1、一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膸r石單軸壓縮是指巖石在單軸壓縮條件下的強(qiáng)度、變形和破壞特征。通過該實(shí)驗(yàn)掌握 巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)會巖石單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比的計(jì)算方法；了解巖 石單軸壓縮過程的變形特征和破壞類型。二. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器和材料1鉆石機(jī)、鋸石機(jī)、磨石機(jī);2.游標(biāo)卡尺，精度0.02mm；3.直角尺、水平檢測臺、百分表及百分表架;4.YE-600型液壓材料試驗(yàn)機(jī);5.JN-16型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀；6.電阻應(yīng)變片（BX-120型）；7.膠結(jié)劑，清潔劑，脫脂棉，測試導(dǎo)線等。三試樣的規(guī)格、加工精度、數(shù)量及含水狀態(tài)采用直徑為50 mm，高為100 mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體，對于一些裂隙比較發(fā)50 mnrK50

2、mnrK 100 mm的立方體，由于巖石松軟不能制取標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí)，2.加工精度:a平行度：試樣兩端面的平行度偏差不得大于0.1mm。檢測方法如圖5-1所示，將試樣放在水平檢測臺上，調(diào)整百分表的位置，使百分表觸頭緊貼試樣表面，然后水平移動試樣百分表指針的擺動幅度小于10格。b直徑偏差：試樣兩端的直徑偏差不得大于0.2 mm，用游標(biāo)卡尺檢查。c軸向偏差：試樣的兩端面應(yīng)垂直于試樣軸線。檢測方法如圖5-2所示，將試樣放在水平檢測臺上，用直角尺緊貼試樣垂直邊，轉(zhuǎn)動試樣兩者之間無明顯縫隙。3.試樣數(shù)量：每種狀態(tài)下試樣的數(shù)量一般不少于3個(gè)。4.含水狀態(tài)：采用自然狀態(tài)，即試樣制成后放在底部有水的干燥器內(nèi)12 d

3、,以保持定的濕度，但試樣不得接觸水面。實(shí)驗(yàn)五巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)1.試樣規(guī)格:育的試樣，可采用可采用非標(biāo)準(zhǔn)試樣,需在實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以說明。四電阻應(yīng)變片的粘貼1.阻值檢查：要求電阻絲平直，間距均勻，無黃斑，電阻值一般選用120歐姆，測量片和補(bǔ)償片的電阻差值不超過0.5Q。2.位置確定：縱向、橫向電阻應(yīng)變片粘貼在試樣中部，縱向、橫向應(yīng)變片排列采用“ ”形，盡可能避開裂隙，節(jié)理等弱面。圖5-3電阻應(yīng)變片粘貼試樣、電阻片3.粘貼工藝：試樣表面清洗處理 -涂膠-貼電阻應(yīng)變片-固化處理-焊接導(dǎo)線-防潮處理。五.實(shí)驗(yàn)步驟1.測定前核對巖石名稱和試樣編號，并對巖石試樣的顏色、程度、含水狀態(tài)等進(jìn)行描述。2.檢查試樣加工

4、精度。并測量試樣尺寸，一般在試樣中部兩個(gè)互相垂直方向測量直徑計(jì)算平均值。3.電阻應(yīng)變儀接通電源并預(yù)熱數(shù)分鐘后，連接測試導(dǎo)線，接線方式采用公共補(bǔ)償半橋 連接方式。4.將試樣放置在試驗(yàn)機(jī)的承壓板中心，然后對縱向、橫向應(yīng)變片分別進(jìn)行反復(fù)預(yù)調(diào)平衡。5.勻加載,施加初載荷，檢查試驗(yàn)機(jī)和應(yīng)變片工作情況，正常后以1.02.0 kN/s的加載速度均按估計(jì)破壞載荷的十分之一間隔讀數(shù)，紀(jì)錄相應(yīng)載荷下的縱向、橫向應(yīng)變，均勻加載直至試樣完全破壞。每個(gè)測試過程讀數(shù)不得少于7個(gè)點(diǎn)，同一試樣的縱向、橫應(yīng)變盡可能同時(shí)讀出。6.記錄破壞載荷值及加載過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，并對試樣破壞形態(tài)進(jìn)行描述。六.實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理1.巖石單軸抗壓強(qiáng)度

