巖石硬度及塑性系數(shù)的測(cè)定

1、中國(guó)石油大學(xué)（鉆井工程）實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期： 2015.10.13 成績(jī)： 班級(jí)：石工12-01學(xué)號(hào)： 姓名： 教師： 同組者： 實(shí)驗(yàn)1 巖石硬度及塑性系數(shù)測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解巖石的物理機(jī)械性質(zhì)。2. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)掌握巖石硬度、塑性系數(shù)的測(cè)定方法二、 實(shí)驗(yàn)原理利用手搖油泵加壓，將液壓傳遞給壓模（硬質(zhì)合金壓頭），推動(dòng)活塞上升，使巖樣與壓模、位移傳感器接觸。用手搖泵慢速均勻加載，隨著載荷的增加，壓模將逐漸壓入巖樣直至破碎，位移傳感器測(cè)出壓入深度，壓力傳感器測(cè)出作用在巖石上的載荷。測(cè)出的載荷、位移信號(hào)傳給函數(shù)記錄儀，函數(shù)記錄儀便自動(dòng)記錄下巖石的載荷與壓入深度數(shù)據(jù)，利用專用軟件將該數(shù)據(jù)導(dǎo)

2、入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，畫(huà)出載荷與位移的關(guān)系曲線計(jì)算巖石硬度和塑性系數(shù)。三、 實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)步驟1手搖油泵 2壓模（d=1.22.5）3位移傳感器、載荷傳感器4液壓罐 5函數(shù)記錄儀 圖1 儀器設(shè)備示意圖 圖2 壓膜結(jié)構(gòu)1.將巖石切磨成正方（圓柱）體，其高度不小于50mm，被測(cè)量端面應(yīng)加以研磨，使巖樣平滑且相互平行（直徑50mm 的巖樣兩端面不平行度不應(yīng)超過(guò)0.5mm），巖樣制備后應(yīng)在低于100的烘箱中烘干2-2.5個(gè)時(shí)，然后放在干燥器內(nèi)備用。  2.用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出壓摸壓頭的直徑并記錄下來(lái)，  3.打開(kāi)紀(jì)錄儀開(kāi)關(guān)，調(diào)整零點(diǎn)：按菜單，選捧輸入，按

3、設(shè)置，輸入密碼,選擇零點(diǎn)修正。   4.將巖樣至于硬度儀的巖心托盤(pán)上，搖動(dòng)手搖泵，活塞慢慢上升，移動(dòng)位移傳感器，使巖樣先與位移傳感器接觸，當(dāng)紀(jì)錄儀顯示壓力有變化時(shí)，說(shuō)明巖樣與壓頭已接觸上，停止搖動(dòng)手搖泵，此時(shí)記錄下位移值和壓力值，作為零點(diǎn)。  5.用手搖泵慢 直到巖樣破碎（有響聲），則該點(diǎn)測(cè)試完畢，   6.按設(shè)置鍵兩次，出現(xiàn)報(bào)警界面，再按V鍵，根據(jù)提示插入U(xiǎn)盤(pán)，導(dǎo)出數(shù)據(jù)（兩個(gè)數(shù)據(jù)文件存入U(xiǎn)盤(pán)，第一路數(shù)據(jù)是位移 ，第二路數(shù)據(jù)是載荷 ）按菜單鍵返回，拔除U盤(pán)；四、 數(shù)據(jù)處理1 根據(jù)每點(diǎn)作

4、出的曲線求出巖石硬度表1 原始數(shù)據(jù)表吃入深度/載荷/吃入深度/載荷/吃入深度/載荷/吃入深度/載荷/1.24912.2024312.2898352.35610411.64912.2034432.2918422.35810451.97212.2064532.2948512.35910482.087482.2084642.2958572.36110522.089472.2114772.2978662.36510592.09482.2144982.38732.36710652.091532.2175132.3028792.37110812.093592.225212.3038862.37710942

5、.096642.2225302.3058932.38111022.099712.2245492.3089022.38511102.102782.2275632.319072.38711132.102792.2315752.3119142.39211182.105832.2345882.3139182.39611292.106872.2376102.3159222.411372.109952.246222.3169242.40211382.1111002.2436332.3179292.40611392.1151072.2456422.3199382.40711342.1171112.24866

