巖石力學試驗參考指導書樣本(共92頁)

1、巖石力學試驗參考指導書巖石力學實驗指導書修訂版王寶學 楊 同 張 磊 編北京科技大學土木與環(huán)境工程學院2008 年 3 月前 言試驗是巖石力學課程教學的重要環(huán)節(jié)，目的在于輔助課堂教學，直觀培養(yǎng)學生的知識結構和動手能力。本指導書是根據(jù)我?！?005年教學大綱”，并結合我校的實驗條件而編寫，主要內(nèi)容有：1、巖石天然含水率、吸水率及飽和吸水率試驗；2、巖石比重試驗；3、巖石密度試驗；4、巖石耐崩解試驗5、巖石膨脹試驗；6、巖石凍融試驗；7、巖石單軸抗壓強度試驗，8、巖石壓縮變形試驗，9、巖石抗拉強度試驗(巴西法)，10、巖石抗剪強度試驗(變角剪法)，11、巖石三軸壓縮及變形試驗，12、巖石弱面抗剪強

2、度試驗，13、巖石點載荷指數(shù)測定試驗，14、巖石縱波速度測定試驗，15、巖石力學伺服控制剛性試驗；16、巖石聲發(fā)射試驗。本指導書的內(nèi)容主要參照水利水電工程巖石試驗規(guī)程（SL264-2001）；水利電力工程巖石試驗規(guī)程DLJ204-81，SLJ2-81；同時參考了國際巖石力學會巖石力學試驗建議方法，中華人民共和國國家標準巖石試驗方法標準以及露天采礦手冊等，由于我們水平有限，文中如有不當之處，歡迎讀者批評指正。編者：王寶學、楊同、張磊2007年12月目 錄巖石物理性質試驗1一、巖石天然含水率、吸水率及飽和吸水率試驗1二、巖石比重(顆粒密度)試驗3三、巖石密度試驗6四、巖石耐崩解試驗10五、巖石膨脹

3、試驗12六、巖石凍融試驗15巖石力學性質試驗18七、巖石單軸抗壓強度試驗18八、巖石壓縮變形試驗20九、巖石抗拉強度試驗（巴西法）24十、巖石抗剪強度試驗(變角剪切)27十一、巖石三軸壓縮及變形試驗29十二、巖石弱面剪切強度試驗37十三、點載荷指數(shù)的測定40十四、巖石縱波速度測定42十五、巖石力學伺服控制剛性試驗43十六、巖石聲發(fā)射試驗46巖石物理性質試驗一、巖石天然含水率、吸水率及飽和吸水率試驗巖石的天然含水率是指試樣在大氣壓力和室溫條件下，天然條件下巖石自身所含有的水的質量與試樣固體質量比的百分率。巖石吸水率是試樣在大氣壓力和室溫條件下，巖石吸入水的質量與試樣固體質量比的百分率。本規(guī)程采用

4、自由浸水方式求巖石吸水率。巖石飽和吸水率，是試樣在強制狀態(tài)下，巖石的最大吸水質量與試樣固體質量比的百分率。本規(guī)程采用煮沸法或真空抽氣法求巖石飽和吸水率。（1）規(guī)則試樣的形態(tài)，可以用圓柱體、立方體或方柱體，根據(jù)密度試驗后的其他實驗要求選擇。（2）不規(guī)則試樣采用邊長46cm近似立方體的塊體，凸出的邊棱部分必須進行處理；試樣數(shù)量，每組取3個。（1）巖石名稱、顏色、結構、礦物成分、顆粒大小、膠結物質等特征。（2）節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其分布。（3）試樣形態(tài)及缺角，掉棱角等現(xiàn)象。（1）鉆石機、切石機、磨石機或其他制樣設備。（2）烘箱和干燥器。（3）稱量大于500g，。（4）真空抽氣機和煮沸設備。（1）在天

5、然狀態(tài)下制備試件，清除試樣上的塵土和松動顆粒，稱其質量。（2）將試樣置于烘箱中，在105110°C的溫度下烘24h，取出后，即放入干燥器內(nèi)，冷卻至室溫后稱重。（1）清除試樣上的塵土和松動顆粒。（2）將試樣置于烘箱中，在105110°C的溫度下烘24h，取出后，即放入干燥器內(nèi)，冷卻至室溫后稱重。（3）使試樣逐步浸水，首先淹沒試樣高度的1/4，然后每隔2h分別升高水面至試樣的1/2和3/4處，6h后全部浸沒試樣。（4）試樣在水下自由吸水48h，取出后擦去表面水分，稱重。（5）用煮沸法或真空抽氣法對試樣進行強制飽和。（6）采用煮沸法飽和試樣時，煮沸箱內(nèi)水面應經(jīng)常保持高于試樣面，煮

