巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告及指導(dǎo)書

巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告及指導(dǎo)書學(xué)院專業(yè)姓名學(xué)號(hào)目錄一、巖石比重的測(cè)定二、巖石密度的測(cè)定三、巖石含水率的測(cè)定四、巖石單軸抗壓強(qiáng)度的測(cè)定五、巖石單軸抗拉強(qiáng)度的測(cè)定六、巖石凝聚力及內(nèi)摩擦角的測(cè)定〔抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)〕七、巖石變形參數(shù)的測(cè)定八、煤的鞏固性系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、巖石比重的測(cè)定巖石比重是指單位體積的巖石〔不包括孔隙〕在105～110°C下烘至恒重的重量與同體積4°C純水重量的比值。儀器設(shè)備巖石粉碎機(jī)、瓷體或瑪瑙體、孔徑0.2或0.3毫米分樣篩、天平〔量0.001克〕、烘箱、枯燥器、沙浴、比重瓶。試驗(yàn)步驟1、巖樣制備：取有代表性的巖樣300克左右，用機(jī)械粉碎，并全部通過孔徑0.2〔或0.3〕毫米分樣篩后待用。2、將蒸餾水煮沸并冷卻至室溫取瓶頸與瓶塞相符的100毫升比重瓶，用蒸餾水洗凈，注入三分之一的蒸餾水，擦干瓶的外外表。3、取15g巖樣〔稱準(zhǔn)到0.001克〕得g借助漏斗小心倒入盛有三分之一蒸餾水的比重瓶中，注意勿使巖樣拋撒或粘在瓶頸上。4、將盛有蒸餾水和巖樣的比重瓶放在沙浴上煮沸后再繼續(xù)煮1～1.5小時(shí)。5、將煮沸后的比重瓶自然冷卻至室溫，然后注入蒸餾水，使液面與瓶塞剛好接觸，注意不得留有氣泡，擦干瓶的外外表，在天平上稱重得g1。6、將巖樣倒出，比重瓶洗凈，最后用蒸餾水刷一遍，向比重瓶?jī)?nèi)注滿蒸餾水，同樣使液面與瓶塞剛好接觸，不得留有氣泡，擦干瓶的外外表，在天平上稱重得g2。結(jié)果：按下式計(jì)算：式中：d——巖石比重；g——巖樣重、克；g1——比重瓶、巖樣和蒸餾水合重、克；g2——比重瓶和滿瓶蒸餾水合重、克；ds——室溫下蒸餾水的比重、ds≈1巖石比重測(cè)定記錄表測(cè)定次數(shù)試樣重g〔克〕比重瓶試樣蒸餾水合重g1〔克〕比重瓶滿瓶蒸餾水合重g2〔克〕試樣比重d巖石平均比重dο備注實(shí)驗(yàn)二、巖石密度的測(cè)定巖石密度是指單位體積巖石的重量。有兩種做法：稱重法和蠟封法。我們采用的是蠟封法。主要儀器設(shè)備烘箱、枯燥器、熔蠟鍋、天平、線、石蠟、水中稱量裝置。試件制備選取有代表性的邊長(zhǎng)約40~50mm近似立方體的巖石、選3塊、修平棱角、刷取外表粘著物。測(cè)定步驟：1、將試樣放入105~110οC的烘箱中烘至恒重后取出、放在枯燥器內(nèi)冷卻至室溫、稱重得g2、絲線綁住試件、置于剛過熔點(diǎn)的石蠟中1~2秒鐘提出、檢查試件上，蠟有無氣泡、可用小電烙鐵或熱針刺破并涂平孔眼、在天平上稱重得g13、將蠟封后的試件掛在天平鉤上、在水中稱重得g2結(jié)果計(jì)算：式中：dg——巖石的干密度，克／厘米3；g——試件干重，克；g1——蠟封試件在空氣中重，克；g2——蠟封試件在水重中，克；ds——水的密度，克／厘米3；gn——石蠟密度，克／厘米3，0.90克／厘米3。巖石密度測(cè)定記錄表測(cè)定次數(shù)試件在空氣中重g〔克〕蠟封試件在空氣重g1〔克〕蠟封試件在水中重g2〔克〕試件密度dg〔克／厘米3〕巖石平均密度〔克／厘米3〕備注實(shí)驗(yàn)三、巖石含水率的測(cè)定巖石在天然狀態(tài)下所含水分的重量與巖石烘干后的重量之比為巖石的含水率。