巖石力學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書

實(shí)驗(yàn)一、巖石變形試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康谋驹囼?yàn)?zāi)康脑谟跍y(cè)定規(guī)那么巖石試件在單軸壓縮應(yīng)力狀態(tài)下的縱向和橫向變形，據(jù)此計(jì)算巖石的彈性模量和泊松比。彈性模量分為初始彈性模量，割線彈性模量和切線彈性模量。它們均由試驗(yàn)結(jié)果繪制的應(yīng)力~應(yīng)變曲線確定。泊松比是指單向壓縮條件下橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比；對(duì)于巖石，一般用應(yīng)力~應(yīng)變曲線近于直線段平均縱向應(yīng)變與相應(yīng)應(yīng)力段平均橫向應(yīng)變計(jì)算。二、試驗(yàn)方法目前，實(shí)驗(yàn)室廣泛采用電測(cè)法測(cè)定巖石變形。即用轉(zhuǎn)換元件將待測(cè)非電量的變形轉(zhuǎn)換成電量輸入電子儀器進(jìn)行測(cè)量。1、實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備和備品序號(hào)名稱規(guī)格單位數(shù)量1制樣設(shè)備套12壓力試驗(yàn)機(jī)YE—1000臺(tái)13靜態(tài)電阻應(yīng)變儀YJ—31臺(tái)14萬(wàn)用表臺(tái)15應(yīng)變片3*5mm片86501膠KH—501瓶17卡尺砂紙電線等2、試件制備及尺寸測(cè)量采用圓柱體試件，試件直徑50mm，高100mm?！?〕沿試件高度，直徑的誤差不超過(guò)0.03cm試件兩端面不平行度誤差，最大不超過(guò)0.005cm；端面應(yīng)垂直于軸線，最大偏差不超過(guò)0.25°；直徑應(yīng)沿試件整個(gè)高度上分別量測(cè)兩端面和中點(diǎn)三個(gè)斷面的直徑，取其平均值作試件直徑；高度應(yīng)在兩端等距取三點(diǎn)量測(cè)試件的高，取其平均值，作為試件的高，同時(shí)檢驗(yàn)兩端面的不平整度。尺寸測(cè)量、均應(yīng)精確到0.1mm。3、試件描述〔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〕加荷方向與巖石試件內(nèi)層理、節(jié)理、裂隙的關(guān)系及試件加工中出現(xiàn)的問(wèn)題；4、電阻應(yīng)變片粘貼〔1〕．選擇適宜的應(yīng)變片待用。同一組所用的應(yīng)變片應(yīng)是同一包裝袋中的，并且兩片之間的電阻值相差不應(yīng)超過(guò)0.5歐姆。軸線在應(yīng)變片底座上標(biāo)出。在拿取和擺放應(yīng)變片時(shí)，注意不要用手接觸應(yīng)變片的底座，也不要與其它未經(jīng)清洗的物體接觸，以免造成污染。禁止用鑷子或其他堅(jiān)硬的器具夾持敏感柵局部，防止人為損傷應(yīng)變片?！?〕．用細(xì)沙布打磨試件需要粘貼應(yīng)變片外表。打磨方向與貼片方向成交叉450，面積約為5×10mm2。〔3〕．用棉球蘸少量丙酮(酒精)擦洗貼片位置，棉球臟了再換一個(gè)，只到棉球不變色為止。用鉛筆畫出貼片位置的方位線，然后在用棉球擦一次。此后，被清洗的外表不能與其它不清潔的物體接觸?！?〕．左手捏住應(yīng)變片的引出線，右手拿501〔或502〕粘結(jié)劑瓶，在應(yīng)變片上涂上一薄層粘結(jié)劑。迅速將應(yīng)變片平放于粘貼位置，稍稍移動(dòng)應(yīng)變片，讓粘結(jié)劑均勻分布在整個(gè)粘貼面上，并使應(yīng)變片的軸線對(duì)準(zhǔn)試件的定位線，將一小片塑料布蓋在應(yīng)變片上，用大母指擠壓應(yīng)變片一分鐘，壓時(shí)不能使應(yīng)變片錯(cuò)動(dòng)。