巖石力學(xué)實驗指導(dǎo)書

1、巖石力學(xué)實驗指導(dǎo)書修訂版王寶學(xué)楊同張磊編北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院2008年 3 月、八 、，前言試驗是巖石力學(xué)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)， 目的在于輔助課堂教學(xué)， 直觀培養(yǎng)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和動手能力。本指導(dǎo)書是根據(jù)我?！?2005 年教學(xué)大綱”，并結(jié)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、

2、巖石弱面抗剪強度試驗， 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(xué)伺 服控制剛性試驗； 16、巖石聲發(fā)射試驗。本指導(dǎo)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(xué)會 巖石力學(xué)試驗建議方法 ，中華人民共 和國國家標(biāo)準(zhǔn)巖石試驗方法標(biāo)準(zhǔn)以及露天采礦手冊等，由 于我們水平有限，文中如有不當(dāng)之處，歡迎讀者批評指正。編者：王寶學(xué)、楊同、張磊2007年 12月目錄巖石物理性質(zhì)試驗一、巖石天然含水率、吸水率及飽和吸水率試驗 概述巖石的天然含水率是指試樣在大氣壓力和室溫條

3、件下，天 然條件下巖石自身所含有的水的質(zhì)量與試樣固體質(zhì)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(zhì)量與試樣固體質(zhì)量比的百分率。本規(guī)程采用自由浸水方式 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(zhì)量與試樣固體質(zhì)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。試樣制備(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。試樣描述（1）巖石名稱、顏色、結(jié)構(gòu)、礦物成分、顆粒大小、膠結(jié) 物質(zhì)等特征

4、。（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。 主要儀器設(shè)備（1）鉆石機、切石機、磨石機或其他制樣設(shè)備。（2）烘箱和干燥器。（3）稱量大于500g,感量為O.OIg的天平。（ 4）真空抽氣機和煮沸設(shè)備。試驗程序1.5.1 巖石天然含水率試驗（ 1 ）在天然狀態(tài)下制備試件，清除試樣上的塵土和松動顆 粒，稱其質(zhì)量。（2）將試樣置于烘箱中，在 105110C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。1.5.2 巖石的吸水率及飽和吸水率（ 1 ）清除試樣上的塵土和松動顆粒。（2）將試樣置于烘箱中，在 105110C的溫度下烘24h,取出后，即放入干燥器內(nèi)，

5、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(yīng)經(jīng)常保持高 于試樣面，煮沸時間不應(yīng)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(yīng)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。 成果整理和計算

6、(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：oa巖石天然含水率、 吸水率、飽和吸水率，()；、質(zhì)量和強制飽和質(zhì)量， （ g）；（2）計算值取小數(shù)點以后兩位。工程名稱巖石名稱試樣編號烘干質(zhì)量md （g）天然質(zhì)量m°（ g）試樣全部 浸水48小時后質(zhì)量ma（ g）試樣煮沸或真空抽氣后質(zhì)量ms（ g）天然含水率o（ %）吸水率a（ %）飽和 吸水率s（ %）備注班級組別日期試驗者計算者二、巖石比重（顆粒密度）試驗概述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(zhì)的質(zhì)量與體積的比值，在 數(shù)值上與比重相同）。本指導(dǎo)書主要

7、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。試樣制備（1）用于測定比重的試樣需破碎成巖粉，使之全部通過0.25mm 篩孔。(2) 對于非磁性巖石， 采用高強度耐磨的優(yōu)質(zhì)鋼磨盤粉碎， 并用磁鐵塊吸去鐵屑。(3) 對于磁性巖石，根據(jù)巖石的堅硬程度，分別采用磁研 體或瑪瑙研體粉碎樣品。試樣描述 試樣粉碎前的描述，包括：巖石名稱、顏色、結(jié)構(gòu)、礦物 成分、顆粒大小和膠結(jié)物性質(zhì)。主要儀器設(shè)備(1) 粉碎機，研體，孔徑為 0.25mm篩。(2) 稱重為200g，感量0.001g的天平。( 3)烘箱和干燥器。

8、( 4)真空抽氣機和煮沸設(shè)備。( 5)恒溫水槽和砂浴。(6)容積100ml或50ml的比重瓶。試驗程序(1)將制備好的試樣，置于 105110C下烘12h，然后放 在干燥器內(nèi)冷卻至室溫。(2)將比重瓶置于105110C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(zhì)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(zhì)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

