(整理)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（適用于土木工程專業(yè) - 巖土方向 ）巖石力學(xué)課程組 編寫長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院二OO七年九月目錄學(xué)生試驗(yàn)守則室內(nèi)巖石試驗(yàn)的任務(wù)和工作基本要求試驗(yàn)一 巖石單軸抗壓試驗(yàn)試驗(yàn)二 巖石抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)試驗(yàn)三 巖石快速直剪試驗(yàn)說明：本試驗(yàn)指導(dǎo)書主要依據(jù)為：中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)： 工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) GB/T50226-1999學(xué)生試驗(yàn)守則一、每次試驗(yàn)前必須做好復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)。復(fù)習(xí)的內(nèi)容為教科書上有關(guān)本次試驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容；預(yù)習(xí)內(nèi)容包括仔細(xì)閱讀試驗(yàn)指導(dǎo)書和去實(shí)驗(yàn)室熟悉有關(guān)儀器設(shè)備。二、經(jīng)過預(yù)習(xí)應(yīng)掌握該項(xiàng)試驗(yàn)的意義、目的、操作步驟。對(duì)輔導(dǎo)教師提出的檢查 性問題，應(yīng)能回答，否則不得進(jìn)行試驗(yàn)。三、試驗(yàn)

2、時(shí)態(tài)度應(yīng)嚴(yán)肅認(rèn)真，嚴(yán)格按輔導(dǎo)教師及試驗(yàn)指導(dǎo)書上所講的操做步驟進(jìn) 行試驗(yàn)，每臺(tái)設(shè)備的操做應(yīng)按各設(shè)備的操做準(zhǔn)則進(jìn)行，以免損壞設(shè)備或造成事故。非 本次試驗(yàn)使用的儀器設(shè)備不得亂動(dòng)。四、每次試驗(yàn)前由小組長填寫儀器設(shè)備領(lǐng)用單。試驗(yàn)完畢后，應(yīng)將所用儀器設(shè)備 擦洗干凈，放回原處，經(jīng)小組長檢查，輔導(dǎo)教師驗(yàn)收無誤后方可離室。如有損壞，應(yīng) 填寫儀器設(shè)備損壞報(bào)告單，待后處理。五、試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提交試驗(yàn)報(bào)告。試驗(yàn)報(bào)告必須獨(dú)立完成。書寫、 計(jì)算、制圖要求公式、計(jì)算過程、單位齊全、清晰整齊。試驗(yàn)成績是期終考核成績的 一部分。六、如試驗(yàn)結(jié)果未能達(dá)到要求或因故未做試驗(yàn)者，應(yīng)申請(qǐng)補(bǔ)做試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室同意 后，在指定日期內(nèi)

3、進(jìn)行補(bǔ)做。以上守則請(qǐng)同學(xué)們自覺遵守。室內(nèi)巖石試驗(yàn)的任務(wù)和工作基本要求一、室內(nèi)巖石試驗(yàn)的任務(wù)： 是了解巖塊的基本物理力學(xué)性質(zhì)及其破壞機(jī)制；研究在工程建筑物荷載作用下基 巖或圍巖的工程性狀，為工程地質(zhì)評(píng)價(jià)和工程建筑物設(shè)計(jì)提供資料。二、室內(nèi)巖石試驗(yàn)工作基本要求：1、為使試驗(yàn)工作符合實(shí)際情況，保證成果質(zhì)量，各工程勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的巖石試驗(yàn) 工作，應(yīng)在詳細(xì)了解工程地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)意圖、建筑物特點(diǎn)和可能采用的施工方法基 礎(chǔ)上進(jìn)行。2、試驗(yàn)工作的安排和布置，應(yīng)和勘測(cè)設(shè)計(jì)階段相適應(yīng)，既要滿足本設(shè)計(jì)階段的要 求，又利于與以后各設(shè)計(jì)階段的試驗(yàn)工作相銜接。3、室內(nèi)巖塊試驗(yàn)的樣品，一般在鉆孔、平洞和豎井中采取，同組巖樣的性