輕輕揭開薄膜，檢查應(yīng)變片的顏色，如發(fā)現(xiàn)小塊白色，說(shuō)明有氣泡存在，應(yīng)用劃針占少量膠水沿應(yīng)變片邊緣涂抹，膠水很快就滲進(jìn)氣泡中。再次墊上薄膜用拇指劑壓，直到應(yīng)變片全部顏色均勻?！?〕．用萬(wàn)用表檢查應(yīng)變片的電阻值應(yīng)與粘貼前一致。如有電阻變大或變小者，應(yīng)檢查應(yīng)變片有無(wú)斷路或短路，假設(shè)應(yīng)變片已損壞，應(yīng)將應(yīng)變片鏟去重貼，步驟同前?！?〕．把接線端子用膠水粘貼在應(yīng)變片引出線附近，用塑料套或絕緣帶把應(yīng)變片引出線進(jìn)行絕緣處理，用膠帶把上好錫的塑料導(dǎo)線固定于試件上。先將引線上錫，再將導(dǎo)線與應(yīng)變片引出線的兩對(duì)焊點(diǎn)分別熔接在接線端子上。焊接時(shí)間要盡量短，焊點(diǎn)要求光滑小巧，成球狀?！?〕．在應(yīng)變片的外表涂上一層防潮劑，涂料應(yīng)將整個(gè)應(yīng)變片罩住，最好在試件尚未冷卻時(shí)涂防潮劑。在整個(gè)操作過(guò)程中不要損壞應(yīng)變片及應(yīng)變片的引出線應(yīng)變儀的根本原理、各局部功能及使用方法放大器濾波器A/D數(shù)字顯示測(cè)量橋放大器濾波器A/D數(shù)字顯示測(cè)量橋電壓變換器電源圖1—1靜態(tài)電阻應(yīng)變儀原理框圖應(yīng)變儀是利用金屬材料的特性，將非電量的變化轉(zhuǎn)換成電量變化的測(cè)量?jī)x器，應(yīng)變測(cè)量的轉(zhuǎn)換元件—應(yīng)變片，用粘貼劑將應(yīng)變片牢固地粘在試件上，當(dāng)被測(cè)試件受到外力作用長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)，粘貼在試件上的應(yīng)變片的電阻值也隨著發(fā)生了變化，這樣就把機(jī)械量—變形轉(zhuǎn)換成電量〔電阻值的變化〕。這個(gè)變化量通過(guò)一定的組橋方式經(jīng)放大器放大，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，就可以直接讀出應(yīng)變值，完成了非電量的電測(cè)。2、儀表各局部功能說(shuō)明靈敏系數(shù)K表定值〔με〕靈敏系數(shù)K表定值〔με〕1.80111111.90105261.95102562.00100002.0597562.1095232.2090912.3086962.4083332.5080002.607692表1—1：靈敏系數(shù)與標(biāo)定值對(duì)應(yīng)表電源線及電源開關(guān)在應(yīng)變儀面板后側(cè)，開關(guān)向上撥動(dòng)，表示儀器接通電源。標(biāo)定、基零、測(cè)量是三位一體琴鍵互鎖開關(guān)，按其中一鍵，表示一種作用，而其它鍵不起作用。靈敏度電位器：根據(jù)應(yīng)變片靈敏系數(shù)不同，可調(diào)節(jié)該電位器使儀器靈敏系數(shù)與應(yīng)變片靈敏系數(shù)一致。當(dāng)靈敏系數(shù)為2時(shí)，標(biāo)定值為-10000με，靈敏系數(shù)與標(biāo)定值關(guān)系如表一所示，當(dāng)應(yīng)變片靈敏系數(shù)為表中未列出的數(shù)值，可通過(guò)插值求得。調(diào)節(jié)靈敏度電位器，使儀器顯示為ε值為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)值。調(diào)零電位器：當(dāng)測(cè)量橋路處于不平衡狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)該電位器使儀器顯示為零。