9、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740mn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，要求

10、準(zhǔn)確至0.001g。成果整理和計算按下式計算巖石比重式中:s巖石比重；gs試樣干重（g）；g1瓶、水合重（g）;g2 瓶、水、試樣合重（g）;o與試驗溫度同溫的蒸餾水的比重。蒸餾水的比重，按下列方法求得:表2-1tC下蒸餾水的比重o值tC0tC0tC0tC0tC041. 000000110. 999633180. 998623250. 997074320. 99505450. 999992120. 999525190. 998433260. 996813330. 99473160. 999968130. 999404200. 998232270. 996542340. 99439970. 99

11、9930140. 999271210. 998021280. 996262350. 99405980. 999876150. 999127220. 997799290. 99597490. 999809160. 998970230. 997567300. 995676100. 999728170. 998802240. 997326310. 995369表2-2巖石比重試驗記錄表試樣編號瓶號瓶質(zhì)量瓶+試樣質(zhì)量試樣質(zhì)量gs（g）瓶+水+試樣質(zhì)量g2（g）瓶+：水質(zhì)量gi（g）水溫（C）蒸餾水的比重o比重班級組別日期試驗者計算者三、巖石密度試驗概述巖石密度，即單位體積的巖石質(zhì)量，是試樣質(zhì)量與試樣體

12、 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。 試樣制備3.2.1 量積法(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要求選擇。(2) 制備的試樣，應(yīng)具有一定的精度，其精度要求應(yīng)滿足 其他試驗項

13、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。3.2.2 臘封法(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。 試樣描述( 1 )巖石名稱、顏色、結(jié)構(gòu)、礦物成分、顆粒大小、膠結(jié) 物質(zhì)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。主要儀器設(shè)備3.4.1 量積法(1) 鉆石機、切石機、磨石機或其他制樣設(shè)備。(2) 烘箱和干燥器。(3) 稱量大于500g,感量為O.OIg的天平。(4) 精度為0.01mm的測量平臺或其他儀表。3.

14、4.2 臘封法( 1 )烘箱和干燥器。( 2)石蠟和熔蠟用具。(3)稱量大于500g,感量為O.OIg的天平。( 4)水中稱重裝置。試驗程序3.5.1 量積法( 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 105110C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)本試驗要求量測準(zhǔn)確至 0.01mm稱重準(zhǔn)確至o.oig。3.5.2 臘封法(1) 將試樣置于烘箱中，在 105110C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

15、) 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(yīng)重做試驗。(4) 本試驗所有稱重均準(zhǔn)確至 0.01g 。成果整理和計算( 1 )用量積法測定試樣密度，按下式計算式中：d巖石烘干密度(g/cm3);md 試樣烘干重量( g)；2a平均面積(cm);H 平均高度(cm)。（2）用臘封法測定試樣容重，按下式計算：式中：d 巖石烘干密度（ g/cm3）；md 試樣

16、烘干重量（ g）；m1 蠟封試樣在空氣中重量（ g）；m2 蠟封試樣在水中重量（ g）；n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：3o 巖石天然密度（g/cm ） 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：n 巖石總孔隙率（）；（ 5）計算值取小數(shù)點以后兩位。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

17、(g)天然含水量(%)封蠟試樣重量(g)蠟圭寸試 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、巖石耐崩解試驗概述巖石耐崩解試驗是測定試樣在經(jīng)過干燥和浸水兩個標(biāo)準(zhǔn)循 環(huán)后，試樣殘留的質(zhì)量與原質(zhì)量之比，以百分數(shù)表示。試樣備制(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(zhì)量為4060g的渾圓形巖塊，每組試 驗試樣數(shù)量 10 個。試樣描述 巖石名稱、顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、風(fēng)化程度、膠 結(jié)物性質(zhì)等。儀器設(shè)備( 1)烘箱及干燥器。(2)天平，稱量大于1000g，

18、感量0.01g。( 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標(biāo)準(zhǔn)篩孔 2.0mm的圓柱體，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(zhuǎn)的試驗圓筒；馬達傳動能使圓筒按 20r/min 的速度旋轉(zhuǎn))。圖 1 巖石耐崩解試驗裝置示意圖試驗程序(1) 將試樣裝入試驗儀的圓柱狀篩筒內(nèi)，在105110C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(zhuǎn)動軸下約 20mm在10min內(nèi)圓筒旋轉(zhuǎn)200次。 而后將篩筒和殘留的試樣在 105110C的溫

