岩石力学试验指导书
王 生 编 写
吉林大学
2009 年 5 月 18 日
目
录
前 言
…..………………………………………………….1
实验一
岩石抗压强度实验………………………………….2
实验二
岩石变形（弹性模量与泊松比）实验.....................6
实验三
岩石抗拉强度实验………………………………….12
实验四
岩石抗剪断强度实验……………………………….16
实验五
岩石三轴剪切强度实验…………………………….21
六
试验报告的基本要求………………………………..25
七
问答思考题 ………………………………………..26
前
言
岩体力学是一门基础理论学科，同时也是一门实践性很强的学科。试验课的内 容也是本学期重要的教学环节之一。它不仅是消化和巩固课堂讲授内容的有效途 径，也是以后工作中、工程上常遇见的重要指标。 所以，通过室内岩石力学试验，使同学们更好地巩固和深化理解课堂上所学的 专业理论知识，掌握室内试验的基本原理、方法和步骤，培养同学们动手能力，掌 握试验基本功，进行资料整理，分析试验结果的可靠程度，提交试验报告，都具有 重要的实际意义。 目前，随着国民经济的迅猛发展，建筑工程日趋大型化，地基基础埋深不断增 加。例如，大中型城市高层建筑物、核电站、地铁、公路、铁路线路及隧洞、煤田、 露天开采、石油、冶金、矿山开采、竖井及巷道、筑路、架桥、水利水电、交通运 输、山体边坡、水库坝基、工业与民用建筑和国防建设的需要，对地表及深部的基 岩性质作全面的了解，尤其是近些年建筑石材的开发和利用，都需要有室内试验， 提供试验数据，供设计部门、生产单位合理利用。 目的与意义：岩石力学实验教学是《岩体力学》课程教学计划中实践教学的主 要环节。岩石力学实验教学的目的在于通过实验教学使学生了解并掌握岩石力学性 质实验的基本方法、操作步骤，了解仪器设备的性能，以及使用中的注意问题。同 时培养学生实际动手能力和解决实际问题的工作能力，并通过实验进一步加深理解 岩石力学性质的物理本质，以及力学破坏机理，为以后的生产工作，科学研究奠定 实验工作基础， 岩石抗压、抗拉、抗剪断、岩石三轴试验是岩石力学性质的主要组成部分。 在工程地质实践中，最常用的指标有：岩石的抗压、抗拉、抗剪断强度指标。 在建筑石材中，抗压、抗折（弯）强度，肖氏硬度、光泽度为重要指标。 本学期岩石力学试验课有五个试验内容： 一、 二、 三、 四、 五、 岩石单轴抗压强度试验：R； 岩石变形（弹模和泊松比）试验：E、μ ； 岩石抗拉强度试验：σ t； 岩石抗剪断试验：c、υ ； 岩石三轴试验：c， 、υ ， ；
1
试验一
（二）定义
岩石单轴抗压强度试验
（一）目的与意义 本实验的目的是测定岩石受压破坏时的极限应力值
岩石单轴抗压强度是试件在无侧限条件下受轴力作用破坏时，单位面积上所承 受的荷载，岩石在单轴受压至破坏时的压应力值，即岩石抗压强度，用 R 表示。 岩石抗压强度是岩石力学强度中最基本的指标之一。在进行洞室、巷道、建筑 物地基稳定计算及评价，以及建筑石材的选择中，抗压强度是必不可少的指标。抗 压强度在工程上应用极为重要和广泛，与其它物性指标，如声波速度、密度、变形 特性有着密切关系。 岩石抗压强度试验极其简单，计算非常容易。但是实际应用上并非如此，除矿 物含量、颗粒大小、结构、构造、含水量、孔隙率等内在因素外，外界条件，如试 件的形态、径高比、加工精度及加荷速率等，对试验结果也有很大影响。 （三）基本原理 岩石单轴抗压强度的测定，一般采用直接压坏标准试件的方 法，常与岩石静力变形摸量实验同步进行。 （四）设备与材料 岩石抗压强度实验必须加工标准的规格试件 1．加工设备： （1）岩石钻样机； （2）岩石切样机； （3）岩石磨石机； （4）金刚研磨料； （5）金刚石锯片； （6）金刚石钻头。 2．实验设备： （1）WE-10B 万能材料实验机； （2）2000kN 液压式压力实验机； 3．实验材料： （1）游标卡尺精度 2%； （2）低温抗磨 46 # 液压油； （3）记号笔； （4）三角板； （5）标准试件，Φ 5.00×10.00cm； （6）记 录表格。 （五） 影响抗压强度因素有 1．内在因素 （1） 、矿物成分：岩石中石英、长石、角闪石、辉石含量越多，抗压强度越高。 反之，岩石中云母、高岭石、蒙脱石、绿泥石、滑石含量越多，强度越低。 （2） 、结构：同种岩石，细粒结构比粗粒结构的岩石强度高。 （3） 、岩石随含水量增加，强度降低。 （4） 、垂直层理受力比平层理受力强度高。 （5） 、胶结物：硅质胶结强度最高，依次铁质、钙质，泥质胶结最差。 （6） 、风化程度：弱风化强度高，全风化强度低。 2．外界因素