本機(jī)—切換開關(guān)：在本機(jī)測(cè)量時(shí)開關(guān)置“本機(jī)〞狀態(tài)，當(dāng)10點(diǎn)測(cè)量時(shí)開關(guān)置“切換〞狀態(tài)。⑵操作說(shuō)明在半橋測(cè)量時(shí)將D1DD2接線柱用連接片連接起來(lái)并旋緊。將標(biāo)準(zhǔn)電阻分別與A、B、C接線柱相連。接通電源開關(guān)。按下“基零〞鍵儀表顯示“0000〞或“-0000〞〔儀表內(nèi)部已調(diào)好〕。按下“測(cè)量〞鍵，顯示測(cè)量值，將測(cè)量值調(diào)到“0000〞或“-0000〞。按下“標(biāo)定〞鍵儀表顯示-1000附近值，調(diào)節(jié)靈敏度電位器到相應(yīng)值。將“本機(jī)、切換〞開關(guān)置“切換〞狀態(tài)。此時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)電阻去掉，將被測(cè)的各點(diǎn)分別連接到多點(diǎn)對(duì)應(yīng)的A、B、C接線柱上，通過(guò)多點(diǎn)測(cè)量切換開關(guān)，調(diào)節(jié)各點(diǎn)調(diào)零電位器，使之顯示為零后開始測(cè)量。測(cè)量值記錄：采用逐點(diǎn)測(cè)量逐點(diǎn)記錄方式。當(dāng)需要全橋測(cè)量時(shí)，去掉D1DD2接線柱上的連接片。⑶組橋方式圖1—3為半橋組橋方式，圖1—4為全橋組橋方式。四、施加荷載〔1〕開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，使承壓板與試件接觸?！?〕以0.5~0.8MPa/s的速度施加荷載，直至試件破壞或至少超過(guò)抗壓強(qiáng)度之50%，在加壓過(guò)程中，測(cè)記各級(jí)壓力下巖石試件的縱向和橫向應(yīng)變值?！?〕縱向、橫向應(yīng)變值的測(cè)讀：加載時(shí)應(yīng)變儀指示不為零時(shí)需調(diào)整讀數(shù)盤各檔，使讀數(shù)指零，各讀數(shù)即為微應(yīng)變值，正值代表壓縮，負(fù)值代表拉伸，為求得完整的應(yīng)力――應(yīng)變曲線，所測(cè)應(yīng)變值不應(yīng)小于10個(gè)。五、計(jì)算與成果整理1、按下式計(jì)算各級(jí)應(yīng)力值：式中：σ――壓應(yīng)力值〔MPa〕；P――垂直荷載〔N〕；A――試件橫斷面面積〔mm2〕。2、縱制應(yīng)力-縱向應(yīng)變曲線、應(yīng)力-橫向應(yīng)變及應(yīng)力-體積應(yīng)變曲線〔圖4-2〕。體積應(yīng)變按下式計(jì)算：式中：εv——某一級(jí)應(yīng)力下的體積應(yīng)變；εa——同一級(jí)應(yīng)力下的縱向應(yīng)變；εc——同一級(jí)應(yīng)力下的橫向應(yīng)變。計(jì)算巖石彈性變形模量初始彈性模量〔Ei〕由應(yīng)力—應(yīng)變曲線坐標(biāo)原點(diǎn)引該曲線的切線，其斜率即為初始彈性模量式中σi——切線上任意一點(diǎn)的軸向應(yīng)力；〔Mpa〕；εi——對(duì)應(yīng)σi的軸向應(yīng)變。割線彈性模量〔ES〕式中σ50——極限強(qiáng)度σ的50%的軸向應(yīng)力；〔MPa〕；ε50——對(duì)應(yīng)σ50的軸向應(yīng)變。切線彈性模量〔Et〕式中：σZ1――應(yīng)力-縱向應(yīng)變曲線上直線段始點(diǎn)的應(yīng)力值〔MPa〕；σZ2――應(yīng)力-縱向應(yīng)變曲線上直線段終點(diǎn)的應(yīng)力值〔MPa〕；εZ1――應(yīng)力為σZ1時(shí)的縱向應(yīng)變值；εZ2――應(yīng)力為σZ2時(shí)的縱向應(yīng)變值；4、泊松比的計(jì)算式中：——求切線彈性模量的〔〕值；——對(duì)應(yīng)于〔〕的橫向應(yīng)變差。