巖石力學(xué)課程試驗(yàn)指導(dǎo)書102239

1、江西理工大學(xué)巖石力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（適用于采礦、地質(zhì)、土木等專業(yè)）業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室米礦工程教研室、乙刖百試驗(yàn)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(shí)結(jié)構(gòu)和動(dòng)手能力。本指導(dǎo)書是根據(jù)我校巖石力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、并結(jié)合我校的實(shí)驗(yàn)條件而編寫的，主要內(nèi)容有：1、巖石容重的測(cè)定；2、巖石含水率的測(cè)定；3、巖石單軸抗壓強(qiáng)度的測(cè)定；4、巖石變形參數(shù)的測(cè)定;5、巖石單軸抗拉強(qiáng)度的測(cè)定；6、點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定；7、巖石凝聚力及內(nèi)摩擦角的測(cè)定。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(2)中華人民共和國水利部：水利水電工程巖

2、石試驗(yàn)規(guī)程國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM：巖石力學(xué)試驗(yàn)建議方法由于我們水平有限，文中如有不當(dāng)之處，歡迎使用者批評(píng)指正。第一部分緒論4第二部分基本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)6學(xué)生試驗(yàn)守則6試驗(yàn)一巖石容重的測(cè)定7試驗(yàn)二巖石含水率的測(cè)定8試驗(yàn)三巖石單軸抗壓強(qiáng)度的測(cè)定9試驗(yàn)四巖石變形參數(shù)的測(cè)定10試驗(yàn)五巖石單軸抗拉強(qiáng)度的測(cè)定12試驗(yàn)六點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定13試驗(yàn)七巖石凝聚力及內(nèi)摩擦角的測(cè)定（抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)）15第一部分緒論本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書是根據(jù)巖石力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱編寫，適用于采礦工程等專業(yè)。一、本課程室內(nèi)巖石試驗(yàn)的任務(wù)和工作基本要求1、室內(nèi)巖石試驗(yàn)的任務(wù)了解巖塊的基本物理力學(xué)性質(zhì)及其破壞機(jī)制；研究在原巖應(yīng)力的作用下巖石工程或

3、圍巖的工程性狀，為巖石工程的評(píng)價(jià)和工程設(shè)計(jì)提供資料。2、室內(nèi)巖石試驗(yàn)工作基本要求為使試驗(yàn)工作符合實(shí)際情況，保證成果質(zhì)量，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、巖石工程的特點(diǎn)和可能采用的施工方法等基礎(chǔ)上進(jìn)行。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。一般的要求是：(1)規(guī)劃選點(diǎn)階段在充分分析和利用與巖石工程地質(zhì)條件相類似的工程的試驗(yàn)成果基礎(chǔ)上，可根據(jù)實(shí)際情況布置少量的室內(nèi)巖塊試驗(yàn)，通常不做現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。(2)初步設(shè)計(jì)階段初期應(yīng)根據(jù)劃分的工程地質(zhì)單元分別進(jìn)行動(dòng)力法測(cè)試和取代表性試樣進(jìn)行室內(nèi)巖塊試驗(yàn)。對(duì)礦山主要井巷和采場(chǎng)采

4、礦方法方案選擇起重要作用的巖石力學(xué)問題，如主要結(jié)構(gòu)面的變形和穩(wěn)定條件等，必要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行野外試驗(yàn)。中后期，對(duì)關(guān)鍵巖石工程的巖石力學(xué)問題應(yīng)采取室內(nèi)和野外試驗(yàn)相結(jié)合的原則進(jìn)行試驗(yàn)研究，為工程地質(zhì)評(píng)價(jià)和工程設(shè)計(jì)提供可靠的巖石物理力學(xué)特性資料。(3)施工圖設(shè)計(jì)階段一般根據(jù)初步設(shè)計(jì)審查后新發(fā)現(xiàn)的工程地質(zhì)問題，地壓處理的需要等，進(jìn)行專門性的試驗(yàn)。為了解巖體性狀的變化和為工程地質(zhì)預(yù)報(bào)提供資料，在施工過程和轉(zhuǎn)運(yùn)期間，應(yīng)對(duì)關(guān)鍵部位的巖體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。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。布置室內(nèi)巖塊試驗(yàn)的一般要求(1)作

5、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(chǎng)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)和三軸試驗(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)。本課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)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)備的操作掌握教科書上有關(guān)本次試驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容,方法及操作規(guī)程。三、本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目及要求序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類別實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)回每組人數(shù)主要設(shè)備名稱目的和要求1巖石容重的測(cè)定1專業(yè)基礎(chǔ)必修驗(yàn)證6烘箱、干燥器、熔蠟鍋、天平、線