6、沸時間不應少于6h。（7）采用真空抽氣法飽和試樣時，抽氣的真空度須達到740mm以上的水銀柱負壓力，抽氣時間不得少于4h，或者抽至不再發(fā)生氣泡為止。（8）經(jīng)過煮沸法或真空抽氣的試樣，應放置在原容器中冷卻至室溫或在正常壓力下靜置4h，然后擦去表面水分，稱重。（1）按以下諸式計算巖石天然含水率、吸水率、飽和吸水率和開型空隙率 式中：、巖石天然含水率、吸水率、飽和吸水率，（%）；、巖石天然質量、烘干質量、浸水48h質量和強制飽和質量，（g）；（2）計算值取小數(shù)點以后兩位。表1-1 巖石天然含水率、吸水率和飽和吸水率記錄表工程名稱 _ _ 巖石名稱試樣編號烘干質量（g）天然質量（g）試 樣全部浸水48

7、小時后質量（g）試樣煮沸或真空抽氣后質量（g）天然含水率（%）吸水率（%）飽 和吸 水 率（%）備注班 級 組 別 日 期試驗者 計算者 二、巖石比重(顆粒密度)試驗巖石比重試驗是試樣干重與同體積4°C時的蒸餾水重量的比值（巖石顆粒密度是巖石固相物質的質量與體積的比值，在數(shù)值上與比重相同）。本指導書主要介紹采用比重瓶法測定巖石比重。除含有水溶性礦物的巖石用煤油測定外，其余巖石均采用蒸餾水測定，采用煤油測定時的方法與采用蒸餾水測定的方法一致。 （1）用于測定比重的試樣需破碎成巖粉，。（2）對于非磁性巖石，采用高強度耐磨的優(yōu)質鋼磨盤粉碎，并用磁鐵塊吸去鐵屑。（3）對于磁性巖石，根據(jù)巖石的

8、堅硬程度，分別采用磁研體或瑪瑙研體粉碎樣品。試樣粉碎前的描述，包括：巖石名稱、顏色、結構、礦物成分、顆粒大小和膠結物性質。（1）粉碎機，研體，。（2）稱重為200g，。 （3）烘箱和干燥器。（4）真空抽氣機和煮沸設備。（5）恒溫水槽和砂浴。（6）容積100ml或50ml的比重瓶。（1）將制備好的試樣，置于105110°C下烘12h，然后放在干燥器內(nèi)冷卻至室溫。（2）將比重瓶置于105110°C下烘12h，然后放在干燥器內(nèi)冷卻至室溫。（3）將比重瓶編號，并稱其質量。（4）用四分法取兩個試樣，每個試樣15g左右（用100ml比重瓶）或10g左右（用50ml比重瓶）。（5）將取好

9、的試樣通過漏斗倒入編好號碼的比重瓶內(nèi)，然后稱比重瓶和試樣的質量。（6）向比重瓶內(nèi)注入蒸餾水至比重瓶容積的一半處。（7）采用煮沸法或真空抽氣法排除氣體。（8）采用煮沸法排除氣體時，煮沸時間在加熱沸騰以后，不得少于1h。（9）采用真空抽氣法排除氣體時，抽氣的真空度須達到740mm以上的水銀柱負壓力，抽氣時間維持12h，或抽至不再發(fā)生氣泡為止。（10）不論采用煮沸法或真空抽氣法排除試樣氣體時，均按同樣的方法配制未放試樣的蒸餾水。（11）試樣排氣之后，把煮沸或經(jīng)真空抽氣的蒸餾水注入比重瓶至近滿，然后置于恒溫水槽內(nèi)，使瓶內(nèi)溫度保持穩(wěn)定并使上部懸液澄清。（12）塞好瓶塞，使多余水分自瓶塞毛細孔中溢出，將瓶

10、外擦干，稱瓶、水、試樣合重。（13）倒掉試液，洗凈比重瓶。注入與（11）項中同溫度的蒸餾水至滿，按（11）、（12）兩款稱瓶、水合重。（14）本試驗稱重精度，。式中： 巖石比重；試樣干重（g）；瓶、水合重（g）;瓶、水、試樣合重（g）；與試驗溫度同溫的蒸餾水的比重。，按下列方法求得：表2-1 t°C下蒸餾水的比重D0值t°CD0t°CD0t°CD0t°CD0t°CD04100000011099963318099862325099707432099505450999992120999525190998433260996813330994

11、73160999968130999404200998232270996542340994399709999301409992712109980212809962623509940598099987615099912722099779929099597490999809160998970230997567300995676100999728170998802240997326310995369注 ： 一般試驗計算時采用小數(shù)點以后三位數(shù)，第四位四舍五入。表2-2 巖 石 比 重 試 驗 記 錄 表試樣編號瓶號瓶質量瓶+試樣質量試樣質量 (g)瓶+水+試樣質量 (g)瓶+水質量 (g)水溫()蒸餾水

12、的比重 比重班 級 組 別 日 期試驗者 計算者 三、巖石密度試驗巖石密度，即單位體積的巖石質量，是試樣質量與試樣體積之比。根據(jù)試樣的含水量情況，巖石密度可分為烘干密度、飽和密度和天然密度。一般未說明含水情況時，即指烘干密度。根據(jù)巖石類型和試樣形態(tài)，分別采用下述方法測定其密度：（1）凡能制備成規(guī)則試樣的巖石，宜采用量積法。（2）除遇水崩解、溶解和干縮濕脹性巖石外，可采用水中稱重法。（3）不能用量積法或水中稱重法進行測定的巖石，可采用臘封法。用水中稱重法測定巖石密度時，一般用測定巖石吸水率和飽和吸水率的同一試樣同時進行測定。（1）試樣的形態(tài)，可以用圓柱體、立方體或方柱體，根據(jù)密度試驗后的其他實驗