巖石變形模量取3位有效數(shù)字，泊松比計(jì)算值精確至0.01。5、試驗(yàn)記錄變形參數(shù)試驗(yàn)記錄表試件參數(shù)載荷kN應(yīng)力MPa縱向應(yīng)變10-6橫向應(yīng)變10-6體積應(yīng)變直徑高度巖樣描述6、巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線繪制六、試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容1、整理記錄表格；格式如附表。2、根據(jù)記錄資料作應(yīng)力――縱向應(yīng)變；應(yīng)力-橫向應(yīng)變及就力――體積應(yīng)變曲線并計(jì)算變形模量和泊松比值。實(shí)驗(yàn)二：測(cè)定巖石的單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定巖石抗壓強(qiáng)度，了解熟悉巖石的抗壓性能二、試驗(yàn)方法將巖石試件放在壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，試件破壞瞬間受壓面上的極限應(yīng)力值為該巖石的抗壓強(qiáng)度。所用設(shè)備及備品。序號(hào)名稱規(guī)格或型號(hào)單位數(shù)量1壓力試驗(yàn)幾YE—1000N臺(tái)12游標(biāo)卡尺把13百分表檢驗(yàn)臺(tái)個(gè)14放大鏡個(gè)1試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作1、試件制備、描述和尺寸測(cè)量見實(shí)驗(yàn)一“巖石變形實(shí)驗(yàn)〞，每組試件3塊。2、試驗(yàn)步驟將試件置于試驗(yàn)機(jī)承壓板中心，調(diào)整有球形座，使之均勻受載，然后以每秒0.5~1.0MPa的加載速度加荷，直至試件破壞，記下破壞荷載〔P〕。三、計(jì)算結(jié)果按下式計(jì)算巖石的單軸抗壓強(qiáng)度式中：σc――巖石的單軸抗壓強(qiáng)度〔MPa〕；P――破壞荷載〔N〕；A――垂直于加荷方向試件斷面積〔mm2〕。計(jì)算值取3位有效數(shù)字。巖石抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)記錄表巖石抗壓強(qiáng)度測(cè)試記錄巖石名稱：試驗(yàn)日期：年月日巖石名稱試件編號(hào)直徑cm高度cm試件面積cm2載荷kN抗壓強(qiáng)度MPa平均值MPa巖樣描述實(shí)驗(yàn)三、巖石抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定巖石抗拉強(qiáng)度二、試驗(yàn)方法測(cè)定巖石抗拉強(qiáng)度可以采用直接拉伸法和劈裂法。本試驗(yàn)采用劈裂法。1、需用儀器設(shè)備序號(hào)名稱規(guī)格單位數(shù)量1材料試驗(yàn)機(jī)60KN萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)臺(tái)12游標(biāo)卡尺0~15cm把13細(xì)鋼棒或壓條φ1.5~2.5mm或2×2mm根24放大鏡10~20倍個(gè)12、試件制備要求劈裂試驗(yàn)適用于能制成規(guī)那么試件的各類巖石，試件可用巖心或巖塊加工制成。一般采用直徑為48~54mm，高度為直徑的0.5倍，并大于巖石最大顆粒的10倍的園柱體試件。每組試件制備不少于3塊。