儀器設(shè)備天平、烘箱、枯燥箱。試驗(yàn)步驟1、從巖樣中心取保持天然含水狀態(tài)的邊長(zhǎng)約4~6厘米的立方體試件，即稱重得g1，在現(xiàn)場(chǎng)采取的巖石，測(cè)含水率就要用塑料袋把欲測(cè)巖石密封住，保持水分。2、將試件放在105~110οC烘箱中烘至恒重后取出，放置枯燥器中冷卻至室溫，稱重得g2。測(cè)定結(jié)果計(jì)算：式中：——巖石天然含水率；——保持天然水分的試件重量，克；——烘至恒重的試件重量，克。巖石含水率測(cè)定記錄表試件編號(hào)試件天然重〔克〕試件烘干重〔克〕試件含水率〔%〕巖石平均含水率〔%〕備注試驗(yàn)四、巖石單向抗壓強(qiáng)度的測(cè)定儀器設(shè)備材料試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺。標(biāo)準(zhǔn)試件規(guī)格：采用直接為50mm的圓柱體，高徑比為2：1；也可采用50×50×100mm的長(zhǎng)方體。測(cè)定步驟：測(cè)試件尺寸〔試件直徑應(yīng)在其高度中部?jī)蓚€(gè)互相垂直的方向量測(cè)，取算術(shù)平均值〕填入記錄表內(nèi)。選擇壓力機(jī)度盤：一般應(yīng)滿足0.2P＜Pmax＜0.8P式中：Pmax——預(yù)計(jì)最大破壞載荷，KNP——壓力機(jī)度盤最大值，KN開動(dòng)壓力機(jī)，使其處于可用狀態(tài)，將試件置于壓力機(jī)承壓板中心，調(diào)整球形坐，使試件上下受力均勻，0.5~1.0MPa的速度加載直至破壞。測(cè)定結(jié)果的計(jì)算：試件的抗壓強(qiáng)度：式中：R——試件抗壓強(qiáng)度，MPaP——試件破壞載荷，NF——試件面積，mm2巖石單向抗壓強(qiáng)度測(cè)定記錄表格試件編號(hào)巖石名稱試件含水狀態(tài)試件尺寸〔mm〕試件面積F(mm2)破壞載荷PN抗壓強(qiáng)度RMPa平均抗壓強(qiáng)度MPa備注長(zhǎng)寬直徑高試驗(yàn)五、巖石抗拉強(qiáng)度的測(cè)定〔劈裂法〕儀器設(shè)備：材料試驗(yàn)機(jī)、劈裂法實(shí)驗(yàn)夾具、游標(biāo)卡尺。試件規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)試件采用圓盤形，直徑50mm、厚25mm；也可采用50×50×50mm的方形試件。測(cè)定步驟：1、2同抗壓強(qiáng)度相同。3、通過試件直徑的兩端，沿軸線方向畫兩條互相平行的線作為加載基線，把試件放入夾具內(nèi)，夾具上下刀刃對(duì)準(zhǔn)加載基線，放入試驗(yàn)機(jī)的上下承壓板之間，使試件的中心線和試驗(yàn)機(jī)的中心線在一條直線上。4、開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，以每秒0.03~0.05MPa的速度加載直至破壞。測(cè)定結(jié)果計(jì)算：式中：RL——巖石單向抗拉強(qiáng)度，MPaP——試件破壞載荷，ND——試件直徑，mmL——試件厚度，mm抗拉強(qiáng)度測(cè)定記錄表試件編號(hào)巖石名稱試件含水狀態(tài)試件尺寸〔mm〕破壞載荷PN抗拉強(qiáng)度RLMPa平均抗拉強(qiáng)度MPa備注直徑D厚度L試驗(yàn)六、巖石的抗剪試驗(yàn)儀器設(shè)備材料試驗(yàn)機(jī)、變角剪切夾具、游標(biāo)卡尺。試件規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)試件采用50×50×50mm。