實(shí)驗(yàn)五巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)DOC

1、實(shí)驗(yàn)五 巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)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(huì)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(cè)臺(tái)、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(cè)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)1. 試樣規(guī)格：采用直徑為50 mm高為1

2、00 mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體，對(duì)于一些裂隙比較發(fā) 育的試樣，可采用50 mnrK 50 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)，可采用非標(biāo)準(zhǔn)試樣，需在實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以說明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(cè)方法如圖5-1所示，將 試樣放在水平檢測(cè)臺(tái)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(dòng) 試樣百分表指針的擺動(dòng)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(cè)方法如圖5-2所示，將試樣放在水平檢測(cè)臺(tái)上，用直角尺緊貼試樣垂直邊，轉(zhuǎn)動(dòng)試樣兩者之間

3、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，以保持一定的濕度，但試樣不得接觸水面。四.電阻應(yīng)變片的粘貼1.阻值檢查-克電阻絲平阻值一般選用 120歐姆,測(cè)量片和補(bǔ)償片的電阻差值不超過0.5 QoF直，間距均勻，無黃斑，電3-水平檢測(cè)臺(tái)1百分表2-百分表架3-試樣41直角尺2-試樣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“T”形，盡可能避開裂隙，節(jié)理等弱面。3. 粘貼工藝：試樣表面清洗處理一涂膠一貼電阻應(yīng)變片一固化處理一焊接導(dǎo)線一防潮處理 五. 實(shí)驗(yàn)步驟1. 測(cè)定前核

4、對(duì)巖石名稱和試樣編號(hào)，并對(duì)巖石試樣的顏色、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(cè)量試樣尺寸， 一般在試樣中部?jī)蓚€(gè)互相垂直方向測(cè)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(cè)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(duì)縱向、 橫向應(yīng)變片分別進(jìn)行反復(fù)預(yù)調(diào)平 衡。5. 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的加載速度均勻加載，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(cè)試過程讀數(shù)不得少于 7 個(gè)點(diǎn)，同

5、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(duì)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：式中：試樣單軸抗壓強(qiáng)度，MPaP試樣破壞載荷，N;s試樣初始截面積，mm巖石單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果填入表 5-1 o表5-1巖石單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果巖石名稱試件編號(hào)巖性描述試樣尺寸破壞載何/kN抗壓強(qiáng)度/MPaDx 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 c和與之 對(duì)應(yīng)的縱向應(yīng)變 1、橫向應(yīng)變 2以及體積應(yīng)變值 v，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

6、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(cè)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 o表5-2巖石單軸壓縮變形測(cè)定紀(jì)錄試樣 編 號(hào)項(xiàng)目載荷20406080100120140160180200200軸向應(yīng)力(T /MPa1縱向應(yīng)變 1橫向應(yīng)變 2體積應(yīng)變 v軸向應(yīng)力(T /MPa2縱向應(yīng)變 1橫向應(yīng)變 2體積應(yīng)變 v3軸向應(yīng)力(T /MPa縱向應(yīng)變 1橫向應(yīng)變 2體積應(yīng)變 v的變形情況有所不同，彈性模量又量E50 （又稱變形模量），分別按下3.彈性模量:C根據(jù)巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)的應(yīng)計(jì)算變形參數(shù)。由于巖石壓縮過程中各個(gè)階段 Et （又稱彈性模量或楊氏模量）

7、和割線模式中： 一縱向應(yīng)力4-應(yīng)變巖石單直線段的縱向應(yīng)力增量，變曲MPa & 縱向應(yīng)力-應(yīng)變曲線中直線段的縱向應(yīng)變?cè)隽?（7 50 單向抗壓強(qiáng)度的50%勺應(yīng)力值，MPa &50試樣與750對(duì)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(duì)應(yīng)直線段縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變的平均值計(jì)算泊松比卩:式中：卩一巖石的泊松比；lp縱向應(yīng)力-縱向應(yīng)變曲線中對(duì)應(yīng)直線段部分的應(yīng)變的平均值; 2P 縱向應(yīng)力-橫向應(yīng)變曲線中對(duì)應(yīng)直線段部分的應(yīng)變的平均值。 彈性模量巳、變形模量E50及泊松比卩測(cè)定結(jié)果填入表5-3 :表5-3 彈性模量巳、變