4、質(zhì)應(yīng)基 本相同。取樣位置和數(shù)量，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、工程特點(diǎn)和試驗(yàn)要求而定。4、布置室內(nèi)巖塊試驗(yàn)的一般要求(1) 作為巖石類別劃分指標(biāo)的常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)針對(duì)巖類的現(xiàn)場分類進(jìn)行選擇，為 科學(xué)地劃分工程地質(zhì)巖組及掌握不同巖類的自然特性提供資料。(2) 作為工程計(jì)算指標(biāo)的直剪試驗(yàn)，測(cè)試條件應(yīng)符合地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求。(3) 當(dāng)軟弱巖層、斷層破碎帶的厚度較大，充填物性質(zhì)均一時(shí)，宜采用土工試驗(yàn)的 方法進(jìn)行抗剪強(qiáng)度、壓縮試驗(yàn)和其他試驗(yàn)。試驗(yàn)一 巖石單軸抗壓試驗(yàn)一、試驗(yàn)的目的：測(cè)定巖石的單軸抗壓強(qiáng)度Rc。當(dāng)無側(cè)限試樣在縱向壓力作用下出現(xiàn)壓縮破壞時(shí)，單位面積上所承受的載荷稱為巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，即試樣破壞時(shí)的最大載

5、荷與垂直 于加載方向的截面積之比。本次試驗(yàn)主要測(cè)定天然狀態(tài)下試樣的單軸抗壓強(qiáng)度。二、試樣制備：1、試料可用鉆孔巖心或坑槽探中采取的巖塊。在取料和試樣制備過程中，不允許 人為裂隙出現(xiàn)。2、 本次試驗(yàn)采用圓柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試樣，直徑為5cm,允許變化范圍為 4.85.4cm , 高度為10cm,允許變化范圍為 9.510.5cm。3、對(duì)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,但高徑之比宜為 2.0 2.5。4、制備試樣時(shí)采用的冷卻液,必須是潔凈水,不許使用油液。5、對(duì)于遇水崩解、溶解和干縮濕脹的巖石,應(yīng)采用干法制樣。6、 試樣數(shù)量：每組須制備3 個(gè)。7、試樣制備的精度。(

6、1) 在試樣整個(gè)高度上,直徑誤差不得超過0.3mm。(2) 兩端面的不平行度,最大不超過0.05mm。(3) 端面應(yīng)垂直于試樣軸線,最大偏差不超過0.25。三、試樣描述：試驗(yàn)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,風(fēng)化程度,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，并記述受載方向與層理、片理及節(jié)理裂隙之間 的關(guān)系。3、量測(cè)試樣尺寸，檢查試樣加工精度，并記錄試樣加工過程中的缺陷。 試件壓壞后，應(yīng)描述其破壞方式。若發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行描述和解釋。四、主要儀器設(shè)備：1、鉆石機(jī)、切石機(jī)、磨石機(jī)或其他制樣設(shè)備。2、測(cè)量平臺(tái)、角尺、放大鏡、游標(biāo)卡尺。3、壓力機(jī)

7、，應(yīng)滿足下列要求：(1) 壓力機(jī)應(yīng)能連續(xù)加載且沒有沖擊，并具有足夠的噸位，使能在總噸位的10%90%之間進(jìn)行試驗(yàn)。(2) 壓力機(jī)的承壓板，必須具有足夠的剛度，其中之一須具有球形座，板面須平整 光滑。(3) 承壓板的直徑應(yīng)不小于試樣直徑，且也不宜大于試樣直徑的兩倍。如壓力機(jī)承 壓板尺寸大于試樣尺寸兩部以上時(shí)，需在試樣上下兩端加輔助承壓板。輔助承壓板的 剛度和平整度應(yīng)滿足壓力機(jī)承壓板的要求。(4) 壓力機(jī)的校正與檢驗(yàn)，應(yīng)符合國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。五、試驗(yàn)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(jī)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0.51.0MPa/s的加載

8、速度加荷，直到試樣破壞為止，并記錄最大破壞 載荷及加荷過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象。4 、描述試樣的破壞形態(tài)，并記下有關(guān)情況。六、成果整理和計(jì)算：1 、試驗(yàn)記錄填于下表：巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)原始記錄表項(xiàng)目編號(hào)儀器編號(hào)試驗(yàn)日期巖石 名稱含水 狀態(tài)受力 方向試樣 編號(hào)試樣直徑(cm)破壞 荷載(kN)抗壓強(qiáng)度備注測(cè)定值平均值(K n/cm2)(MPa)試件描述試驗(yàn)者計(jì)算者校核者2、按下式計(jì)算巖石的單軸抗壓強(qiáng)度:式中：Rc -ARc巖石單軸抗壓強(qiáng)度，MPa ；P最大破壞載荷，kN ；A垂直于加載方向的試樣橫截面積，m2。2、計(jì)算值取3位有效數(shù)據(jù)。試驗(yàn)二 劈裂法試驗(yàn) （ 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn) ）一、試驗(yàn)的目的：測(cè)定巖石的