6、、石蠟、水中稱量裝置交實(shí)驗(yàn)報(bào)告2巖石含水率的測(cè)定1專業(yè)基礎(chǔ)必修驗(yàn)證6烘箱、干燥器、天平交實(shí)驗(yàn)報(bào)告3巖石單軸抗壓強(qiáng)度的測(cè)定1專業(yè)基礎(chǔ)必修驗(yàn)證6RMT-150C實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)交實(shí)驗(yàn)報(bào)告4巖石變形參數(shù)即彈性模量E和泊松比科的測(cè)定2專業(yè)基礎(chǔ)必修驗(yàn)證6RMT-150C實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀交實(shí)驗(yàn)報(bào)告5巖石單軸抗拉強(qiáng)度的測(cè)定（巴西劈裂抗拉實(shí)驗(yàn)）1專業(yè)基礎(chǔ)必修驗(yàn)證6RMT-150C實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)交實(shí)驗(yàn)報(bào)告6點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定2專業(yè)基礎(chǔ)必修驗(yàn)證6數(shù)字點(diǎn)荷載儀交實(shí)驗(yàn)報(bào)告7抗剪實(shí)驗(yàn)（C、。測(cè)定）2專業(yè)基礎(chǔ)必修驗(yàn)證6TYS-500巖石三軸試驗(yàn)機(jī)交實(shí)驗(yàn)報(bào)告第二部分基本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)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)

7、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)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)書上所講的操作步驟進(jìn)行試驗(yàn)，每臺(tái)設(shè)備的操作應(yīng)按各設(shè)備的操作準(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(zhǎng)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(zhǎng)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

8、。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(jī)是期終考核成績(jī)的一部分。以上守則同學(xué)們應(yīng)自覺遵守。實(shí)驗(yàn)一、巖石容重的測(cè)定巖石容重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。一、主要儀器設(shè)備：烘箱、干燥器、熔蠟鍋、天平、線、石蠟、水中稱量裝置。二、試件制備：選取有代表性的邊長(zhǎng)約4050mm近似立方體的巖石、選3塊、修平棱角、刷取表面粘著物。三、測(cè)定步驟：1、將試樣放入105110°C的烘箱中烘至恒重（烘干24小時(shí)）后取出、放在干燥器內(nèi)冷卻至室溫、稱重得g2、用線綁住試件、置于剛過熔點(diǎn)的石蠟中12秒鐘提出、檢查試件上，蠟

9、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g2四、結(jié)果計(jì)算:dggg一g2g1-gdsgn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gi（克）蠟封試件在水中重g2（克）試件容重dg（克/厘米3）巖石平均容重do（克/厘米3）備注123實(shí)驗(yàn)二、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。一、儀器設(shè)備

10、：天平、烘箱、干燥箱。二、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46厘米的立方體試件，即稱重得gi,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105110°C烘箱中烘至恒重（烘干24小時(shí)）后取出，放置干燥器中冷卻至室溫，稱重彳導(dǎo)g2。三、測(cè)定結(jié)果計(jì)算：W=5100%g2式中：w巖石天然含水率；g1保持天然水分的試件重量，克；g2烘至恒重的試件重量，克。巖石含水率測(cè)定記錄表試件天然試件烘干試件含巖仃平均件編重量g1重量g2水率W含水率備注號(hào)（克）（克）(%)w（%）123試驗(yàn)三、巖石單向抗壓強(qiáng)度的測(cè)定一、儀器設(shè)備：材料試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺。

11、二、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50X50x100mm的長(zhǎng)方體。三、測(cè)定步驟：1、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)。2、選擇壓力機(jī)度盤（量程）：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，KN3、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，以（0.51.0MPa）/秒的速度加載直至破壞。注：如用RMT-150C電液伺服壓力機(jī)加載，則按其操作手冊(cè)正確操作，從控制電腦中獲取Pmax四、測(cè)定結(jié)果的計(jì)算：試

12、件的抗壓強(qiáng)度：R=PF式中：R試件抗壓強(qiáng)度，MPaP試件破壞載荷即Pmax,N2F試件面積，mm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123試驗(yàn)四、巖石變形參數(shù)測(cè)定（彈性模量E和泊松比科）一、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。二、試件與抗壓強(qiáng)度測(cè)定試件的要求相同。三、測(cè)定步驟：將數(shù)字電阻應(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0.51.0MPa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。