13、要求選擇。（2）制備的試樣，應具有一定的精度，其精度要求應滿足其他試驗項目的規(guī)定。（3）每組試驗須制備3個試樣，它們須具有充分的代表性。（1）試樣取邊長為46cm的近似立方體的巖塊。（2）如需測定天然密度時，拆除密封后立即稱試樣重。（3）每組試驗須制備3個試樣，它們須具有充分的代表性。（1）巖石名稱、顏色、結構、礦物成分、顆粒大小、膠結物質等特征。（2）節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其分布。（3）試樣形態(tài)及缺角，掉棱角等現(xiàn)象。（1）鉆石機、切石機、磨石機或其他制樣設備。（2）烘箱和干燥器。（3）稱量大于500g，。（4）。（1）烘箱和干燥器。（2）石蠟和熔蠟用具。（3）稱量大于500g，。（4）水中稱重

14、裝置。（1）試樣兩端和中間三個斷面，測量其互相垂直的兩個直徑或邊長，計算平均值。（2）測量均勻分布于周邊的四點和中間點的五個高度，計算平均值。（3）將試樣置于烘箱中，在105110°C的溫度下烘24h，取出后，即放入干燥器內(nèi)，冷卻至室溫后稱重。（4），。（1）將試樣置于烘箱中，在105110°C的溫度下烘24h，取出后，即放入干燥器內(nèi)，冷卻至室溫后稱重。（2）用絲線縛住試樣，置于溫度60°C左右的熔化石蠟中12s，使試樣表面均勻涂上一層臘膜，其厚度約1mm左右。蠟封好后，發(fā)現(xiàn)有氣泡時，用熱針刺穿并用臘涂平孔口，然后稱試樣重。（3）將蠟封試樣置于水中稱重，然后取出擦

15、干表面水分，在空氣中稱重。如蠟封試樣浸水后的重量大于浸水前的重量，應重做試驗。（4）。（1）用量積法測定試樣密度，按下式計算式中：巖石烘干密度（g/cm3）；試樣烘干重量（g）；平均面積（cm2）；平均高度（cm）。（2）用臘封法測定試樣容重，按下式計算：式中：巖石烘干密度（g/cm3）；試樣烘干重量（g）；蠟封試樣在空氣中重量（g）；蠟封試樣在水中重量（g）；石蠟密度（g/cm3）（石蠟容重可用水中稱重法測定，參見11節(jié)）。（3）如需天然密度時，可按下式計算：式中：巖石天然密度（g/cm3）巖石的天然含水量（%）。（4）根據(jù)實測巖石比重和容重，按下式計算總孔隙率：式中：巖石總孔隙率（%）；（

16、5）計算值取小數(shù)點以后兩位。表3-1 密度試驗記錄表（量積法） 工程名稱_巖石名稱試 樣編 號試 樣 尺 寸 （cm）試樣體積(cm3)烘干試 樣重量（g）巖石 密度 (g/cm3)備 注直 徑 或 邊 長高 度平均值平均值班 級 組 別 日 期試驗者 計算者 表3-2 密度試驗記錄表（臘封法） 工程名稱_巖石名稱試樣編號試樣重量（g）天然含水量(%)封蠟試樣重量（g）蠟封試 樣體積(cm3)蠟體積(cm3)試 樣體 積(cm3)巖石 密度(g/cm3)巖石天然密度(g/cm3)備注天然含水狀態(tài)烘干狀態(tài)空氣中水中班 級 組 別 日 期 試驗者 計算者 四、巖石耐崩解試驗巖石耐崩解試驗是測定試樣

17、在經(jīng)過干燥和浸水兩個標準循環(huán)后，試樣殘留的質量與原質量之比，以百分數(shù)表示。 （1）在現(xiàn)場采取保持天然含水量的試樣并密封。（2）試樣制成每塊質量為4060g的渾圓形巖塊，每組試驗試樣數(shù)量10個。巖石名稱、顏色、礦物成分、結構、構造、風化程度、膠結物性質等。（1）烘箱及干燥器。（2）天平，稱量大于1000g，。（3）耐崩解試驗儀，見圖1（儀器主要由篩筒、水槽、馬達三部分組成，篩筒是一個凈長100mm，直徑140mm，篩筒有足夠的強度且耐溫105°C；水槽裝有由水平軸支撐并能自由旋轉的試驗圓筒；馬達傳動能使圓筒按20r/min的速度旋轉）。圖1 巖石耐崩解試驗裝置示意圖（1）將試樣裝入試驗