9、單軸抗拉強(qiáng)度 Rt 。試樣在縱向力作用下出現(xiàn)拉伸破壞時(shí)，單位面積上 所承受的載荷稱為巖石的單軸抗拉強(qiáng)度，即試樣破壞時(shí)的最大載荷與垂直于加載方向 的截面積之比。劈裂法試驗(yàn)是測(cè)定巖石的單軸抗拉強(qiáng)度Rt 的方法之一。該法是在圓柱體試樣的直徑方向上，施加相對(duì)的線形荷載，使之沿試樣直徑方向破壞的試驗(yàn)。本試驗(yàn)法可測(cè)得各種含水狀態(tài)下試樣的抗拉強(qiáng)度。 本次試驗(yàn)主要測(cè)天然狀態(tài)下試樣的抗拉強(qiáng)度。二、試樣制備：1、 本次試驗(yàn)采用圓柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試樣，直徑為5cm,允許變化范圍為 4.85.4cm ,試樣的厚度宜為直徑的 0.51.0倍，并應(yīng)大于巖石最大顆粒的10倍。2 、其他應(yīng)與試驗(yàn)一的試樣制備一致。三、試樣描述：同

10、試驗(yàn)一。四、主要儀器設(shè)備：同試驗(yàn)一。五、試驗(yàn)程序：1 、根據(jù)所要求的試樣狀態(tài)準(zhǔn)備試樣。2、通過試件直徑的兩端，沿軸線方向劃兩條相互平行的加載基線。將兩根墊條沿 加載基線固定在試件兩端。3、將試樣置于壓力機(jī)承壓板中心，調(diào)整有球形座的承壓板，使試樣均勻受載，并 使墊條與試件在同一加荷軸線上。4、以0. 30. 5MPa/s的加載速度加荷，直到試樣破壞為止，并記錄最大破壞載荷 及加荷過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象。5、描述試樣的破壞形狀，并記下有關(guān)情況。六、成果整理和計(jì)算：1、試驗(yàn)記錄填表：2、按下式計(jì)算巖石的單軸抗拉強(qiáng)度：2PRt Dh式中： Rt 巖石單軸抗拉強(qiáng)度， MPa ；P試件破壞載荷，ND試件直徑，m

11、mh 試件厚度， mm3、計(jì)算值取3位有效數(shù)據(jù)。巖石單軸抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)(劈裂法)原始記錄表項(xiàng)目編號(hào)儀器編號(hào)試驗(yàn)日期巖石 名稱含水 狀態(tài)受力 方向試樣 編號(hào)試樣直徑(cm)試樣高度(cm)破壞 荷載(kN)抗拉強(qiáng)度備 注測(cè)定值平均值測(cè)定值平均值(KN/cm2)(MPa)試件描述試驗(yàn)者計(jì)算者校核者試驗(yàn)三快速直接剪斷試驗(yàn)一、試驗(yàn)的目的：巖石的抗剪強(qiáng)度是巖石對(duì)剪切破壞的極限抵抗能力。本試驗(yàn)采用快速直剪試驗(yàn)測(cè)定巖石的抗剪強(qiáng)度。此試驗(yàn)一般可測(cè)定：a混凝土與巖石膠結(jié)面的抗剪強(qiáng)度；b、巖石軟弱結(jié)構(gòu)面（包括夾泥和不夾泥的層面，節(jié)理裂縫面和斷層帶等）的抗剪強(qiáng)度；c、巖石本身的抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)時(shí)巖石的含水狀態(tài)可根據(jù)需要

12、采用天然含水狀態(tài)、飽和狀態(tài) 或其它含水狀態(tài)，本次試驗(yàn)測(cè)定天然含水狀態(tài)下巖石的抗剪強(qiáng)度。二、試樣制備：1、 巖石直接試驗(yàn)試件的直徑或邊長應(yīng)大于或等于5cm，試件高度應(yīng)與直徑或邊長 相等。5cm，試件高度與直徑或邊長2、巖石結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)試件的直徑或邊長不得小于 相等。結(jié)構(gòu)面應(yīng)位于試件中部。15cm。膠結(jié)3、混凝土與巖石膠結(jié)面直剪試驗(yàn)試件應(yīng)為方塊體，其邊長不宜小于面應(yīng)位于試件中部，巖石起伏差應(yīng)為邊長的1%2%?；炷凉橇５淖畲罅讲坏么笥谶呴L的 1/6。4、每組試驗(yàn)試件的數(shù)量不應(yīng)少于5個(gè)。三、試樣描述： 試件描述應(yīng)包括下列內(nèi)容：1 、巖石名稱、顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程度、膠結(jié)物性質(zhì)等。2、層理