試件制備的精度應(yīng)満足如下要求：〔1〕沿試件高度，直徑的誤差不超過(guò)0.03cm；〔2〕試件兩端面不平行度誤差，最大不超過(guò)0.005cm；〔3〕端面應(yīng)垂直于軸線，最大偏差不超過(guò)0.25°；3、試件尺寸測(cè)量及描述按試驗(yàn)二中量積法的要求，量測(cè)度樣的直徑，高度或邊長(zhǎng)，并劃出加荷中線。試件描述內(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〕加荷方向與巖石試件內(nèi)層理、節(jié)理、裂隙的關(guān)系及試件加工中出現(xiàn)的問(wèn)題；〔3〕含水狀態(tài)及所使用的方法。4、安裝試件、施加載荷通過(guò)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2根墊條沿加載基線，固定在試件兩端。將試件置于試驗(yàn)機(jī)承壓板中心，調(diào)整球形座，使試件均勻受荷，并使墊條與試件在同一加荷軸線上。以每秒0.3~0.5MPa的加荷速度加荷，直至試件破壞，記錄下破壞荷載，描述試件破壞后的形態(tài)。5、按下式計(jì)算巖石的抗拉強(qiáng)度式中：σt――巖石的抗拉強(qiáng)度〔MPa〕；P――破壞荷載〔N〕；D――試件直徑〔mm〕；l――試件高度〔mm〕。計(jì)算值取3位有效數(shù)字。三、試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容1、整理記錄表格，格式如下表：抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)〔劈裂法〕記錄表試件試驗(yàn)受力試件尺寸〔mm〕破壞荷載P〔N〕抗拉強(qiáng)度〔MPa〕編號(hào)狀態(tài)方向高h(yuǎn)

直徑D單值

平均值五、考前須知1、試件上、下兩根墊條應(yīng)與試件中心面位于同一平面內(nèi)，以免產(chǎn)生偏心荷載。2、破壞面必須通過(guò)上、下兩加荷線，如果只產(chǎn)生局部破壞，須重新試驗(yàn)。六、思考題1、同一巖性的巖石分別用直接拉伸法和劈裂法進(jìn)行試驗(yàn)，如果不考慮其它因素的影響，求得的抗拉強(qiáng)度是否相同？為什么？接拉伸法與劈裂法間的異同點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)五：測(cè)定巖石的剪切強(qiáng)度一、試驗(yàn)?zāi)康膸r石的剪切強(qiáng)度是巖石抵抗剪應(yīng)力破壞的最大能力，本試驗(yàn)通過(guò)規(guī)那么巖石試件變角板法進(jìn)行。變角板法是利用壓力機(jī)施加垂直荷載，通過(guò)一套特制的夾具使試件沿某一剪切面產(chǎn)生剪切破壞，然后通過(guò)靜力平衡條件解析剪切面上的法向壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，從而繪制法向壓應(yīng)力〔σ〕與剪應(yīng)力〔τ〕之關(guān)系曲線，求得巖石的內(nèi)聚力〔c〕和內(nèi)摩擦角〔φ〕。二、試驗(yàn)方法儀器設(shè)備序號(hào)名稱規(guī)格或型號(hào)單位數(shù)量1制樣設(shè)備套12傾斜壓模剪切裝置套13壓力試驗(yàn)機(jī)YE—1000臺(tái)14游標(biāo)卡尺0~15cm把15活動(dòng)扳手把16放大鏡個(gè)1試件制備及描述本試驗(yàn)直徑為5cm，高為5cm的圓柱體試件，每組加工6-9塊，試件加工精度要求：相鄰面間應(yīng)互相垂直，偏差不超過(guò)0.25°；相對(duì)兩面須互相平行，不平行度不得大于0.005cm。試件描述內(nèi)容為：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；加荷方向與巖石試件內(nèi)層理、節(jié)理、裂隙的關(guān)系及試件加工中出現(xiàn)的問(wèn)題。