18、儀的圓柱狀篩筒內(nèi)，在105110°C的溫度下烘24h后，在干燥器內(nèi)冷卻至室溫。（2）將裝有試樣的圓柱狀篩筒放在水槽上，向水槽內(nèi)注入清水，使水位在轉動軸下約20mm，在10min內(nèi)圓筒旋轉200次。而后將篩筒和殘留的試樣在105110°C的溫度下烘24h,在干燥器內(nèi)冷卻至室溫稱量。（3）重復第二款的程序，求得第二循環(huán)后的篩筒和殘留物的質量。（4）必要時按第二款的程序進行五個循環(huán)。（5）試驗過程中，水溫應保持在20±2°C范圍內(nèi)。（6）試驗結束后，應對殘留試樣和水的顏色及水中沉積物進行描述。（7）。（1）按下式計算巖石耐崩解性指數(shù)式中：巖石（二次循環(huán)）耐崩解

19、性指數(shù)（%）；原試樣烘干質量（g）；殘留試樣烘干質量（g）。（2）%。（3）耐崩解試驗的記錄，應包括巖石名稱、試樣編號、試樣描述、水的溫度、試樣試驗前后的烘干質量。見表4-1。表4-1 巖石耐崩解試驗記錄表 工程名稱_巖石名稱試樣編號循環(huán)次數(shù)試樣描述烘干質量（g）水溫（°C）試驗前試驗后試驗前試驗后班 級 組 別 日期 試驗者 計算者 五、巖石膨脹試驗（1）巖石膨脹試驗包括巖石自由膨脹率試驗、巖石膨脹率試驗和巖石膨脹壓力試驗。（2）巖石自由膨脹率是不易崩解的巖石試樣在浸水后產(chǎn)生的徑向和軸向變形與試樣的原直徑和高度之比。以百分數(shù)表示。（3）巖石膨脹率是巖石試樣在有側限條件下，軸向受有限

20、荷載時，浸水后產(chǎn)生的軸向變形與試樣的原高度之比。以百分數(shù)表示。（4）巖石膨脹壓力是巖石試樣在浸水后保持原形體積不變所需要的壓力。試樣應在現(xiàn)場采取，并保持天然含水狀態(tài)。嚴禁用爆破或濕鉆法取樣。（1）自由膨脹率試驗的試樣，圓柱形，高等于直徑；正方形試樣的邊長5060mm，。（2），高度20±，。（1）干法制樣時，天然含水量的變化不得超過1%。（2）每組試樣的數(shù)量不得少于3件。（1）巖石名稱、顏色、礦物成分、結構、構造、風化程度、膠結物性質等。（2）膨脹變形和加載方向分別與層理、片理、節(jié)理裂隙之間的關系。（3）試樣加工方法。（1）鉆石機、切石機、磨石機。（2）測量平臺。（3）膨脹試驗儀（自

21、由膨脹率儀如圖2、膨脹率儀、膨脹壓力試驗儀如圖3）。 圖2 自由膨脹試驗裝置示意圖 圖3 膨脹壓力試驗裝置示意圖1、儀器安裝（1）將試樣放入自由膨脹率儀內(nèi)，在試樣的上下分別放置透水板，頂部放置一塊金屬板。（2）在試樣的上部和四側對稱的中心部位分別安裝千分表，四側千分表與試樣接觸處，宜放一塊薄銅片。2、試驗及穩(wěn)定標準（1）讀計千分表讀數(shù)，每10min讀計一次，直至三次讀數(shù)不變。（2）緩慢的向盛水器內(nèi)注入純水，直至淹沒上部透水板。（3）在第一小時內(nèi)每隔10min測讀變形一次，以后每隔1h測讀變形一次，。浸水后試驗時間不得少于48h。（4）試驗過程中，應保持水位不變。水溫變化不得大于2°C

22、。3、試驗過程中及試驗結束后，應詳細描述試樣的崩解、掉塊、表面泥化或軟化等現(xiàn)象。1、儀器安裝（1）將試樣放入涂有凡士林的金屬套環(huán)內(nèi)，在試樣的上下分別放置薄型濾紙和透水板。（2）頂部放置固定金屬荷載塊并安裝垂直千分表。2、。3、試驗結束后應詳細描述試樣的泥化或軟化等現(xiàn)象。1、儀器安裝（1）將試樣放入涂有凡士林的金屬套環(huán)內(nèi)，在試樣的上下分別放置薄型濾紙和金屬透水板，其上放置金屬壓板。（2）安裝壓力傳感器，并裝上中心杠桿千分表。（3）應使儀器各部位和試樣在同一軸線上，不得出現(xiàn)偏心荷載。2、試驗及穩(wěn)定標準（1），測千分表的讀數(shù)，每10min讀數(shù)一次，直至三次讀數(shù)值不變，并記錄千分表讀數(shù)。（2）緩慢的向

23、盛水器內(nèi)注入純水，直至淹沒上部透水板。觀測中心杠桿千分表的變化，調節(jié)所施加的壓力，保持中心杠桿千分表讀數(shù)值在整個試驗過程中始終不變。（3）穩(wěn)定標準為：開始每隔10min讀數(shù)一次，改為每1h讀數(shù)一次，可改為每2h讀數(shù)一次，可認為穩(wěn)定，浸水后總試驗時間不得少于48h。（4）試驗過程中，應保持水位不變。水溫變化不得大于2°C。3、。（1）按下式計算巖石自由膨脹率、膨脹率、膨脹壓力式中： 巖石軸向自由膨脹率（%）；巖石徑向自由膨脹率（%）；巖石側向約束軸向膨脹率（%）；巖石膨脹壓力（MPa）；試樣軸向變形(mm)；試樣原高度(mm)；試樣徑向平均變形(mm)；試樣原平均直徑或邊長(mm)；側