8、形模量E50及泊松比卩測(cè)定結(jié)果巖石名稱試樣編號(hào)巖性描述彈性模量EJGPa變形模量Eso/GPa泊松比卩單值均值單值均值單值均值七.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:1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 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(duì)本實(shí)驗(yàn)的建議八. 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(duì)稱應(yīng)力組合方式(C 1 C 2=6 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

9、能根據(jù)巖石在不同圍壓下實(shí)驗(yàn) 結(jié)果計(jì)算出內(nèi)摩擦角與粘結(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。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. 干燥器；4. 直角尺、水平檢測(cè)臺(tái)、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(cè)方法如圖5-1所示，將 試樣放在水平檢測(cè)臺(tái)上，調(diào)整百分表的位置，使

10、百分表觸頭緊貼試樣表面，然后水平移動(dòng) 試樣百分表指針的擺動(dòng)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(cè)方法如圖 5-2 所示，將試樣放 在水平檢測(cè)臺(tái)上,用直角尺緊貼試樣垂直邊,轉(zhuǎn)動(dòng)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,以保持一定的濕度,但試樣不得接觸水面。四 . 實(shí)驗(yàn)步驟1. 測(cè)定前核對(duì)巖石名稱和試樣編號(hào), 并對(duì)試樣的顏色、 顆粒、層理、裂隙、風(fēng)

11、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(cè)量試樣尺寸, 一般在試樣中部?jī)蓚€(gè)互相垂直方向測(cè)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)量程,一般應(yīng)滿足 0 . 2 P0Pmax0 . 8 P0 ,式中： P0 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, kN。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(zhǎng)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

12、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(dòng)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(dòng)開壓力機(jī)，打開送油閥，使 壓力機(jī)的下承壓板的拖輪離開軌道 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)2分鐘后，使圍壓保持恒定時(shí)，要求變動(dòng)范圍不應(yīng)超 i上墊塊；2密封圈；3巖石試樣;過選定的2%10.再以1.0 kN/s2.0 kN/s的加載速度均

13、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c 1：P式中：c 1巖石三軸抗壓強(qiáng)度，MPac 3圍壓，MPan試樣數(shù)量。根據(jù)庫(kù)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)，選取莫 爾 岡 塞 數(shù)圖6-3巖石三軸試驗(yàn)?zāi)枅@及包絡(luò)線35個(gè)c 3值，用回歸后的直線方程式中：C 1ma -巖 石三軸抗壓強(qiáng)度，MPap縱向破壞載荷，N;f試樣初始截面積，m。2

14、. 計(jì)算內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力。在直角坐標(biāo)系繪制C 3- C 1的關(guān)系曲線圖圖6-2 圍壓與縱向抗壓強(qiáng)度關(guān)系6-2 ,對(duì)實(shí)驗(yàn)值采用最小二乘法進(jìn)行線性回歸，計(jì)算出其斜率m和縱軸上的截距b，即i m 3 b線性方程，其中m和 b可用下式計(jì)算：m 3 b計(jì)算出相應(yīng)的c i值。再分別以（c 3+ c 1）/2， 0為圓心，以（c 1- c 3）/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Y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(hào)巖性描述試樣尺寸(T 3/MPa破壞載荷/kN(T 1/MPamb/M

15、Pa內(nèi)摩擦 角/度凝聚力c/ MPaDx L/mm12345六. 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:1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 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(duì)本實(shí)驗(yàn)的建議。七. 思考題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(duì)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(cè)定一. 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(cè)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

16、、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)。.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 mmr 50 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)原理巴西劈裂法測(cè)定巖石抗拉強(qiáng)度是國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法，對(duì)稱圓盤試樣受集中載荷P的作用下，依據(jù)彈性理論得知，

17、圓盤加載直徑上任一點(diǎn)（0，y）的應(yīng)力狀態(tài)為:蘭(1)DL2DL D 4y (2)式中：P為載荷，D L分別為試樣直徑和厚度，試樣中心處（y=0）的應(yīng)力狀態(tài)為:2P(3)DLyo6PDL(4)由式（3）、式（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)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，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(duì) 破裂起主導(dǎo)作用五. 實(shí)驗(yàn)步驟1. 測(cè)定前核對(duì)巖石名稱和試樣編號(hào)，并對(duì)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. 用游標(biāo)卡尺測(cè)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 7-1。41-墊條；2-加具座；3-試樣；4-加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(dòng)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