4、卡尺：精度為0.002cm。3、安裝試件將變角板剪切夾具用繩子栓在壓力機(jī)承壓板間，應(yīng)注意使夾具的中心與壓力機(jī)的中心線相重合，然后調(diào)整夾具上的夾板螺絲，使刻度到達(dá)所要求的角度，將試件安裝于變角板內(nèi)。4、施加載荷開動(dòng)壓力機(jī)，同時(shí)降下壓力機(jī)橫梁，使剪切夾具與壓力機(jī)承壓板接觸上，然后調(diào)整壓力表指針到零點(diǎn)，以每秒0.5-0.8MPa的加荷速度加荷，直至試件破壞，記錄破壞荷載〔P〕。5、破壞試件描述升起壓力機(jī)橫梁，取出被剪破的試件進(jìn)行描述，內(nèi)容包括破壞面的形態(tài)及破壞情況等。6、重復(fù)試驗(yàn)變換變角板夾具的角度〔α〕，一般在45°-70°內(nèi)選擇，本試驗(yàn)裝置角度為46°、54°、61°、70°，取得不同角度下的破壞荷載。7、成果整理〔1〕按下式計(jì)算作用在剪切面上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力：式中：τ――剪應(yīng)力〔MPa〕；σ――正應(yīng)力〔MPa〕；P――試件破壞荷載〔N〕；A――試件剪切面面積〔mm2〕；α――試件放置角度〔變角板角度〕，度；根據(jù)不同傾角α下得到τi和σi值。在σ—τ坐標(biāo)系內(nèi)繪制巖石強(qiáng)度曲線如下圖。根據(jù)巖石強(qiáng)度曲線可以近似得到巖石的內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角φ。方法是：將測(cè)得各傾角下得諸多散點(diǎn)標(biāo)注在σ—τ坐標(biāo)系內(nèi)。線性回歸得到回歸方程即為直線型強(qiáng)度曲線方程?；貧w系數(shù)按下式計(jì)算。相關(guān)系數(shù)：內(nèi)聚力C=a，內(nèi)摩擦角φ=aretgb式中：φ――巖石內(nèi)摩擦角〔°〕；C――巖石的內(nèi)聚力〔MPa〕；σi――第i塊試件的破壞正應(yīng)力〔MPa〕；τi――第i塊試件的破壞剪應(yīng)力〔MPa〕；n――試件塊數(shù)。計(jì)算結(jié)果精確至小數(shù)點(diǎn)后一位?！?〕以剪應(yīng)力〔τ〕為縱坐標(biāo)，法向應(yīng)力〔σ〕為橫座標(biāo)，將每一試件的σ、τ標(biāo)在坐標(biāo)系中，以最正確方法擬合一直線〔強(qiáng)度包絡(luò)線〕，并在圖中求得巖石的內(nèi)摩擦角〔φ〕和內(nèi)聚力〔c〕。以上兩種求內(nèi)摩擦角〔φ〕和內(nèi)聚力〔c〕的方法可任選一種，也可兩種同時(shí)用，以便比擬。三、試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容1、整理記錄表格。2、整理試件描述記錄。巖石抗剪強(qiáng)度記錄巖石名稱：試件編號(hào)剪切角度直徑cm高度cm載荷kN正應(yīng)力MPa剪應(yīng)力MPa123456789內(nèi)聚力內(nèi)摩擦角相關(guān)系數(shù)C=φ=r=四、考前須知1、試驗(yàn)時(shí)夾具周圍應(yīng)用木板或其它板材，護(hù)住壓力機(jī)立柱，以防止試件突然破壞，夾具滑出而打壞壓力機(jī)。