13、直至破壞。注：如用RMT-150C電液伺服壓力機(jī)加載，則按其操作手冊(cè)正確操作，從控制電腦屏幕中獲取載荷,從數(shù)字電阻應(yīng)變儀上讀取應(yīng)變值。四、測(cè)定結(jié)果的計(jì)算與整理：1、應(yīng)力按下式計(jì)算：P（T=F式中：b應(yīng)力，MPa;P與應(yīng)變對(duì)應(yīng)的載荷，N;2F試件初始面積，mm。2、體積應(yīng)變按下式計(jì)算；：=；i-2（式中：%體積應(yīng)變值；可一縱向應(yīng)變值；%橫向應(yīng)變值。3、繪制應(yīng)力一縱向應(yīng)變曲線；應(yīng)力一橫向應(yīng)變曲線；應(yīng)力一體積應(yīng)變曲線。4、根據(jù)破壞載荷計(jì)算單軸抗壓強(qiáng)度（TCPC二一F式中：P破壞載荷，N2F試件初始面積，mm。5、在應(yīng)力一縱向應(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。6、在應(yīng)力一

14、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）。7、根據(jù)應(yīng)力一縱向應(yīng)變和應(yīng)力一橫向應(yīng)變曲線上對(duì)應(yīng)直線段部分縱向和橫向應(yīng)變的平均值計(jì)算泊松比；i式中：力一一應(yīng)力一橫向應(yīng)變曲線上對(duì)應(yīng)直線段部分應(yīng)變的平均值。應(yīng)力一縱向應(yīng)變曲線上對(duì)應(yīng)直線段部分應(yīng)變的平均值。變形參數(shù)測(cè)定紀(jì)錄表格試件長(zhǎng)mm、寬mm、直徑mm、面積mm2。序號(hào)縱向柿載PN縱向應(yīng)力仃MPa縱向應(yīng)變a橫向應(yīng)變Sd體積應(yīng)變近1234567891011121314151617181920E50=Et=試驗(yàn)五、巖石抗拉強(qiáng)度的測(cè)定(劈裂法)一、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。二、試件規(guī)格：標(biāo)準(zhǔn)試件采用圓盤形，直徑50mm、

15、厚25mm；也可采用50X50X50mm方形試件。三、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0.030.05MPa的速度加載直至破壞。四、測(cè)定結(jié)果計(jì)算：RL=2P3.14DL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L123試驗(yàn)六、點(diǎn)荷

16、載強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定一、概述：巖石的點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)，可換算成抗拉或抗壓強(qiáng)度。由于測(cè)點(diǎn)載荷指標(biāo)的設(shè)備輕巧，便于現(xiàn)場(chǎng)工作,試驗(yàn)成本低廉、時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，所以此法精度雖然較常規(guī)試驗(yàn)低，但仍有其使用價(jià)值。尤其對(duì)于嚴(yán)重風(fēng)化的低強(qiáng)度巖石，易于測(cè)出點(diǎn)載荷指標(biāo)，此法更有實(shí)際意義。試樣備制：巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)試驗(yàn)（如圖所示），試樣有圓柱形或不規(guī)則形兩種，前者加載有軸向與徑向兩種，而以徑向加載常用，其加載點(diǎn)離自由端的距離，不應(yīng)小于試樣直徑的0.7倍。不規(guī)則形須將試樣修整成橢圓型或卵狀。為保證數(shù)據(jù)的精度，圓柱形試樣一般不少于10件，不規(guī)則形不少于15件。徑向試驗(yàn)（b）軸向試舞g不拐則巖塊試驗(yàn)巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)測(cè)定示意圖（a）徑向加載（b）軸向加載（c）不規(guī)則試樣加載、設(shè)備儀器：點(diǎn)載荷儀（如圖），游標(biāo)卡尺等。加載架千斤頂點(diǎn)荷載試驗(yàn)裝置四、試驗(yàn)方法:將試樣放在點(diǎn)載荷儀的兩壓頭之間，啟動(dòng)油泵加載，直到試樣斷裂為止，同時(shí)記錄下巖石斷裂時(shí)的載荷。巖石斷裂面經(jīng)過兩壓點(diǎn)處，試驗(yàn)有效。如果巖石斷裂面未經(jīng)過兩壓點(diǎn)處或壓頭陷入巖石中，則認(rèn)為試驗(yàn)數(shù)據(jù)無效。五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析整理：(1)點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)按下式計(jì)算PIs=-2y式中：Is點(diǎn)載荷強(qiáng)度指標(biāo)(MPa);P試樣斷裂載荷(N);y上下壓頭間距(mm)。(2)點(diǎn)載荷指標(biāo)和抗拉強(qiáng)度5的關(guān)系如下：