三、試驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)機(jī)度盤的選擇原那么與抗壓強(qiáng)度測(cè)定之盤選擇原那么相同。測(cè)量試件尺寸、選擇剪切角度填入表內(nèi)。把變角剪夾具選好角度，試件放上后即可以每秒0.5~1.0MPa的速度加載直至破壞。測(cè)定結(jié)果的計(jì)算：?jiǎn)蝹€(gè)試件剪切破壞面上的正應(yīng)力、剪應(yīng)力按下式計(jì)算：式中：P——試件剪斷破壞載荷，NF——剪切面面積，mm2α——試件與水平面夾角。巖石剪切試驗(yàn)記錄表巖石試件編號(hào)巖石名稱試件含水狀態(tài)試件尺寸〔mm〕剪切面積〔mm2〕剪切角度〔度〕破壞載荷〔N〕正應(yīng)力〔MPa〕剪應(yīng)力〔MPa〕備注長(zhǎng)寬畫強(qiáng)度曲線、求C、值。ττσ量出：C==試驗(yàn)七、巖石變形參數(shù)測(cè)定儀器設(shè)備：電阻應(yīng)變儀、萬用表、試驗(yàn)機(jī)、電阻應(yīng)變片、膠水等。試件與抗壓強(qiáng)度測(cè)定試件的要求相同。測(cè)定步驟：將電阻應(yīng)變儀接上電源，預(yù)熱半小時(shí)連接線路，預(yù)調(diào)平衡，施加初載荷，檢查儀器工作情況，按每秒0.5~1.0MPa的速度逐漸加載，按估計(jì)破壞載荷的十分之一間隔讀一次讀數(shù)，紀(jì)錄載荷與應(yīng)變值。直至破壞。測(cè)定結(jié)果的計(jì)算與整理：應(yīng)力按下式計(jì)算：式中：σ—應(yīng)力，MPa；P—與應(yīng)變對(duì)應(yīng)的載荷，N；F—試件初始面積，mm2。體積應(yīng)變按下式計(jì)算式中：—體積應(yīng)變值；—縱向應(yīng)變值；—橫向應(yīng)變值。繪制應(yīng)力—縱向應(yīng)變曲線；應(yīng)力—橫向應(yīng)變曲線；應(yīng)力—體積應(yīng)變曲線。根據(jù)破壞載荷計(jì)算單項(xiàng)抗壓強(qiáng)度R式中：P—破壞載荷，NF—試件初始面積，mm2。在應(yīng)力—縱向應(yīng)變曲線上，原點(diǎn)與50%抗壓強(qiáng)度點(diǎn)連線的斜率即為割線模量E50。在應(yīng)力—縱向應(yīng)變曲線上，直線段的斜率為切線模量Et〔通稱彈性模量〕。根據(jù)應(yīng)力—縱向應(yīng)變和應(yīng)力—橫向應(yīng)變曲線上對(duì)應(yīng)直線段局部縱向和橫向應(yīng)變的平均值計(jì)算泊松比式中：——應(yīng)力—橫向應(yīng)變曲線上對(duì)應(yīng)直線段局部應(yīng)變的平均值。——應(yīng)力—縱向應(yīng)變曲線上對(duì)應(yīng)直線段局部應(yīng)變的平均值。變形參數(shù)測(cè)定記錄表格試件長(zhǎng)mm、寬mm、直徑mm、面積mm2。縱向荷載PN縱向應(yīng)力MPa縱向應(yīng)變橫向應(yīng)變體積應(yīng)變E50=R=Et==試驗(yàn)八、煤的鞏固性系數(shù)的測(cè)定儀器設(shè)備：搗碎筒、計(jì)量筒、分樣篩〔0.5mm〕、天平、小錘、漏斗。制樣：把煤樣用小錘制成塊度為20~30mm小塊。稱50克為一份、每五份為一組、稱三組。測(cè)定步驟：將搗碎筒放置在砼或水泥地板上，放入試件一份，獎(jiǎng)2.4kg重錘提高到600mm高度，使其自由落下沖擊試樣，每份沖擊三次，把5份搗碎后的式樣裝在同一容器中。把每組〔5份〕搗碎后的試樣一起倒入孔徑0.5mm分樣篩中篩分，端平分樣篩輕篩，篩動(dòng)幅度約200mm即可，篩至不再漏下煤粉為止。把篩下的粉末用漏斗裝入計(jì)量筒內(nèi)，輕輕敲打使