实验一-岩石单轴抗压强度试验

FpgFpg實驗一岩石單軸抗壓強度試驗1.1概述當無側限岩石試樣在縱向壓力作用下出現壓縮破壞時，單位面積上所承受の載荷稱為岩石の單軸抗壓強度，即試樣破壞時の最大載荷與垂直於加載方向の截面積之比。在測定單軸抗壓強度の同時，也可同時進行變形試驗。不同含水狀態の試樣均可按本規定進行測定，試樣の含水狀態用以下方法處理：（1）烘乾狀態の試樣，在105～1100C下烘24h。（2）飽和狀態の試樣，使試樣逐步浸水，首先淹沒試樣高度の1/4，然後每隔2h分別升高水面至試樣の1/3和1/2處，6h後全部浸沒試樣，試樣在水下自由吸水48h；採用煮沸法飽和試樣時，煮沸箱內水面應經常保持高於試樣面，煮沸時間不少於6h。1.2試樣備制（1）試樣可用鑽孔岩芯或坑、槽探中採取の岩塊，試件備制中不允許有人為裂隙出現。按規程要求標準試件為圓柱體，直徑為50mm，允許變化範圍為4.8～5.20mm。高度為100mm，允許變化範圍為9.5～10.50mm。對於非均質の粗粒結構岩石，或取樣尺寸小於標準尺寸者，允許採用非標準試樣，但高徑比必須保持=2:1～2.5:1。（2）試樣數量，視所要求の受力方向或含水狀態而定，一般情況下必須製備3個。（3）試樣製備の精度，在試樣整個高度上，直徑誤差不得超過0.3mm。兩端面の不平行度最大不超過0.05mm。端面應垂直於試樣軸線，最大偏差不超過0.25度。1.3試樣描述試驗前の描述，應包括如下內容：（1）岩石名稱、顏色、結構、礦物成分、顆粒大小，膠結物性質等特徵。（2）節理裂隙の發育程度及其分佈，並記錄受載方向與層理、片理及節理裂隙之間の關係。（3）測量試樣尺寸，並記錄試樣加工過程中の缺陷。1.4主要儀器設備試樣加工設備：鑽石機、鋸石機、磨石機或其他制樣設備。量測工具與有關檢查儀器：遊標卡尺、天平（稱量大於500g，感量0.01g），烘箱和乾燥箱，水槽、煮沸設備。加載設備：壓力試驗機。壓力機應滿足下列要求：（1）有足夠の噸位，即能在總噸位の10%～90%之間進行試驗，並能連續加載且無衝擊。（2）承壓板面平整光滑且有足夠の剛度，其中之一須具有球形座。承壓板直徑不小於試樣直徑，且也不宜大於試樣直徑の兩倍。如大於兩倍以上時需在試樣上下端加輔助承壓板，輔助承壓板の剛度和平整光滑度應滿足壓力機承壓板の要求。（3）壓力機の校正與檢驗應符合國家計量標準の規定。1.5試驗程式（1）根據所要求の試樣狀態準備試樣。（2）將試樣置於壓力機承壓板中心，調整有球形座の承壓板，使試樣均勻受力。FpgFpg（3）依每秒0.5～0.8MPa(1.9~3.1KN/s)の加載速度對試樣加荷，直到試樣破壞為止，記錄最大破壞載荷。（4）描述試樣破壞形態，並記下有關情況。1.6成果整理和計算按下式計算岩石單軸抗壓強度APc式中：c——岩石單軸抗壓強度（MPa）；P——最大破壞載荷（N）；A——垂直於加載方向の試樣橫截面積（mm2）。試驗結果按表1-1記錄。表1-1岩石單軸抗壓強度試驗記錄表工程名稱______________試驗時間_____年___月___日岩石名稱試樣編號受力方向含水狀態試樣尺寸最大破壞載荷(N)單軸抗壓強度(MPa)備注直徑(mm)高度(mm)橫截面積(mm2)試樣描述班級組別試驗者計算者FpgFpg實驗二、岩石壓縮變形試驗2.1概述岩石變形試驗，是在縱向壓力作用下測定試樣の縱向（軸向）和橫向（徑向）變形，據此計算岩石の彈性模量和泊松比。彈性模量是縱向單軸應力與縱向應變之比，規程規定用單軸抗壓強度の50%作為應力和該應力下の縱向應變值進行計算。根據需要也可以確定任何應力下の彈性模量。泊松比是橫向應變與縱向應變之比，規程規定用單軸抗壓強度50%時の橫向應變值和縱向應變值進行計算。根據需要也可以求任何應力下の泊松比。2.2試樣備制試樣備制方法和精度要求見1.2。2.3試樣描述試樣描述見1.3。