岩石力学实验指导书

岩石力学实验指导书修订版前言试验是岩石力学课程教学的重要环节，目的在于辅助课堂教学，直观培养学生的知识结构和动手能力。本指导书是根据我校“2005年教学大纲”，并结合我校的实验条件而编写，主要内容有：1、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验；2、岩石比重试验；3、岩石密度试验；4、岩石耐崩解试验5、岩石膨胀试验；6、岩石冻融试验；7、岩石单轴抗压强度试验，8、岩石压缩变形试验，9、岩石抗拉强度试验(巴西法)，10、岩石抗剪强度试验(变角剪法)，11、岩石三轴压缩及变形试验，12、岩石弱面抗剪强度试验，13、岩石点载荷指数测定试验，14、岩石纵波速度测定试验，15、岩石力学伺服控制刚性试验；16、岩石声发射试验。本指导书的内容主要参照《水利水电工程岩石试验规程》（SL264-2001）；《水利电力工程岩石试验规程》DLJ204-81，SLJ2-81；同时参考了国际岩石力学会《岩石力学试验建议方法》，中华人民共和国国家标准《岩石试验方法标准》以及《露天采矿手册》等，由于我们水平有限，文中如有不当之处，欢迎读者批评指正。编者：王宝学、杨同、张磊2007年12月目录岩石物理性质试验......................................................................................................1一、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验..................................................1二、岩石比重(颗粒密度)试验....................................................................................3三、岩石密度试验......................................................................................................6四、岩石耐崩解试验................................................................................................10五、岩石膨胀试验....................................................................................................12六、岩石冻融试验....................................................................................................15岩石力学性质试验....................................................................................................18七、岩石单轴抗压强度试验....................................................................................18八、岩石压缩变形试验............................................................................................20九、岩石抗拉强度试验（巴西法）........................................................................24十、岩石抗剪强度试验(变角剪切)..........................................................................27十一、岩石三轴压缩及变形试验............................................................................29十二、岩石弱面剪切强度试验................................................................................37十三、点载荷指数的测定........................................................................................40十四、岩石纵波速度测定........................................................................................42十五、岩石力学伺服控制刚性试验........................................................................43十六、岩石声发射试验............................................................................................46岩石力学试验指导书1岩石物理性质试验一、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验1.1概述岩石的天然含水率是指试样在大气压力和室温条件下，天然条件下岩石自身所含有的水的质量与试样固体质量比的百分率。岩石吸水率是试样在大气压力和室温条件下，岩石吸入水的质量与试样固体质量比的百分率。本规程采用自由浸水方式求岩石吸水率。岩石饱和吸水率，是试样在强制状态下，岩石的最大吸水质量与试样固体质量比的百分率。