5、:式中：Rc試樣單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；P試樣破壞載荷，N;S試樣初始截面積，mm2。巖石單軸抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果填入表5-1。表5-1巖石單軸抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果巖石名稱試件 編號巖性描述試樣尺寸破壞載荷/kN抗壓強(qiáng)度/MPaD L/mm單值均值1232.繪制巖石單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)束后檢查每一組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，廢棄可疑數(shù)據(jù)，分別計(jì)算試樣所受應(yīng)力 對應(yīng)的縱向應(yīng)變1、橫向應(yīng)變以及體積應(yīng)變值&，體積應(yīng)變值按下式計(jì)算:將單軸壓縮實(shí)驗(yàn)記錄與計(jì)算結(jié)果填入表5-2。然后以縱向應(yīng)力為縱坐標(biāo)，以應(yīng)變?yōu)闄M坐標(biāo)描出并光滑連接測點(diǎn)。巖石試樣單軸壓縮實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖5-4。表5-2巖石單軸壓縮變形測定紀(jì)錄試樣

6、編號項(xiàng)目載荷/kN20406080100120140160180200200軸向應(yīng)力bMPa1縱向應(yīng)變橫向應(yīng)變體積應(yīng)變&軸向應(yīng)力bMPa2縱向應(yīng)變1橫向應(yīng)變2體積應(yīng)變v軸向應(yīng)力bMPa3縱向應(yīng)變1橫向應(yīng)變2PM3.彈性模量：b根據(jù)巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力，的變形情況有所不同， 彈性模量又分 量E50（又稱變形模量），分別按下 式中： b縱向應(yīng)力-應(yīng)變曲線中直線段的3/10-3-3bb1-1k應(yīng)變曲線計(jì)算變形參數(shù)。巖石壓縮過程中各個(gè)階段為切線模量稱彈性模量或楊氏模量）和割線模式計(jì)算:-1/10-3-3MPa；* j DE(表5-1巖石單軸抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果體積應(yīng)變v縱向應(yīng)力-應(yīng)變曲線中直線段的縱向應(yīng)

7、變增量;05。一單向抗壓強(qiáng)度的50%的應(yīng)力值，MPa; 0試樣與05 0對應(yīng)的縱向應(yīng)變值。4.泊松比:巖石在單軸壓縮過程中縱向變形的同時(shí)橫向也發(fā)生相應(yīng)變形，在軸向應(yīng)力-縱向應(yīng)變與軸向應(yīng)力-橫向應(yīng)變曲線上，對應(yīng)直線段縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變的平均值計(jì)算泊松比也 式中：廠巖石的泊松比;8P縱向應(yīng)力-縱向應(yīng)變曲線中對應(yīng)直線段部分的應(yīng)變的平均值;8P縱向應(yīng)力-橫向應(yīng)變曲線中對應(yīng)直線段部分的應(yīng)變的平均值。彈性模量ET變形模量E50及泊松比卩測定結(jié)果填入表5-3:表5-3彈性模量ET變形模量E50及泊松比卩測定結(jié)果巖石 名稱試樣 編號巖性 描述彈性模量ETG Pa變形模量E50/GPa泊松比卩單值均值單值均值單

8、值均值七.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)結(jié)束后認(rèn)真獨(dú)立填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容:八.思考題1.試驗(yàn)機(jī)上為何要配備球形調(diào)節(jié)座?2.影響單軸壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)因素有那些?3.單軸壓縮破壞的類型有那幾種?1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2.主要實(shí)驗(yàn)儀器;3.實(shí)驗(yàn)步驟;4.原始數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理;5.對本實(shí)驗(yàn)的建議。實(shí)驗(yàn)六巖石常規(guī)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膸r石常規(guī)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)是指巖石試樣在軸對稱應(yīng)力組合方式(td2=3的三軸壓縮實(shí)驗(yàn)。通過該實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握巖石常規(guī)三軸實(shí)驗(yàn)方法，并能根據(jù)巖石在不同圍壓下實(shí)驗(yàn)結(jié)果與粘結(jié)力C,繪制出巖石的強(qiáng)度曲線，進(jìn)一步理解巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則。鋸石機(jī)、磨石機(jī)；2.游標(biāo)卡尺，精度0.02mm；3.干燥器

9、;4.直角尺、水平檢測臺、百分表及百分表架;5. YE-2000型液壓材料試驗(yàn)機(jī);6.三軸室，三軸液壓源;7.熱縮管、膠帶、密封圈等。三.試樣的規(guī)格、加工精度、數(shù)量及含水狀態(tài)1.試樣規(guī)格：采用直徑為50 mm,高為100 mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體。2.加工精度:a平行度：試樣兩端面的平行度偏差不得大于0.1mm。檢測方法如圖5-1所示，將試樣放在水平檢測臺上，調(diào)整百分表的位置，使百分表觸頭緊貼試樣表面，然后水平移動試樣百分表指針的擺動幅度小于10格。b直徑偏差：試樣兩端的直徑偏差不得大于0.2 mm，用游標(biāo)卡尺檢查。C軸向偏差：試樣的兩端面應(yīng)垂直于試樣軸線。檢測方法如圖5-2所示，將試樣放在水平檢測臺