19、度下烘24h,在干燥 器內(nèi)冷卻至室溫稱量。(3) 重復(fù)第二款的程序，求得第二循環(huán)后的篩筒和殘留物 的質(zhì)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(yīng)保持在 202 C范圍內(nèi)。(6) 試驗結(jié)束后，應(yīng)對殘留試樣和水的顏色及水中沉積物 進行描述。( 7)本試驗稱量精確至 0.01g 。試驗成果整理( 1 )按下式計算巖石耐崩解性指數(shù)式中：Id2 巖石(二次循環(huán))耐崩解性指數(shù)(%；md原試樣烘干質(zhì)量（g）；mr殘留試樣烘干質(zhì)量（g） o（2）計算精確至%（3）耐崩解試驗的記錄，應(yīng)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(zhì)量。見表4-1 o表4-1巖石耐崩

20、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(zhì)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、巖石膨脹試驗概述（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(cè)限條件下，軸向受有限荷載時，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。試樣備制5.2.1 取樣試樣應(yīng)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

21、取樣。5.2.2 試樣尺寸(1) 自由膨脹率試驗的試樣，圓柱形，直徑50mm或 61.8mm 高等于直徑；正方形試樣的邊長 5060mm兩端面不平行度不 大于 0.05mm。(2) 膨脹率和膨脹壓力試驗的試樣直徑61.8mm,高度200.2mm兩端面不平行度不大于 0.05mm)5.2.3 其它要求(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。試樣描述( 1 )巖石名稱、顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、 風(fēng)化程度、 膠結(jié)物性質(zhì)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(guān)系。（3）試樣加工方法。儀器和設(shè)備（1）鉆石機、切石機、磨石機。（

22、2）測量平臺。（3）膨脹試驗儀（自由膨脹率儀如圖 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 試驗程序5.5.1 自由膨脹率試驗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(cè)對稱的中心部位分別安裝千分 表，四側(cè)千分表與試樣接觸處，宜放一塊薄銅片。2、試驗及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)（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，直至

23、三次讀數(shù)差不大于0.001mm 為止。浸水后試驗時間不得少于 48h。（4）試驗過程中， 應(yīng)保持水位不變。 水溫變化不得大于 2 C。3、試驗過程中及試驗結(jié)束后，應(yīng)詳細描述試樣的崩解、掉 塊、表面泥化或軟化等現(xiàn)象。5.5.2 膨脹率試驗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、試驗及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)同 5.5.1 中的第 2 條。3、試驗結(jié)束后應(yīng)詳細描述試樣的泥化或軟化等現(xiàn)象。5.5.3 膨脹壓力試驗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

24、金屬壓板。（2）安裝壓力傳感器，并裝上中心杠桿千分表。3）應(yīng)使儀器各部位和試樣在同一軸線上，不得出現(xiàn)偏心2、試驗及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)（1）對試樣施加的壓力，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，當(dāng)變形量大于0.001mm 時，調(diào)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(biāo)準(zhǔn)為：開始每隔 10min 讀數(shù)一次，連續(xù)三次讀數(shù)差小于0.001mm時，改為每1h讀數(shù)一次，當(dāng)每1h讀數(shù)連續(xù) 三次讀數(shù)差小于0.001mm時，可改為每2h讀數(shù)一次，當(dāng)連續(xù)三 次讀

25、數(shù)差小于0.001mm時，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(yīng)保持水位不變。 水溫變化不得大于 2 C。3、同 5.5.2 中的第 3 條。試驗成果整理（1）按下式計算巖石自由膨脹率、膨脹率、膨脹壓力式中：Vh 巖石軸向自由膨脹率（ %）；Vd 巖石徑向自由膨脹率（ %）；Vhp 巖石側(cè)向約束軸向膨脹率（ %）；Ps巖石膨脹壓力（MPa；h 試樣軸向變形 （mm）；h 試樣原高度 （mm）；d 試樣徑向平均變形 （mm）；d 試樣原平均直徑或邊長 （mm）；hp 側(cè)向約束試樣軸向變形（mr）F軸向膨脹力（N）；A 試樣截面積（m）。（ 2）計算值取三位有效數(shù)字