24、向約束試樣軸向變形（mm）；軸向膨脹力（N）；試樣截面積（mm2）。（2）計算值取三位有效數(shù)字。（3）膨脹性試驗的記錄應包括：工程名稱、試樣編號、試樣描述、試樣尺寸、溫度。（4）此外還應包括：自由膨脹率試驗的記錄還應包括試驗的時間、軸向與徑向變形；膨脹率試驗的記錄還應包括試驗的時間、軸向變形；膨脹力試驗的記錄還應包括試驗的時間、軸向變形，應變儀讀數(shù)及壓力傳感器率定系數(shù)。六、巖石凍融試驗巖石的凍融試驗是指巖石在±25的溫度區(qū)間內(nèi)，反復降溫、凍結、升溫、融解，其抗壓強度有所下降，巖石試件凍融前的抗壓強度與凍融后的抗壓強度的比值，即為抗凍系數(shù)。（1）試樣可用鉆孔巖芯或坑、槽探中采取的巖塊，

25、試件備制中不允許有人為裂隙出現(xiàn)。按規(guī)程要求標準試件為圓柱體，直徑為5cm，。高度為10cm，。對于非均質的粗粒結構巖石，或取樣尺寸小于標準尺寸者，允許采用非標準試樣，但高徑比必須保持=2:1:1。（2）試樣數(shù)量，視所要求的受力方向或含水狀態(tài)而定，一般情況下必須制備3個。（3）試樣制備的精度，在試樣整個高度上，。端面應垂直于試樣軸線，。試驗前的描述，應包括如下內(nèi)容：（1）巖石名稱、顏色、結構、礦物成分、顆粒大小，膠結物性質等特征。（2）節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其分布，并記錄受載方向與層理、片理及節(jié)理裂隙之間的關系。（3）測量試樣尺寸，并記錄試樣加工過程中的缺陷。（1）鉆石機、鋸石機、磨石機或其他制樣

26、設備。（2）游標卡尺、天平（稱量大于500g，），烘箱和干燥箱，水槽、煮沸設備。（3）低溫試驗箱。（1）巖石試件的干燥、吸水、。（2）取三塊飽和試件進行凍融前的單軸抗壓強度試驗。（3）將另外三塊試件放入鐵皮盒內(nèi)，一起放入低溫試驗箱中，在-20±2溫度下冷凍4h，然后取出鐵皮盒，望盒內(nèi)注入水浸沒試件，水溫應保持在20±2，融解4h，即為一個循環(huán)。（4）根據(jù)工程需要確定凍融的次數(shù)，以20次為宜，嚴寒地區(qū)不少于25次。（5）凍融結束后，從水中取出巖石試件，擦開表面水分并稱量，進行單軸抗壓強度試驗。（1）凍融質量損失率、凍融系數(shù)計算公式：式中：凍融質量損失率，（%）；凍融前的飽和單

27、軸抗壓強度，（MPa）;凍融后的飽和單軸抗壓強度，（MPa）;凍融系數(shù)；凍融試驗前試件的飽和質量，（g）；凍融試驗后試件的飽和質量，（g）；凍融前飽和試件破壞載荷，（N）；凍融后飽和試件破壞載荷，（N）；凍融試驗后飽和單軸抗壓強度，（MPa）；凍融試驗前飽和單軸抗壓強度，（MPa）；（2）計算結果保留三位有效數(shù)字。（3）試驗記錄應包括工程名稱、巖石名稱、取樣地點、試驗人員、試驗日期等信息。巖石力學性質試驗七、巖石單軸抗壓強度試驗當無側限巖石試樣在縱向壓力作用下出現(xiàn)壓縮破壞時，單位面積上所承受的載荷稱為巖石的單軸抗壓強度，即試樣破壞時的最大載荷與垂直于加載方向的截面積之比。在測定單軸抗壓強度的同

28、時，也可同時進行變形試驗。不同含水狀態(tài)的試樣均可按本規(guī)定進行測定，試樣的含水狀態(tài)用以下方法處理：（1）烘干狀態(tài)的試樣，在1051100C下烘24h。（2）飽和狀態(tài)的試樣，使試樣逐步浸水，首先淹沒試樣高度的1/4，然后每隔2h分別升高水面至試樣的1/3和1/2處，6h后全部浸沒試樣，試樣在水下自由吸水48h；采用煮沸法飽和試樣時，煮沸箱內(nèi)水面應經(jīng)常保持高于試樣面，煮沸時間不少于6h。（1）試樣可用鉆孔巖芯或坑、槽探中采取的巖塊，試件備制中不允許有人為裂隙出現(xiàn)。按規(guī)程要求標準試件為圓柱體，直徑為5cm，。高度為10cm，。對于非均質的粗粒結構巖石，或取樣尺寸小于標準尺寸者，允許采用非標準試樣，但高