10、上，用直角尺緊貼試樣垂直邊，轉(zhuǎn)動試樣兩者之間無明顯縫隙。3.試樣數(shù)量：每種巖石同一狀態(tài)下，試樣數(shù)量一般不少于5個(gè)，每個(gè)試樣在一定圍壓下 的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4.含水狀態(tài)：采用自然狀態(tài)，試樣制成后放在底部有水的干燥器內(nèi)12 d,以保持計(jì)算出內(nèi)摩擦角二. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器和材料1.鉆石機(jī)、定的濕度，但試樣不得接觸水面。四.實(shí)驗(yàn)步驟1.測定前核對巖石名稱和試樣編號，并對試樣的顏色、顆粒、層理、裂隙、風(fēng)化程 度、含水狀態(tài)等進(jìn)行描述。2.檢查試樣加工精度。并測量試樣尺寸，一般在試樣中部兩個(gè)互相垂直方向測量直徑 計(jì)算平均值。3.圍壓一般取5MPa、10 MPa、15 MPa、20 MPa和25 MPa。4.試驗(yàn)機(jī)量

11、程，一般應(yīng)滿足0.2PovPmaxVO.8Po，式中：Po為試驗(yàn)機(jī)最大量程，kN；Pmax為預(yù)計(jì)試樣最大破壞載荷，5.試樣的安裝，首先把鋼墊塊端部擦凈，將試樣置于上、下墊塊之間，使三者中心為一條直線，再將試樣與墊塊套上熱縮管，熱縮管長度稍大于試樣高度，用吹風(fēng)機(jī)緩慢加熱6.打開三軸室上壓蓋，再將制備好的試樣下墊塊置下放入三軸室底座中心，上好壓力 室頂蓋活塞，將裝有試樣的三軸室放入試驗(yàn)機(jī)的下承壓板上，并使三軸壓力室的中心與試驗(yàn)機(jī)的中心一致。7.注油排氣，打開壓力室的放氣閥，啟動圍壓油泵向壓力室注油排氣，當(dāng)壓力室有油 排除時(shí)關(guān)閉排氣閥。8.接通電源，開動開壓力機(jī)，打開送油閥，使壓力機(jī)的下承壓板的拖輪

12、離開軌道10 cm左右，關(guān)閉送油閥，然后調(diào)整試驗(yàn)機(jī)上承壓板位置與壓力室的上壓頭接觸，緩緩打開送油閥施加50 kN的縱向 載荷固定試樣。9.施加圍壓，緩緩施加圍壓到指定值，穩(wěn)定數(shù)分鐘后，使圍壓保持恒定時(shí)，要求變動范圍不應(yīng)超過選定的2%。10.再以1.0 kN/s2.0 kN/s的加載速度均勻加載，直至試樣破壞，立即關(guān)閉液壓泵卸載閥，再打開試驗(yàn)機(jī)的回油閥卸軸壓。11.紀(jì)錄破壞載荷及圍壓值。打開三軸室的放氣閥，卸掉上壓蓋取出試樣，破壞類型描述。五.實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理1.計(jì)算一定側(cè)壓力作用下巖石的抗壓強(qiáng)度由:1一kN。熱縮管，并再用密封膠帶固定試樣兩端，見圖6-1。1上墊塊；2密封圈；3巖石試樣；4下墊塊圖

13、6-1試樣防油安裝示意圖S式中：0max巖石三軸抗壓強(qiáng)度，MPa；P縱向破壞載荷，N;F試樣初始截面積，m2。在直角坐標(biāo)系繪制0-01的關(guān)系曲線圖6-2, 對實(shí)驗(yàn)值采用最小二乘法進(jìn)行線性回歸， 計(jì)算出性方程，其中m和b可用下式計(jì)算:式中：01巖石三軸抗壓強(qiáng)度，MPa；算出相應(yīng)的0值。再分別以（03+01）/2,0為圓心，以（01- 0）/2為半徑繪制出一組摩爾圓，摩爾圓的外包絡(luò)線，即為該組巖石的強(qiáng)度曲線，包絡(luò)線在丫軸上的截距為粘結(jié)力c，與X軸的夾角為內(nèi)摩擦角。巖石三軸壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表6-1。表6-1三軸壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果巖石 名稱 編 號巖性描述試樣尺寸03/MPa破壞載荷/kN0/MPamb /