26、。（ 3）膨脹性試驗的記錄應(yīng)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(yīng)包括：自由膨脹率試驗的記錄還應(yīng)包括試驗的時間、軸向與徑向 變形；膨脹率試驗的記錄還應(yīng)包括試驗的時間、軸向變形；膨 脹力試驗的記錄還應(yīng)包括試驗的時間、軸向變形，應(yīng)變儀讀數(shù) 及壓力傳感器率定系數(shù)。六、巖石凍融試驗概述巖石的凍融試驗是指巖石在土 25 C的溫度區(qū)間內(nèi)，反復(fù)降 溫、凍結(jié)、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)。 試樣制備（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(biāo)準(zhǔn)試件為圓柱體， 直徑

27、為5cm允許變化范圍為5.2cm。高度為10cm允許變化 范圍為10.5cm。對于非均質(zhì)的粗粒結(jié)構(gòu)巖石，或取樣尺寸小 于標(biāo)準(zhǔn)尺寸者，允許采用非標(biāo)準(zhǔn)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，直徑誤差不得超過0.3mm。兩端面的不平行度最大不超過0.05mnr。端面應(yīng)垂直于試樣軸線，最大偏差不超過度。試樣描述試驗前的描述，應(yīng)包括如下內(nèi)容：(1) 巖石名稱、顏色、結(jié)構(gòu)、礦物成分、顆粒大小，膠結(jié) 物性質(zhì)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

28、間的關(guān)系。(3) 測量試樣尺寸，并記錄試樣加工過程中的缺陷。 主要儀器設(shè)備(1) 鉆石機、鋸石機、磨石機或其他制樣設(shè)備。(2)游標(biāo)卡尺、天平(稱量大于500g，感量O.OIg ),烘箱和干燥箱，水槽、煮沸設(shè)備。( 3)低溫試驗箱。試驗程序(1) 巖石試件的干燥、吸水、飽和處理應(yīng)符合 1.5.2 條款 規(guī)定。( 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 ±2C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(yīng)保持在 20± 2C,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)，

29、以 20 次為宜，嚴寒 地區(qū)不少于 25 次。（5）凍融結(jié)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。成果整理和計算（1）凍融質(zhì)量損失率、凍融系數(shù)計算公式：式中：Lf凍融質(zhì)量損失率，（%；Rs凍融前的飽和單軸抗壓強度，（MPa ；Rf凍融后的飽和單軸抗壓強度，（MPa ；Kf凍融系數(shù)；ms凍融試驗前試件的飽和質(zhì)量，（g ）；mf凍融試驗后試件的飽和質(zhì)量，（g）；Ps 凍融前飽和試件破壞載荷，（N）;Pf 凍融后飽和試件破壞載荷，（N）;瓦 凍融試驗后飽和單軸抗壓強度，（MPa ；瓦 凍融試驗前飽和單軸抗壓強度，（MPa ；（2）計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字。（3）試驗記錄

30、應(yīng)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(xué)性質(zhì)試驗七、巖石單軸抗壓強度試驗概述當(dāng)無側(cè)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

31、由吸水48h;采用煮沸法飽和試樣時，煮沸箱內(nèi)水面應(yīng)經(jīng)常保持高于試樣面，煮沸時間不 少于 6h。試樣備制(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(biāo)準(zhǔn)試件為圓柱體， 直徑為5cm允許變化范圍為5.2cm。高度為10cm允許變化 范圍為10.5cm。對于非均質(zhì)的粗粒結(jié)構(gòu)巖石，或取樣尺寸小 于標(biāo)準(zhǔn)尺寸者，允許采用非標(biāo)準(zhǔn)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，直徑誤差不得 超過0.3mm。兩端面的不平行度最大不超過 0.05mnr。端

32、面應(yīng)垂 直于試樣軸線，最大偏差不超過度。試樣描述試驗前的描述，應(yīng)包括如下內(nèi)容：（1 ）巖石名稱、顏色、結(jié)構(gòu)、礦物成分、顆粒大小，膠結(jié) 物性質(zhì)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(guān)系。（3）測量試樣尺寸，并記錄試樣加工過程中的缺陷。 主要儀器設(shè)備7.4.1 試樣加工設(shè)備鉆石機、鋸石機、磨石機或其他制樣設(shè)備。7.4.2 量測工具與有關(guān)檢查儀器游標(biāo)卡尺、天平(稱量大于 500g，感量O.OIg ),烘箱和干燥箱，水槽、煮沸設(shè)備。7.4.3 加載設(shè)備壓力試驗機。壓力機應(yīng)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