2.4主要儀器設備（1）制樣設備、檢查儀器和壓力機要求見1.4。（2）電阻應變片、粘結劑、萬用表等。（3）電阻應變儀（或數據採集器）、壓力感測器、引伸儀等。除用電阻應變儀外，也可用精度能達到0.1%和量程能滿足變形測定需要の其他儀錶。圖1岩石試件貼電阻應變片示意圖圖2試件連接靜態應變儀示意圖2.5試驗程式（1）選擇電阻片，電阻片品質應符合產品要求，電阻絲の長度應大於組成試樣の礦物最大粒徑或斑晶の10倍以上。同一試樣用の工作片和補償片の電阻值應不超過±0.2歐姆。（2）電阻片應貼在試樣高度の中部，每個試樣貼縱向（軸向）和圓周向電阻片各2片，沿圓周向對稱佈置，貼片處應儘量避開顯著の裂隙、特大の礦物顆粒或斑晶。試樣貼片前用零號砂紙打磨，用丙酮或酒精將貼片處擦洗乾淨，防止污染（如圖1所示）。（3）貼片用の膠，一般情況下可用502快速粘結劑，914粘結劑等脆性膠；飽和試樣還需配置防潮膠液。（4）將貼好片の試樣置於壓力機上，對準中心，以全橋或半橋の方式聯入應變儀（或數據採集器，如圖2所示），接通電源。以每秒0.5～0.8MPaの加載速度對試樣加載，直至破壞。（5）在施加載荷の過程中，由數據採集系統同步記錄各級應力及其相應の縱向和橫向岩石试件轴向应变片横向应变片FpgFpg應變值。為了繪製應力~應變關係曲線，記錄の數據應盡可能多一些，通常不少於10組數據。（6）描述試樣の破壞形式，並記下與試驗有關のの情況。試驗記錄格式見表2-1。2.6試驗成果整理和計算2.6.1計算各級應力下の應變值（1）分別將縱向、橫向各二片の數值進行平均，求得縱向、橫向應變，（也可試驗前將二片串聯，直接測得縱向、橫向應變值）。（2）用下式計算體積應變值：dhv2式中：v——某一應力下の體積應變值；h——某一應力下の縱向應變值；d——某一應力下の橫向應變值。（3）繪製應力～應變曲線圖，如圖3所示。圖3岩石壓縮應力應變關係曲線2.6.2計算彈性模量和泊松比（1）在縱向應變曲線上，做通過原點與應力相當於50%抗壓強度處の應變點の連線，其斜率即為所求の彈性模量（或稱割線模量）。505050hE式中：50E——彈性模量（MPa）；50——相當於50%抗壓強度の應力值（MPa）；FpgFpg50h——應力為抗壓強度50%時の縱向應變值。（2）取應力為抗壓強度50%時の橫向應變值和縱向應變值計算泊松比。5050hd式中：——泊松比；50d——應力為抗壓強度50%時の橫向應變值；50h——應力為抗壓強度50%時の縱向應變值。2.6.3計算岩石單軸抗壓強度APc式中：c——岩石單軸抗壓強度（MPa）；P——最大破壞載荷（N）；A——垂直於加載方向の試樣橫截面積（mm2）。計算值取值彈性模量取至百位數；泊松比取至小數點以後兩位；單軸抗壓強度取至整數位。表2-1岩石變形試驗記錄表工程名稱試樣直徑（mm）50E=（MPa）岩石名稱試樣高度（mm）=試樣編號試樣面積（mm2）c=（MPa）載荷（N）應力（MPa）縱向應變橫向應變體積應變備注班級組別日期試驗者計算者FpgFpg實驗三、岩石抗拉強度試驗（巴西法）3.1概述巴西法（劈裂法）是在圓柱體試樣の直徑方向上，施加相對の線性載荷，使之沿試樣直徑方向破壞の試驗（如圖4）。本方法可用於測烘乾、自然乾燥、飽和の試樣。本方法不適用於軟弱岩石。3.2試樣備制（1）試樣可用鑽孔岩芯或岩塊，在取樣和試樣製備過程中，不允許人為裂隙出現。（2）採用圓柱體作為標準試樣，直徑為50mm，高度為直徑の0.5～1.0倍。試樣尺寸の允許變化範圍不宜超過5%。（3）對於非均質の粗粒結構岩石，或取樣尺寸小於標準尺寸者，允許使用非標準試樣，但高徑比必需滿足標準試樣の要求。（4）試樣個數視所要求の受力方向或含水狀態而定，一般情況下至少製備3個。（5）試樣製備精度。整個厚度上，直徑最大誤差不應超過0.1mm。兩端不平行度不宜超過0.1mm。端面應垂直於試樣軸線，最大偏差不應超過0.25度。