14、MPa內(nèi)摩擦角/度凝聚力c/ MPaD XL/mm12345MM2.計(jì)算內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力。其斜率m和縱軸上的截距b,即1m3圍壓，MPa；n試樣數(shù)量。根據(jù)庫倫-摩爾準(zhǔn)則，巖石的內(nèi)摩擦角粘結(jié)力c可利用參數(shù)m和b按下式計(jì)算:3.繪制摩爾圓及其包絡(luò)線:在縱橫相同比例的直角坐標(biāo)系內(nèi)，選取35個(gè)0值，用回歸后的直線方程1m3b計(jì)星壬血U.UJUJUJUJU圍壓與縱向抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線圖6-2b.Ltb.LtILLIILLIffl 冋a a力C C J J NPfclNPfcl宙17D.D17D.D叵S S tn.ftn.f和六.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)結(jié)束后認(rèn)真獨(dú)立填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容: 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

15、；七. 思考題一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膸r石抗拉強(qiáng)度是指巖石承拉伸條件下能夠承受的最大應(yīng)力值。通過該實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握 采用巴西劈裂法測定巖石抗拉強(qiáng)度的方法，并與巖石抗壓強(qiáng)度進(jìn)行比較，從而了解脆性巖 石材料的強(qiáng)度特點(diǎn)。二.實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器和材料1.鉆石機(jī)、鋸石機(jī)、磨石機(jī);2.游標(biāo)卡尺，精度0.02mm；3.劈裂夾具;5.鋼絲墊條，用直徑為2.0 mm3.0 mm鋼絲;4. YE-300型液壓材料試驗(yàn)機(jī)。三. 試樣的規(guī)格、加工精度、數(shù)量及含水狀態(tài)1.試樣規(guī)格：采用直徑為50 mm,高為25 mm50 mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體。2.試樣數(shù)量：每種巖石同一狀態(tài)下，試樣數(shù)量一般不少于5塊。3.含水狀態(tài)：采用自然狀態(tài)，試樣制成后放

16、在底部有水的干燥器內(nèi)12 d,以保持定的濕度，但試樣不得接觸水面。四. 實(shí)驗(yàn)原理1.2.主要實(shí)驗(yàn)儀器;3.實(shí)驗(yàn)步驟;4.原始數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理;5.對本實(shí)驗(yàn)的建議。1.三軸實(shí)驗(yàn)過程中主要主意事項(xiàng)有哪幾項(xiàng)?2.通過三軸實(shí)驗(yàn)說明巖石承載能力與哪些因素有關(guān)?3.你對本次實(shí)驗(yàn)的建議和意見。4.實(shí)驗(yàn)七巖石抗拉強(qiáng)度測定6PyoDL(4)由式（3）、式度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度,（4）得出，圓盤試樣中心處壓應(yīng)力是拉應(yīng)力的3倍，但由于巖石抗拉強(qiáng)一旦拉應(yīng)力達(dá)到試樣的抗拉強(qiáng)度時(shí)中心發(fā)生破壞，通常認(rèn)為拉應(yīng)力對破裂起主導(dǎo)作用。五實(shí)驗(yàn)步驟1.測定前核對巖石名稱和試樣編號，并對試樣的顏色、顆粒、層理、裂隙、風(fēng)化程 度、含水狀態(tài)等進(jìn)

17、行描述。2.用游標(biāo)卡尺測量試樣尺寸，保留兩位小數(shù)。3.將試樣放置劈裂夾具內(nèi)，再用V型卡具及兩側(cè)夾持螺釘固定好試樣，見圖4.把劈裂夾具放入試驗(yàn)機(jī)的上、下承壓板之間，使試樣中心線和試驗(yàn)機(jī)的中心線在一條直線上。5.開動試驗(yàn)機(jī)，松開劈裂夾具兩側(cè)夾持螺釘，然后以0.07kN/s0.12 kN/s的加載速度均勻加載，直至破壞。6.記錄破壞載荷，破壞類型描述。六.實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理巖石抗拉強(qiáng)度:式中：Rc試樣抗拉強(qiáng)度，MPa；P試樣破壞載荷，N;D試樣直徑（立方體試樣D為高度），mm；巴西劈裂法測定巖石抗拉強(qiáng)度是國際巖石力學(xué)學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法，對稱圓盤試樣受集中載荷P的作用下，依據(jù)彈性理論得知，圓盤加載直徑上任一點(diǎn)（0,y）的應(yīng)力狀態(tài)為:2PDTy自-(24D22-1)(2)DL D24y2式中：P為載荷，D、L分別為試樣直徑和厚度，試樣中