814.623.1414.69014.103171.235424.9

21、214.803.4615.79615.164180.813526.0814.763.4916.02015.379182.728626.0014.803.6916.84616.172189.755728.6414.823.4715.79915.167180.838830.0614.723.9017.99917.279199.413928.7014.403.6517.60216.898196.1061029.1414.343.5217.11816.433192.043注：舍去两个最高值，两个最低值求平均值，结果保留三位小数六、思考题1.岩石点荷载强度测定法的优点在哪里？2. 影响点荷载强度测定结果

22、的主要因素有哪些？实验五 岩石声波实验一. 实验目的在实验室测试岩块的纵波和横波速度，据此可计算岩块的动弹性模量、动剪切模量、动泊松比等动弹性参数，并可用于判断岩体的完整性二. 实验原理在岩石试样中的同测线上分别测量声波的纵波和横波传播速度值，然后根据纵波、横波速 度与岩石以及变形参数间的关系，求得动弹性模量、动泊松比。三. 仪器设备1、 岩石超声波参数测定仪2、 换能器：包括纵波换能器和横波换能器，频率范围为 50kHz1.5MHz3、耦合剂，一般用黄油、凡士林4、游标卡尺：精度为 0.02 毫米四、实验步骤1、试样制备方法和加工精度同实验一，试样规格用直径为 50mm，高度为 100mm 的圆柱体或边长为 50mm，高度为 100mm 的方柱体，常用作岩石变形实验或单轴压缩强度实验的试样，先行测定 其动力学参数。2、试样尺寸测量及描述试样尺寸测量方法同实验一。 试样描述内容包括：岩石名称、结构构造、结构面发育程度及风化程度。3、仪器调试首先接通电源，开机预热 3-5 分钟，然后分别测试换能器系统的延迟时间，具体方法是： 将发射、接受两个换能器对接，中间加耦合剂（凡士林或黄油） ，旋动扫描延时 旋钮至波形 曲线起始点，即可读出换能器与仪器系统的延迟时间。4、测定纵波在试样中传播时间