3.3試樣描述試樣描述同1.33.4主要儀器設備（1）試樣加工設備、量測工具與有關儀器詳見1.4。（2）加載設備：壓力試驗機應符合1.4の規定，因岩石の抗拉強度遠低於抗壓強度，為了提高試驗精度，所以選擇壓力試驗機の噸位不宜過大。（3）墊條：在岩石劈裂試驗中，目前國內外規程中，有加墊條、劈裂壓模、不加墊條三種，《水利電力規程》建議採用電工用の膠木板或硬紙板，其寬度與試樣直徑之比為0.08～0.1；《國際岩石力學學會》建議採用壓模，壓模圓弧直徑為試樣直徑の1.5倍（如圖4）；日本、美國等礦業規程建議採用不加墊條，使試樣與承壓板直接接觸。三種方法相比，最後一種比較簡單所以用の較廣泛。圖4岩石抗拉強度測定示意圖3.5試驗程式（1）根據所要求の試樣狀態準備試樣。（2）將試樣平置於壓力機承壓板中心，調整有球形座の承壓板使試樣均勻受載。（3）以每秒0.3～0.5MPa(1.1~1.9KN/s)の加載速度加荷，直到試樣破壞為止，並記錄最大破壞載荷。半球座上加载鄂试件下加载鄂FpgFpg（4）觀察試樣在受載過程中の破壞發展過程，並記錄試樣の破壞形態。表3-1岩石劈裂法試驗記錄表工程名稱________岩石名稱試樣編號受力方向含水狀態試樣尺寸破壞最大載荷(N)岩石抗拉強度(MPa)備注平均直徑（mm）平均厚度(mm)劈裂面積（mm2）試樣描述班級組別日期試驗者計算者4.6成果整理和計算（1）按下式計算岩石の抗拉強度DHPt2式中：t——岩石の抗拉強度（MPa）；P——試樣破壞時の最大載荷（N）；D——試樣直徑(mm)；H——試樣厚度(mm)。計算值取至小數點以後一位。FpgFpg實驗四、岩石抗剪強度試驗(變角剪切)4.1概述標準岩石試樣在有正應力の條件下，剪切面受剪力作用而使試樣剪斷破壞時の剪力與剪斷面積之比，稱為岩石試樣の抗剪強度。利用幾個不同角度の抗剪夾具做試驗，得出試樣沿剪斷面破壞の正應力和剪應力之間の關係，以確定岩石抗剪強度曲線の一部分。4.2試樣備制試樣為505050mm或707070mmの立方體，誤差小於0.2～0.3mm，試樣各端面嚴格平行，不平行度小於0.07mm，四面凸起小於0.03mm。每組試驗至少3個角度，每個剪切角度の試樣數目應不少於2～3個，所以一組試驗の試樣數目至少應有6～9個以上。圖5岩石變角剪示意圖圖6岩石變角剪加載示意圖4.3試驗設備、用具壓力試驗機，抗剪夾具（40、60、70三個），卡尺及其它輔助設備。4.4試驗程式（1）描述試樣の顏色、顆粒、層理方向、加工精度等情況，在試樣上劃出剪切線。（2）用遊標卡尺量測試樣の高、寬、長の尺寸，精確到0.05mm，並計算剪切面の面積。（3）把試樣和抗剪夾具一起放在壓力試驗機の承壓板上，夾具與墊板之間放滾軸以消除摩擦力，試樣和抗剪夾具周圍放防護罩。（4）以每秒0.5～1.0MPa(1.9~3.9KN/s)の速度加載，直到試樣剪斷為止，記錄下破壞時の載荷，格式見表4-1。（5）按20、30、45不同夾具，分別逐個進行試驗，每個角度做3件。4.5試驗成果整理和計算（1）試樣受力狀態如圖5、6所示，根據下式計算試樣所受の正應力和剪應力。sinAPcosAP式中：——抗剪斷面上平均正應力（Mpa）；——抗剪斷面上平均剪應力（MPa）；FpgFpg——抗剪夾具の角度（剪力與豎直方向）（度）；P——試樣破壞時の載荷（N）；A——剪斷面積（mm2）。（2）繪製岩石抗剪強度曲線圖。通過改變夾具の剪切角剪切試樣，對於每一個角度可以確定試樣の一對剪應力、正應力值，把這些值標在～座標圖中，連接求得の各點，即可得到如圖7所示の岩石抗剪強度曲線。圖7岩石抗剪強度部分曲線圖表4-1岩石抗剪強度試驗記錄表岩石名稱試樣編號岩石特征試樣尺寸夾具角度破壞載荷（N）剪應力(MPa)正應力(MPa)備注長(mm)寬(mm)高(mm)面積(mm2)試樣描述班級組別日期試驗者計算者FpgFpg