29、徑比必須保持=2:1:1。（2）試樣數(shù)量，視所要求的受力方向或含水狀態(tài)而定，一般情況下必須制備3個。（3）試樣制備的精度，在試樣整個高度上，。端面應垂直于試樣軸線，。試驗前的描述，應包括如下內(nèi)容：（1）巖石名稱、顏色、結構、礦物成分、顆粒大小，膠結物性質等特征。（2）節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其分布，并記錄受載方向與層理、片理及節(jié)理裂隙之間的關系。（3）測量試樣尺寸，并記錄試樣加工過程中的缺陷。鉆石機、鋸石機、磨石機或其他制樣設備。游標卡尺、天平（稱量大于500g，），烘箱和干燥箱，水槽、煮沸設備。壓力試驗機。壓力機應滿足下列要求：（1）有足夠的噸位，即能在總噸位的10%90%之間進行試驗，并能連續(xù)

30、加載且無沖擊。（2）承壓板面平整光滑且有足夠的剛度，其中之一須具有球形座。承壓板直徑不小于試樣直徑，且也不宜大于試樣直徑的兩倍。如大于兩倍以上時需在試樣上下端加輔助承壓板，輔助承壓板的剛度和平整光滑度應滿足壓力機承壓板的要求。（3）壓力機的校正與檢驗應符合國家計量標準的規(guī)定。（1）根據(jù)所要求的試樣狀態(tài)準備試樣。（2）將試樣置于壓力機承壓板中心，調整有球形座的承壓板，使試樣均勻受力。（3），直到試樣破壞為止，記錄最大破壞載荷。（4）描述試樣破壞形態(tài)，并記下有關情況。按下式計算巖石單軸抗壓強度式中：巖石單軸抗壓強度（MPa）；最大破壞載荷（N）；垂直于加載方向的試樣橫截面積（mm2）。試驗結果按表

31、7-1記錄。表7-1 巖石單軸抗壓強度試驗記錄表 工程名稱_ 試驗時間_年_月_日巖石名稱試樣編號受力方向含水狀態(tài)試 樣 尺 寸最大破壞載 荷(N)單軸抗壓強 度(MPa)備 注直 徑 (mm)高 度 (mm)橫截面積(mm2)試 樣 描 述 班 級 組 別 試驗者 計算者 八、巖石壓縮變形試驗巖石變形試驗，是在縱向壓力作用下測定試樣的縱向（軸向）和橫向（徑向）變形，據(jù)此計算巖石的彈性模量和泊松比。彈性模量是縱向單軸應力與縱向應變之比，規(guī)程規(guī)定用單軸抗壓強度的50%作為應力和該應力下的縱向應變值進行計算。根據(jù)需要也可以確定任何應力下的彈性模量。泊松比是橫向應變與縱向應變之比，規(guī)程規(guī)定用單軸抗壓

32、強度50%時的橫向應變值和縱向應變值進行計算。根據(jù)需要也可以求任何應力下的泊松比。（1）制樣設備、。（2）電阻應變片、粘結劑、萬用表等。（3）電阻應變儀（或數(shù)據(jù)采集器）、壓力傳感器、引伸儀等。除用電阻應變儀外，%和量程能滿足變形測定需要的其他儀表。巖石試件軸向應變片橫向應變片 圖4 巖石試件貼電阻應變片示意圖 圖5 試件連接靜態(tài)應變儀示意圖（1）選擇電阻片，電阻片質量應符合產(chǎn)品要求，電阻絲的長度應大于組成試樣的礦物最大粒徑或斑晶的10倍以上。同一試樣用的工作片和補償片的電阻值應不超過±。（2）電阻片應貼在試樣高度的中部，每個試樣貼縱向（軸向）和圓周向電阻片各2片，沿圓周向對稱布置，貼

33、片處應盡量避開顯著的裂隙、特大的礦物顆?；虬呔АＴ嚇淤N片前用零號砂紙打磨，用丙酮或酒精將貼片處擦洗干凈，防止污染（如圖4所示）。（3）貼片用的膠，一般情況下可用502快速粘結劑，914粘結劑等脆性膠；飽和試樣還需配置防潮膠液。（4）將貼好片的試樣置于壓力機上，對準中心，以全橋或半橋的方式聯(lián)入應變儀（或數(shù)據(jù)采集器，如圖5所示），接通電源。，直至破壞。（5）在施加載荷的過程中，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步記錄各級應力及其相應的縱向和橫向應變值。為了繪制應力應變關系曲線，記錄的數(shù)據(jù)應盡可能多一些，通常不少于10組數(shù)據(jù)。（6）描述試樣的破壞形式，并記下與試驗有關的的情況。試驗記錄格式見表8-1。（1）分別將縱向