33、能連續(xù)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(yīng)滿足壓力機承壓板的要求。(3) 壓力機的校正與檢驗應(yīng)符合國家計量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 試驗程序( 1 )根據(jù)所要求的試樣狀態(tài)準(zhǔn)備試樣。(2)將試樣置于壓力機承壓板中心，調(diào)整有球形座的承壓 板，使試樣均勻受力。( 3)依每秒-的加載速度對試樣加荷， 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(guān)情況。成果整理和計算按下式計算巖石單軸抗壓強度式中：c 巖石單軸抗壓強度（

34、 MPa）；P 最大破壞載荷（ N）；A 垂直于加載方向的試樣橫截面積（ mm2） 試驗結(jié)果按表 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、巖石壓縮變形試驗概述巖石變形試驗，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(yīng)力與縱向應(yīng)變之比，規(guī)程規(guī)定用單軸抗壓強度的50%乍為應(yīng)力和該應(yīng)力下的縱向應(yīng)變值進行計算。根據(jù)需要也可以確定任何應(yīng)力下的彈

35、性模量。泊松比是橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比，規(guī)程規(guī)定用單軸抗壓 強度 50%時的橫向應(yīng)變值和縱向應(yīng)變值進行計算。 根據(jù)需要也可 以求任何應(yīng)力下的泊松比。試樣備制試樣備制方法和精度要求見。試樣描述試樣描述見。主要儀器設(shè)備（1）制樣設(shè)備、檢查儀器和壓力機要求見。（2）電阻應(yīng)變片、粘結(jié)劑、萬用表等。（3）電阻應(yīng)變儀（或數(shù)據(jù)采集器） 、壓力傳感器、引伸儀 等。除用電阻應(yīng)變儀外， 也可用精度能達到 %和量程能滿足變形測定需要的其他儀表。圖4巖石試件貼電阻應(yīng)變片示意圖圖5試件連接靜態(tài)應(yīng)變儀 示意圖試驗程序（1）選擇電阻片，電阻片質(zhì)量應(yīng)符合產(chǎn)品要求，電阻絲的長度應(yīng)大于組成試樣的礦物最大粒徑或斑晶的10倍以上。同

36、一 試樣用的工作片和補償片的電阻值應(yīng)不超過土歐姆。（2）電阻片應(yīng)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?qū)ΨQ布置，貼片處應(yīng)盡 量避開顯著的裂隙、特大的礦物顆?；虬呔?。試樣貼片前用零 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(jié)劑，914粘結(jié)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(zhǔn)中心，以全橋或 半橋的方式聯(lián)入應(yīng)變儀（或數(shù)據(jù)采集器，如圖 5 所示），接通電 源。以每秒的加載速度對試樣加載，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(yīng)

37、力及其相應(yīng)的縱向和橫向應(yīng)變值。 為了繪制應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲 線，記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)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(guān)的的情況。 試驗記錄格式見表 8-1 。試驗成果整理和計算8.6.1 計算各級應(yīng)力下的應(yīng)變值（1）分別將縱向、 橫向各二片的數(shù)值進行平均， 求得縱向、 橫向應(yīng)變，（也可試驗前將二片串聯(lián)，直接測得縱向、橫向應(yīng)變 值）。（2）用下式計算體積應(yīng)變值：式中：v某一應(yīng)力下的體積應(yīng)變值；h 某一應(yīng)力下的縱向應(yīng)變值；d某一應(yīng)力下的橫向應(yīng)變值。3）繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線圖，如圖 6 所示。圖 6 巖石壓縮應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線8.6.2 計算彈性模量和泊松比（1）在縱