6、12.3219432.40811292.121252.2536792.3229492.40911262.1231302.2556882.3249562.40911232.1281422.2566972.3299702.4111202.1311542.2587102.3319782.41111282.1371812.2617172.3329772.41711412.1492072.2637252.3349792.42111482.1542252.2657372.3359822.42411542.1592582.2677442.3369842.42811572.1662822.2677442.33

7、79882.43511602.1743002.277562.3399932.4411602.1773212.2727702.3419952.44611522.1793342.2757792.34210042.45311422.1813392.2787892.34410062.45711342.1843502.288032.34510092.1893852.2828102.34710142.1954122.2848152.3510262.2014262.2878232.3521036表2 處理數(shù)據(jù)表吃入深度/載荷/吃入深度/載荷/吃入深度/載荷/吃入深度/載荷/-0.72310.234310.3

8、178350.3841041-0.32310.2314430.3198420.3861045010.2344530.3228510.38710480.115480.2364640.3238570.38910520.117470.2394770.3258660.39310590.118480.2424980.3288730.39510650.119530.2455130.338790.39910810.121590.2485210.3318860.40510940.124640.255300.3338930.40911020.127710.2525490.3369020.41311100.137

9、80.2555630.3389070.41511130.13790.2595750.3399140.4211180.133830.2625880.3419180.42411290.134870.2656100.3439220.42811370.137950.2686220.3449240.4311380.1391000.2716330.3459290.43411390.1431070.2736420.3479380.43511340.1451110.2766610.3499430.43611290.1481250.2816790.359490.43711260.1511300.2836880.

10、3529560.43711230.1561420.2846970.3579700.43811200.1591540.2867100.3599780.43911280.1651810.2897170.369770.44511410.1772070.2917250.3629790.44911480.1822250.2937370.3639820.45211540.1872580.2957440.3649840.45611570.1942820.2957440.3659880.46311600.2023000.2987560.3679930.46811600.2053210.37700.369995

11、0.47411520.2073340.3037790.3710040.48111420.2093390.3067890.37210060.48511340.2123500.3088030.37310090.2173850.318100.37510140.2234120.3128150.37810260.2294260.3158230.381036根據(jù)表2作出吃入深度與載荷的關(guān)系曲線圖如下圖3：CDOABE巖石的硬度為： 其中： 破碎時(shí)最大載荷，單位；壓模面積，單位。由圖3知： 在B點(diǎn)破碎時(shí)最大載荷為=1160，壓模的=2。所以，=1160/（×2²/4）=369.24(kg

12、/mm²)=3618.55(MPa)按我國(guó)巖石硬度六類12級(jí)分類，該巖石為硬8級(jí)。2 求塑性系數(shù)其中：AF巖石破碎前耗費(fèi)的總功，相當(dāng)于；AE彈性變形功，相當(dāng)于面積； 屈服極限，；OC壓入巖樣深度，。由圖3可得：所占的格數(shù)約為308格， 所占的格數(shù)約為204格。所以Kp=/=308/204=1.51由塑性三類6級(jí)分類可知，該巖石為低塑性2級(jí)。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表巖石名稱硬度屈服極限塑性系硬度級(jí)別塑性級(jí)別灰?guī)r3618.5511601.51硬8級(jí)低塑性2級(jí)六、 思考題1在塑性巖石中，它沒(méi)有破碎點(diǎn)，如何求它的硬度？答：對(duì)于塑性巖石，取產(chǎn)生屈服（從彈性變形開(kāi)始向塑性變形轉(zhuǎn)化）時(shí)的載荷代替，即： 。2為什么要求被測(cè)巖樣兩端必須平行？答： 要求巖樣兩端面平整是保證在進(jìn)行壓入實(shí)驗(yàn)時(shí)，壓頭端面均勻壓入巖石，即讓壓頭端面壓入的面積始終是S，避免由于不平整造成的壓入面積小于S，否則會(huì)造成計(jì)算的巖石硬度的不準(zhǔn)確