34、、橫向各二片的數(shù)值進行平均，求得縱向、橫向應變，（也可試驗前將二片串聯(lián)，直接測得縱向、橫向應變值）。（2）用下式計算體積應變值：式中：某一應力下的體積應變值；某一應力下的縱向應變值；某一應力下的橫向應變值。（3）繪制應力應變曲線圖，如圖6所示。圖6 巖石壓縮應力應變關系曲線（1）在縱向應變曲線上，做通過原點與應力相當于50%抗壓強度處的應變點的連線，其斜率即為所求的彈性模量（或稱割線模量）。式中：彈性模量（MPa）；相當于50%抗壓強度的應力值（MPa）；應力為抗壓強度50%時的縱向應變值。（2）取應力為抗壓強度50%時的橫向應變值和縱向應變值計算泊松比。式中：泊松比；應力為抗壓強度50%時的

35、橫向應變值；應力為抗壓強度50%時的縱向應變值。式中：巖石單軸抗壓強度（MPa）；最大破壞載荷（N）；垂直于加載方向的試樣橫截面積（mm2）。 計算值取值彈性模量取至百位數(shù)；泊松比取至小數(shù)點以后兩位；單軸抗壓強度取至整數(shù)位。表8-1 巖石變形試驗記錄表 工程名稱 試樣直徑（mm） = （MPa） 巖石名稱 試樣高度（mm） = 試樣編號 試樣面積（mm2） = （MPa）載荷（N）應力（MPa）縱向應變橫向應變體積應變備 注班 級 組 別 日期 試驗者 計算者 九、巖石抗拉強度試驗（巴西法）巴西法（劈裂法）是在圓柱體試樣的直徑方向上，施加相對的線性載荷，使之沿試樣直徑方向破壞的試驗（如圖7）。

36、本方法可用于測烘干、自然干燥、飽和的試樣。本方法不適用于軟弱巖石。（1）試樣可用鉆孔巖芯或巖塊，在取樣和試樣制備過程中，不允許人為裂隙出現(xiàn)。（2）采用圓柱體作為標準試樣，直徑為5cm，。試樣尺寸的允許變化范圍不宜超過5%。（3）對于非均質的粗粒結構巖石，或取樣尺寸小于標準尺寸者，允許使用非標準試樣，但高徑比必需滿足標準試樣的要求。（4）試樣個數(shù)視所要求的受力方向或含水狀態(tài)而定，一般情況下至少制備3個。（5）試樣制備精度。整個厚度上，。端面應垂直于試樣軸線，。（1）試樣加工設備、。（2）加載設備：，因巖石的抗拉強度遠低于抗壓強度，為了提高試驗精度，所以選擇壓力試驗機的噸位不宜過大。半球座（3）墊

37、條：在巖石劈裂試驗中，目前國內(nèi)外規(guī)程中，有加墊條、劈裂壓模、不加墊條三種，水利電力規(guī)程建議采用電工用的膠木板或硬紙板，；國際巖石力學學會建議采用壓模，（如圖7）；日本、美國等礦業(yè)規(guī)程建議采用不加墊條，使試樣與承壓板直接接觸。三種方法相比，最后一種比較簡單所以用的較廣泛。下加載鄂試件上加載鄂圖7 巖石抗拉強度測定示意圖（1）根據(jù)所要求的試樣狀態(tài)準備試樣。（2）將試樣平置于壓力機承壓板中心，調整有球形座的承壓板使試樣均勻受載。（3），直到試樣破壞為止，并記錄最大破壞載荷。（4）觀察試樣在受載過程中的破壞發(fā)展過程，并記錄試樣的破壞形態(tài)。表9-1 巖石劈裂法試驗記錄表 工程名稱_巖石名稱試樣編號受力方

38、向含水狀態(tài)試 樣 尺 寸破壞最大載 荷 (N)巖石抗拉強 度(MPa)備 注平均直徑（mm）平均厚度 (mm)劈裂面積（mm2）試 樣 描 述班 級 組 別 日期 試驗者 計算者 （1）按下式計算巖石的抗拉強度式中：巖石的抗拉強度（MPa）；試樣破壞時的最大載荷（N）；試樣直徑(mm)；試樣厚度(mm)。計算值取至小數(shù)點以后一位。十、巖石抗剪強度試驗(變角剪切)標準巖石試樣在有正應力的條件下，剪切面受剪力作用而使試樣剪斷破壞時的剪力與剪斷面積之比，稱為巖石試樣的抗剪強度。利用幾個不同角度的抗剪夾具做試驗，得出試樣沿剪斷面破壞的正應力和剪應力之間的關系，以確定巖石抗剪強度曲線的一部分。試樣為50

39、´50´50mm或70´70´70mm的立方體，試樣各端面嚴格平行，。每組試驗至少3個角度，每個剪切角度的試樣數(shù)目應不少于23個，所以一組試驗的試樣數(shù)目至少應有69個以上。 圖8 巖石變角剪示意圖 圖9 巖石變角剪加載示意圖、用具壓力試驗機，抗剪夾具（20°、30°、40°三個），卡尺及其它輔助設備。（1）描述試樣的顏色、顆粒、層理方向、加工精度等情況，在試樣上劃出剪切線。（2）用游標卡尺量測試樣的高、寬、長的尺寸，并計算剪切面的面積。（3）把試樣和抗剪夾具一起放在壓力試驗機的承壓板上，夾具與墊板之間放滾軸以消除摩擦力，試樣