2、在變動(dòng)變角板角度時(shí)，應(yīng)先調(diào)整上剪切板，同時(shí)調(diào)整過(guò)程中要用手托住變角板以防止變角板掉下來(lái)，上剪切板角度整好后，再調(diào)下剪切板，這時(shí)須放一塊四方柱形鐵塊代替試件。實(shí)驗(yàn)五、巖石常規(guī)三軸實(shí)驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康膸r石常規(guī)三軸實(shí)驗(yàn)是將圓柱體規(guī)那么試件置于三維壓應(yīng)力〔σ1＞σ2=σ3＞0〕狀態(tài)，研究其強(qiáng)度特性。測(cè)定其三軸強(qiáng)度，抗剪參數(shù)——內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角φ。二、儀器、裝置1、需儀器設(shè)備序號(hào)名稱規(guī)格單位數(shù)量1壓力試驗(yàn)機(jī)YE—1000N臺(tái)12三軸室臺(tái)13油泵臺(tái)14耐油膠套個(gè)32、三軸室構(gòu)造1—1—壓力機(jī)上壓頭2—三軸室活塞3—三軸室4—油泵進(jìn)油口5—壓力機(jī)下壓板6—試件上封油塞7—封油圈8—巖石試件9—耐油膠套10—試件下封油塞將圓柱體試件兩端放好上、下封油塞，塞入耐油膠套中，兩端用封油圈扎緊，確保試件不與油接觸。將試件放入三軸壓力室內(nèi)，并保證試件軸心線與三軸壓力室軸心線對(duì)準(zhǔn)。開動(dòng)維壓油泵，向三軸室內(nèi)注油，至液面充滿壓力室后關(guān)閉油泵，放好活塞，將油泵控制閥置于最大瀉油位置，施加小的軸向載荷，使活塞與試件端面嚴(yán)密接觸，開動(dòng)油泵和壓力試驗(yàn)機(jī)，施加側(cè)向壓力同時(shí)施加軸向載荷，當(dāng)側(cè)向壓力到達(dá)預(yù)定圍壓時(shí)，以0.5~1MPa/S的應(yīng)力速率施加軸向載荷，直至試件完全破壞，記錄破壞載荷值。四、數(shù)據(jù)處理低圍壓下可將強(qiáng)度曲線簡(jiǎn)化為直線，即直線型強(qiáng)度曲線。將全部散點(diǎn)〔σ3，σ1〕線性回歸，得到回歸系數(shù)數(shù)按下式計(jì)算。相關(guān)系數(shù)：內(nèi)摩擦角φ和內(nèi)聚力C分別按下式計(jì)算：式中：φ――巖石內(nèi)摩擦角〔°〕；C――巖石的內(nèi)聚力〔MPa〕；σ3i――第i塊試件的破壞側(cè)向應(yīng)力〔MPa〕；σ1i――第i塊試件的破壞軸向應(yīng)力〔MPa〕；計(jì)算結(jié)果精確至小數(shù)點(diǎn)后一位。當(dāng)正應(yīng)力為零時(shí)，抗剪強(qiáng)度等于正應(yīng)力C，正應(yīng)力不為零時(shí)，巖石的抗剪強(qiáng)度按下式計(jì)算：τ=C+σtgφ試驗(yàn)六：測(cè)定巖石的點(diǎn)荷載強(qiáng)度一、試驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度〔Is〔50〕〕，作為巖石強(qiáng)度分級(jí)的指標(biāo)之一。也可以推測(cè)與其有關(guān)的其它強(qiáng)度參數(shù)，如單軸抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。二、試驗(yàn)方法采用未經(jīng)加工的巖石試件，在點(diǎn)荷載儀上施加集中壓縮載荷至試件壓裂破壞，點(diǎn)荷載試驗(yàn)儀它包括：〔1〕加載系統(tǒng)，由搖式油泵、承壓框架，球端園錐狀壓板組成。油泵出力一般約為50kN；加載框架應(yīng)有足夠的剛度，要保證在最大破壞荷載反復(fù)作用下不產(chǎn)生永久性扭曲變形；球端園錐狀壓板球面曲率半徑為5mm，園錐的頂角為60°〔見下列圖〕，采用堅(jiān)硬材料制成?！?〕油壓表：量程約為10MPa，其測(cè)量精度應(yīng)保證到達(dá)破壞荷載讀數(shù)〔P〕的2%，整個(gè)荷載測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)能抵抗液壓沖擊和振動(dòng)，不受反復(fù)加載的影響?！?〕標(biāo)距測(cè)量局部：采用0.2mm刻度鋼尺或位移傳感器，應(yīng)保證試件加荷點(diǎn)間的測(cè)量精度達(dá)±0.2mm。2、卡尺或鋼卷尺；3、地質(zhì)錘。