本规程采用煮沸法或真空抽气法求岩石饱和吸水率。1.2试样制备（1）规则试样的形态，可以用圆柱体、立方体或方柱体，根据密度试验后的其他实验要求选择。（2）不规则试样采用边长4～6cm近似立方体的块体，凸出的边棱部分必须进行处理；试样数量，每组取3个。1.3试样描述（1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小、胶结物质等特征。（2）节理裂隙的发育程度及其分布。（3）试样形态及缺角，掉棱角等现象。1.4主要仪器设备（1）钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。（2）烘箱和干燥器。（3）称量大于500g，感量为0.01g的天平。（4）真空抽气机和煮沸设备。1.5试验程序1.5.1岩石天然含水率试验（1）在天然状态下制备试件，清除试样上的尘土和松动颗粒，称其质量。（2）将试样置于烘箱中，在105～110C的温度下烘24h，取出后，即放入干燥器内，冷却至室温后称重。岩石力学试验指导书21.5.2岩石的吸水率及饱和吸水率（1）清除试样上的尘土和松动颗粒。（2）将试样置于烘箱中，在105～110C的温度下烘24h，取出后，即放入干燥器内，冷却至室温后称重。（3）使试样逐步浸水，首先淹没试样高度的1/4，然后每隔2h分别升高水面至试样的1/2和3/4处，6h后全部浸没试样。（4）试样在水下自由吸水48h，取出后擦去表面水分，称重。（5）用煮沸法或真空抽气法对试样进行强制饱和。（6）采用煮沸法饱和试样时，煮沸箱内水面应经常保持高于试样面，煮沸时间不应少于6h。（7）采用真空抽气法饱和试样时，抽气的真空度须达到740mm以上的水银柱负压力，抽气时间不得少于4h，或者抽至不再发生气泡为止。（8）经过煮沸法或真空抽气的试样，应放置在原容器中冷却至室温或在正常压力下静置4h，然后擦去表面水分，称重。1.6成果整理和计算（1）按以下诸式计算岩石天然含水率、吸水率、饱和吸水率和开型空隙率100ddoommm100ddaammm100ddssmmm式中：o、a、s——岩石天然含水率、吸水率、饱和吸水率，（）；、、om、dm、am、sm——岩石天然质量、烘干质量、浸水48h质量和强制饱和质量，（g）；（2）计算值取小数点以后两位。岩石力学试验指导书3表1-1岩石天然含水率、吸水率和饱和吸水率记录表工程名称__________岩石名称试样编号烘干质量dm（g）天然质量om（g）试样全部浸水48小时后质量am（g）试样煮沸或真空抽气后质量sm（g）天然含水率o（%）吸水率a（%）饱和吸水率s（%）备注班级组别日期试验者计算者二、岩石比重(颗粒密度)试验2.1概述岩石比重试验是试样干重与同体积4C时的蒸馏水重量的比值（岩石颗粒密度是岩石固相物质的质量与体积的比值，在数值上与比重相同）。本指导书主要介绍采用比重瓶法测定岩石比重。除含有水溶性矿物的岩石用煤油测定外，其余岩石均采用蒸馏水测定，采用煤油测定时的方法与采用蒸馏水测定的方法一致。2.2试样制备（1）用于测定比重的试样需破碎成岩粉，使之全部通过0.25mm筛孔。（2）对于非磁性岩石，采用高强度耐磨的优质钢磨盘粉碎，并用磁铁块吸去铁屑。（3）对于磁性岩石，根据岩石的坚硬程度，分别采用磁研体或玛瑙研体粉碎样品。2.3试样描述试样粉碎前的描述，包括：岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小和胶结物性质。2.4主要仪器设备（1）粉碎机，研体，孔径为0.25mm筛。岩石力学试验指导书4（2）称重为200g，感量0.001g的天平。（3）烘箱和干燥器。（4）真空抽气机和煮沸设备。（5）恒温水槽和砂浴。（6）容积100ml或50ml的比重瓶。2.5试验程序（1）将制备好的试样，置于105～110C下烘12h，然后放在干燥器内冷却至室温。（2）将比重瓶置于105～110C下烘12h，然后放在干燥器内冷却至室温。（3）将比重瓶编号，并称其质量。（4）用四分法取两个试样，每个试样15g左右（用100ml比重瓶）或10g左右（用50ml比重瓶）。（5）将取好的试样通过漏斗倒入编好号码的比重瓶内，然后称比重瓶和试样的质量。（6）向比重瓶内注入蒸馏水至比重瓶容积的一半处。（7）采用煮沸法或真空抽气法排除气体。（8）采用煮沸法排除气体时，煮沸时间在加热沸腾以后，不得少于1h。（9）采用真空抽气法排除气体时，抽气的真空度须达到740mm以上的水银柱负压力，抽气时间维持1～2h，或抽至不再发生气泡为止。（10）不论采用煮沸法或真空抽气法排除试样气体时，均按同样的方法配制未放试样的蒸馏水。（11）试样排气之后，把煮沸或经真空抽气的蒸馏水注入比重瓶至近满，然后置于恒温水槽内，使瓶内温度保持稳定并使上部悬液澄清。（12）塞好瓶塞，使多余水分自瓶塞毛细孔中溢出，将瓶外擦干，称瓶、水、试样合重。（13）倒掉试液，洗净比重瓶。注入与（11）项中同温度的蒸馏水至满，按（11）、（12）两款称瓶、水合重。（14）本试验称重精度，要求准确至0.001g。2.6成果整理和计算2.6.1按下式计算岩石比重osssgggg21式中：s——岩石比重；岩石力学试验指导书5sg——试样干重（g）；1g——瓶、水合重（g）;2g——瓶、水、试样合重（g）；o——与试验温度同温的蒸馏水的比重。2.6.2蒸馏水的比重，按下列方法求得：表2-1tC下蒸馏水的比重0值tC0tC0tC0tC0tC041．000000110．999633180．998623250．997074320．99505450．999992120．999525190．998433260．996813330．99473160．999968130．999404200．998232270．996542340．99439970．999930140．999271210．998021280．996262350．99405980．999876150．999127220．997799290．99597490．999809160．998970230．997567300