13、、片理、節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其與剪切方向的關(guān)系。3、結(jié)構(gòu)面的充填物性質(zhì)、充填程度以及試件在采取和制備過程中受擾動(dòng)的情況。4、混凝土與巖石膠結(jié)面的試件，應(yīng)測(cè)定巖石表面的起伏差，并繪制其沿剪切方向 的高度變化曲線。混凝土的配合比，膠結(jié)質(zhì)量及實(shí)測(cè)標(biāo)號(hào)。四、主要儀器設(shè)備：1 、試件制備設(shè)備。2、試件測(cè)量設(shè)備如：游標(biāo)卡尺及位移測(cè)表。3、直剪試驗(yàn)儀。五、試驗(yàn)程序：1 、試件安裝：(1) 將度件置于金屬剪切盒內(nèi)，試件與剪切盒內(nèi)壁之間的間隙以填料填實(shí)，使試件 與剪切盒成為一個(gè)整體。預(yù)定剪切面應(yīng)位于剪切縫中部。(2) 安裝試件中，法向荷載和剪切荷載(或兩者的合力 )應(yīng)通過預(yù)定剪切面的幾何中心。 若測(cè)剪切位移，

14、法向位移測(cè)表和水平位移測(cè)表應(yīng)對(duì)稱布置， 各測(cè)表數(shù)量不宜少于 2 只。2、法向荷載的施加：(1) 在每個(gè)試件，首先應(yīng)分別施加不同的法向應(yīng)力，所施加的最大法向應(yīng)力，不宜 小于預(yù)定的法向應(yīng)力。 (預(yù)定的應(yīng)力或預(yù)定的壓力，一般是指工程設(shè)計(jì)應(yīng)力或工程設(shè)計(jì) 壓力。在確定試驗(yàn)應(yīng)力或試驗(yàn)壓力時(shí)，還應(yīng)考慮巖石或巖體的強(qiáng)度，巖體的應(yīng)力狀態(tài) 以及設(shè)備精度和出力。 )(2) 對(duì)于巖石結(jié)構(gòu)面中具有充填物的試件，最大法向應(yīng)力應(yīng)以不擠出充填物為宜。(3) 不需要固結(jié)的試件，法向荷載一次施加完畢，即測(cè)讀法向位移， 5min 后再測(cè)讀 一次，即可施加剪切荷載。(4) 需固結(jié)的試件，在法向荷載施加完畢后的第一小時(shí)內(nèi)，每隔 15m

15、in 讀數(shù) 1 次， 然后每半小時(shí)讀數(shù) 1 次，當(dāng)每小時(shí)法向位移不超過 0.05mm 時(shí)，即認(rèn)為固結(jié)穩(wěn)定，可 施加剪切荷載。(5) 在剪切過程中，應(yīng)使法向荷載始終保持為常數(shù)。3、剪切荷載的施加方法應(yīng)符合下列規(guī)定： 每個(gè)試驗(yàn)首先應(yīng)分別施加不同的法向應(yīng)力，待其穩(wěn)定后再施加剪切荷載。施加剪 切荷載應(yīng)根據(jù)直剪儀的結(jié)構(gòu)選擇采用平推式或斜推式。兩者均要求法向荷載和剪切荷 載(或兩者的合力)通過預(yù)定剪切面的幾何中心。加荷速度應(yīng)控制在0.50.8MPa/s。4、試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)對(duì)試件剪切面進(jìn)行描述：(1) 準(zhǔn)確量測(cè)剪切面面積；(2) 詳細(xì)描述剪切面的破壞情況，擦痕的分布、方向和長度；(3) 測(cè)定剪切面的起伏差，繪制沿剪切方向斷面高度的變化曲線；(4) 當(dāng)結(jié)構(gòu)面內(nèi)有充填物時(shí)， 應(yīng)準(zhǔn)確判斷剪切面的位置， 并記述其組成成分、 性質(zhì)、 厚度、構(gòu)造。根據(jù)需要測(cè)定充填物的物理性質(zhì)。六、成果整理和計(jì)算：1、試驗(yàn)記錄填于下表：2、試驗(yàn)成果整理應(yīng)符合下列要求：(1)按下列公式計(jì)算各法向荷載下的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力：A、平推法:P/AQ/AB、斜推法：P/A+Qsi nQcos /A式