三、操作步驟1、試件制備〔1〕試件分組：將肉眼可辨的、工程地質(zhì)特征大致相同的巖石試件分為一組，如果巖石是各向異性的〔如層理、片理明顯的沉積巖和變質(zhì)巖〕，還應(yīng)再分為平行和垂直層理加荷的亞組，每組試件約須15塊?！?〕本試驗(yàn)可用巖芯樣，規(guī)那么或不規(guī)那么巖塊樣，對(duì)不同形狀試件的尺寸要求如下：巖芯徑向試驗(yàn)，試件的徑長(zhǎng)比應(yīng)大于1.0；軸向試驗(yàn)，試件的徑長(zhǎng)比應(yīng)等于或小于1.0；不規(guī)那么巖塊樣，其長(zhǎng)〔L〕、寬〔W〕、高〔h〕應(yīng)盡可能滿足L≥W≥h〔圖9-3d〕，試件高度〔h〕一般控制在0.5~10cm間，使之能滿足試驗(yàn)儀器加載系統(tǒng)對(duì)試件尺寸的要求，另外，試件加荷點(diǎn)附近的巖面要修平整?！?〕根據(jù)試驗(yàn)要求對(duì)試件進(jìn)行烘干或飽水處理。烘干試件：是在105~110℃2、描述試件描述內(nèi)容：除巖性外，重點(diǎn)應(yīng)對(duì)其結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征〔如顆粒粗細(xì)，排列以及節(jié)理、層理等發(fā)育特征〕及風(fēng)化程度等進(jìn)行描述。3、試件尺寸粗測(cè)對(duì)巖芯樣及規(guī)那么樣，分別量測(cè)各試件的長(zhǎng)〔L〕、寬〔W〕、高〔h〕的尺寸；對(duì)不規(guī)那么巖塊樣，可過(guò)試件中心點(diǎn)測(cè)量試件的長(zhǎng)〔L〕、寬〔W〕、高〔h〕的尺寸。4、安裝試件試件安裝前，先檢查試驗(yàn)儀器的上、下兩個(gè)加荷錐頭是否準(zhǔn)確對(duì)中，然后將試件放置試驗(yàn)儀中，搖動(dòng)手搖油泵升起下錐頭，使加荷錐頭與試件的最短邊方向〔即h方向〕緊密接觸，注意讓接觸點(diǎn)盡量與試件中心重合。假設(shè)需要測(cè)定結(jié)構(gòu)面〔層理、片理、節(jié)理等〕的強(qiáng)度，那么應(yīng)確保兩加點(diǎn)的連線在同一結(jié)構(gòu)中，如圖9-4所示。5、加荷試件安裝后，調(diào)整壓力表指針到零點(diǎn)，以在10~60秒鐘內(nèi)能使試件破壞〔相當(dāng)于每秒0.05-0.1MPa〕的加荷速度勻速加荷，直到試件破壞，記下破壞時(shí)的壓力表讀數(shù)〔F〕。6、描述試件破壞的特點(diǎn)正常的試件破壞面應(yīng)同時(shí)通過(guò)上、下兩個(gè)加荷點(diǎn)，如果破壞面只通過(guò)一個(gè)加荷點(diǎn)，如圖9-5所示，便產(chǎn)生局部破壞，那么該次試驗(yàn)無(wú)效，應(yīng)舍棄，破壞面的描述還應(yīng)包括破壞面的平直或彎曲等情況。7、破壞面尺寸測(cè)量試件破壞后，須對(duì)破壞面的尺寸進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的尺寸包括上、下兩加荷點(diǎn)間的距離〔D〕和垂直于加荷點(diǎn)連線的平均寬度〔Wf〕，其方法見圖9-3，圖中分巖芯徑向試驗(yàn)、巖芯軸向試驗(yàn)和不規(guī)那么塊體試驗(yàn)四種情況說(shuō)明了D和Wf的測(cè)量方法，測(cè)量誤差不超過(guò)±0.2mm。8、重復(fù)試驗(yàn)重復(fù)步驟3~7對(duì)其余試件進(jìn)行試驗(yàn)。9、計(jì)算及成果資料整理〔1〕按下式計(jì)算試件破壞荷載式中：P――試件破壞時(shí)總荷載〔N〕；C――儀器標(biāo)定系數(shù)〔為千斤頂?shù)幕钊娣e，mm2〕，一般在各儀器的說(shuō)明書都有該儀器的標(biāo)定系數(shù)供參考；F――試件破壞時(shí)的油壓表讀數(shù)〔MPa〕?！?〕按