38、向應(yīng)變曲線上，做通過原點與應(yīng)力相當(dāng)于50%抗壓強度處的應(yīng)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：E50 彈性模量（ MPa）；50 相當(dāng)于 50%抗壓強度的應(yīng)力值（ MPa）；h50 應(yīng)力為抗壓強度 50%時的縱向應(yīng)變值。（2）取應(yīng)力為抗壓強度 50%時的橫向應(yīng)變值和縱向應(yīng)變值 計算泊松比。式中：泊松比；d50 應(yīng)力為抗壓強度 50%時的橫向應(yīng)變值；h50 應(yīng)力為抗壓強度 50%時的縱向應(yīng)變值。8.6.3 計算巖石單軸抗壓強度式中：巖石單軸抗壓強度MPa）；P 最大破壞載荷（ N）；A 垂直于加載方向的試樣橫截面積（ mm）。8.6.4 計算值取值 彈性模量取至百位數(shù)；泊

39、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） E50 = （ MPa）巖石名稱試樣高度（mm）=試樣編號試樣面積（mm2）c= （MPa）載荷（N）應(yīng)力（MPa）縱向應(yīng)變橫向應(yīng)變體積應(yīng)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）概述巴西法（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 ）。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。試樣備制（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(biāo)準(zhǔn)試樣，直徑為 5c

40、m高度為直徑的倍。試樣尺寸的允許變化范圍不宜超過5%（3）對于非均質(zhì)的粗粒結(jié)構(gòu)巖石，或取樣尺寸小于標(biāo)準(zhǔn)尺 寸者，允許使用非標(biāo)準(zhǔn)試樣，但高徑比必需滿足標(biāo)準(zhǔn)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，直徑最大誤差不應(yīng)超過 0.1mm兩端不平行度不宜超過 0.1mm。端面應(yīng)垂直于試樣軸線， 最大偏差不應(yīng)超過度。試樣描述試樣描述同主要儀器設(shè)備（1）試樣加工設(shè)備、量測工具與有關(guān)儀器詳見。（2）加載設(shè)備：壓力試驗機應(yīng)符合的規(guī)定，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。（3）墊條：在巖

41、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，其寬度與試樣直徑之比為國際巖石力學(xué)學(xué)會建議采用壓模，壓模圓弧直徑為試樣直徑的倍 (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。上加載鄂 試件下加載鄂圖7巖石抗拉強度測定示意圖試驗程序(1) 根據(jù)所要求的試樣狀態(tài)準(zhǔn)備試樣。(2) 將試樣平置于壓力機承壓板中心，調(diào)整有球形座的承 壓板使試樣均勻受載。(3) 以每秒的加載速度加荷，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

42、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成果整理和計算（1）按下式計算巖石的抗拉強度式中：t巖石的抗拉強度（MPa；P 試樣破壞時的最大載荷（N）；D試樣直徑（mm）;H 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 ）概述標(biāo)準(zhǔn)巖石試樣在有正應(yīng)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

43、樣沿剪斷面 破壞的正應(yīng)力和剪應(yīng)力之間的關(guān)系，以確定巖石抗剪強度曲線 的一部分。試樣備制試樣為505050mn或707070mrrl勺立方體，誤差小于0.3mm， 試樣各端面嚴格平行，不平行度小于0.07mm,四面凸起小于0.03mm。每組試驗至少 3 個角度，每個剪切角度勺試樣數(shù)目應(yīng)不少于 2 3 個，所以一組試驗勺試樣數(shù)目至少應(yīng)有6 9 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 試驗設(shè)備、用具壓力試驗機，抗剪夾具（ 20、30、40 三個），卡尺及其它輔 助設(shè)備。試驗程序(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(biāo)卡尺量

44、測試樣的高、寬、長的尺寸，精確到 0.05mm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，試樣和抗剪夾具周圍放 防護罩。(4) 以每秒的速度加載，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。試驗成果整理和計算( 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(yīng)力和剪應(yīng)力。式中：抗剪斷面上平均正應(yīng)力( Mpa)；抗剪斷面上平均剪應(yīng)力( MPa)；抗剪夾具的角度(剪力與豎直方向) (度)；P 試樣破壞時的載荷(N);A

45、 剪斷面積(m)。(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(yīng)力、正應(yīng)力值，把這些值標(biāo)在坐標(biāo)圖中， 連接求得的各點，即可得到如圖 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(yīng)力(MPa)正應(yīng)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概述巖石三軸試驗，是在三向應(yīng)力狀態(tài)下測定巖石的強度和變形的一種方法。本指導(dǎo)書介紹的是側(cè)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 105110C下烘24h。( 2 )飽和狀態(tài)的試樣，按規(guī)定的進行飽