40、和抗剪夾具周圍放防護罩。（4） 的速度加載，直到試樣剪斷為止，記錄下破壞時的載荷，格式見表10-1。（5）按20°、30°、45° 不同夾具，分別逐個進行試驗，每個角度做3件。（1）試樣受力狀態(tài)如圖8、9所示，根據(jù)下式計算試樣所受的正應力和剪應力。式中：抗剪斷面上平均正應力（Mpa）；抗剪斷面上平均剪應力（MPa）；抗剪夾具的角度（剪力與豎直方向）（度）；試樣破壞時的載荷（N）；剪斷面積（mm2）。（2）繪制巖石抗剪強度曲線圖。通過改變夾具的剪切角剪切試樣，對于每一個角度可以確定試樣的一對剪應力t、正應力s值，把這些值標在ts坐標圖中，連接求得的各點，即可得到如圖

41、10所示的巖石抗剪強度曲線。圖10 巖石抗剪強度部分曲線圖表10-1 巖石抗剪強度試驗記錄表巖 石名 稱試 樣編 號巖 石特 征試 樣 尺 寸夾具 角度破壞載荷 （N）剪應力(MPa)正應力(MPa)備 注長 (mm)寬 (mm)高 (mm)面積(mm2)試 樣 描 述班 級 組 別 日期 試驗者 計算者 十一、巖石三軸壓縮及變形試驗巖石三軸試驗，是在三向應力狀態(tài)下測定巖石的強度和變形的一種方法。本指導書介紹的是側向等壓的三軸試驗。本規(guī)定可用于測定烘干和飽和狀態(tài)的的試樣，試樣的含水狀態(tài)用以下方法處理：（1）烘干狀態(tài)的試樣，在105110°C下烘24h。（2）飽和狀態(tài)的試樣，。為了便于

42、資料分析，在進行三軸試驗的同時，應制樣測定巖石的抗拉強度和單軸抗壓強度。（1）試樣可用鉆孔巖心或坑槽探中采取的巖塊，試樣備制中不允許人為裂隙出現(xiàn)。（2）試樣為圓柱體，直徑不小于5cm，高度為直徑的2。試樣的大小可根據(jù)三軸試驗機的性能和試驗研究要求選擇。（3）試樣數(shù)量，視所要求的受力方向或含水狀態(tài)而定，每種情況下必須制備57個。（4）試樣制備的精度，在試樣整個高度上，。端面應垂直于試樣軸線，。（1）試樣加工設備，。（2）電阻應變片、粘結劑、萬用表等。（3）電阻應變儀（或數(shù)據(jù)采集器）、壓力傳感器、引伸儀等。除用電阻應變儀外， %和量程能滿足變形測定需要的其它儀表。（4）三軸應力試驗機（見圖11）。

43、三軸試驗機加載架側向應力控制臺軸向應力控制臺三軸壓力室圖11 TYS-500巖石三軸試驗機首先在準備好的試樣表面上涂上薄層膠液（如聚乙烯醇縮醛膠等），待膠液凝固后，再在試樣上套上耐油的薄橡皮保護套或塑料套，與試樣兩端的密封件配合，以防止試樣試驗中進油及試樣破壞后碎屑落入壓力室。把密封好的試樣放置于保護筒中，將壓力室頂部的螺旋壓帽組件卸下并吊裝在橫梁上升起，然后將放置于保護筒中的試樣，用卡桿吊放入三軸試驗機的壓力室內(nèi)。保護筒的下端有一凸出的球柱，此時要注意使球柱對準壓力室底部中心的圓銷孔，并放置平穩(wěn)。試樣在壓力室中安置好后，即可向壓力室內(nèi)注油，直至油液達到預定的位置為止，然后用螺旋壓帽組件封閉壓

44、力室。（1）用測微表或位移傳感器適用于測定試樣的縱向變形，測表可按裝在壓力室頂部，三軸試驗機壓力室構件的變形，應在試驗前率定，在計算變形時予以扣除。（2）用電阻應變儀可測定試樣的縱向和橫向應變。試驗前在試樣上貼上電阻應變片，將試樣上焊接好的導線從壓力室的導線孔中引出，與應變儀連接。圖12 三軸試件示意圖須考慮下述條件：（1）所選定的側向應力須使所求的莫爾包絡線能明顯的反映出所需要的應力區(qū)。（工程試驗中，巖樣所在位置的側向應力一般由實測而確定，也可由計算而給出）。（2）應適當?shù)卣疹櫟侥獱柊j線的各個階段。（3）最小側壓力的選定，應考慮試驗機的精度。根據(jù)已選定的側向應力值，按下述經(jīng)驗公式選擇軸向載荷量程：式中： 可能的軸向破壞載荷（N）；試樣的單軸抗壓強度（MPa）；側向應力（MPa）；系數(shù)，其值為47；試樣的橫截面積（mm2）。試驗時，先施加側向壓力到預定值，以保持側向壓力穩(wěn)定性，整個試驗過程中側向壓力的變化范圍不得超過預定值的2%，直至破壞，并記錄破壞時的最大載荷及相應的側向壓力值。在施加軸向荷載的過程中，同步記錄下各級應力下的縱向和橫向應變（采用電阻應變儀）或縱向變形值（采用測微表）。