2
（1） 、试件形态，包括试件的相对尺寸、断面、形状以及径高比、加荷速率等。 试件有圆柱形、正方形、立方形，在这几种形状中，圆柱体较好，应力分布是 轴对称的，而且圆柱体样品制备费时少，经济。目前国际岩石力学学会推荐采用圆 柱体试件。 （2） 、样品的强度通常是随着尺寸增大而减小。国际岩石力学学会对实验室试 件， 推荐圆柱体试件直径不小于 NX （岩心直径） 54mm， 我们国家一般采用Φ 50mm。 （3） 、根据国内外众多学者在各种不同条件下试验研究证明，当径高比大于 1 时，强度下降很大，但径高比达到一定值时，其强度减少甚微，趋于稳定状态。 目前，国际岩石力学学会对于实验室试件推荐使用Φ /H 径高比为 1:2.5－3.0 的 样品进行抗压强度试验。我国不论圆柱体或立方体，试件高度与直径之比宜为 2.0 －2.5。但是我国冶金、建材和公路桥涵规范取径高比 1:1。 （4） 、岩石抗压强度是随着加荷速率增快，强度增高。对静力而言，加荷速率 应限制在某一限度以内。国际岩石力学学会对试验推荐的加荷速率 0.5－1Mpa，即 每秒 5－8kg/cm2（1－1.6kN/s）加压。 （六） 操作步骤 岩石抗压强度试验必须加工成规则试件，可用岩芯和岩块制成。同种岩性，每 组试件不少于 3 快，试件尺寸允许变化范围不超过 5%，取其平均值。 1．尺寸： （1）圆柱体试件直径Φ 48~54mm，高 100mm； （2）立方体试件边长为 50mm，高为 100mm； （3）试件直径与高度，或边长之比为 1：2.00~2.50。 2．精度： （1） 、两端面的平行度最大误差不超过 0.05mm； （2） 、在试件整个高度上，直径误差不超过 0.3mm； （3） 、端面应垂直试件轴，最大偏差不超过 0.25 度。 试验用 2%的游标卡尺量测尺寸，然后进行描述：颜色、矿物含量、结 构、构造裂隙或节理发育程度、风化程度、胶结物的性质、定名、试件加工精度等。 按 0.5MPa 的加荷速率进行加压，直至试件破坏。记录试样极限破坏荷载（kN） 。 （七） 资料整理 抗压强度资料整理： R ?
P × 10 A
（1-1）
式中： R ——岩石抗压强度 MPa；
3
P ——最大破坏荷载 N 或 kN； A ——试件横断面积 cm2。
（八）破坏类型，破坏后描述，画素描图： 1、对顶锥型（应力分布图，见图 1-1） ： 该种类型岩石较脆、坚硬、岩样端部与压力机承压板接触产生了摩擦力，端部 效应使试件中部产生了轴向裂纹。 2、张裂型（应力分布图，见图 1-2） ： 主要受微结构面、层理、片状矿物以及减少端部摩擦力所致的类型。 3、斜剪型（应力分布图，见图 1-3） ： 主要由结构面和试件不平所致。 4、破坏类型见中国主要岩石矿石声学及力学特性。 注意事项：1、不要随意乱动仪器设备，以防试验失败； 2、远离试件，防止试件破坏时岩石飞溅，发生意外事故。 P P P
图 1-1
对顶锥型
图 1-2 劈裂型
图 1-3 斜剪型
（九）问答思考题： 一）岩石抗压强度实验，必须加工规则试件： 1．加工样品的精度有几条，其内容是什么？ 2．软化系数的定义是什么？ 3．抗压强度实验加荷速率是多少？ 4．试件破坏后，大致有几中类型？都有什么类型？ 5．国际岩石力学学会推荐的径高比是多少？ 6．影响抗压强度因素有那些，其主要内容是什么？ 7．GB 国标规定同种岩性几块试件为一组？ 8．抗压强度实验应注意什么？ 9．我国哪个行业规定的径高比与国际不一致？ 10．岩石单轴抗压强度的定义是什么？ 参考文献： 1．中华人民共和国国家标准 GB/T50266-99 工程岩体试验方法标准，P15。 中国计划出版社。 2．中华人民共和国国土资源部，地发［1986］760 号，岩石物理力学性质试验规程 DY-16P84。地质出版社。 3．高等学校教材《岩体力学》 。地质出版社。 4．大理石资源地质工作暂行要求及参考资料，国家建筑材料工业局地质公司。
4
吉林大学建设工程学院
岩石抗压强度试验记录表
送样单位 试 件 规 格 面 积
2
工程名称 破 坏 荷 载 P （kN） 单值 平均值 抗压强度 （MPa） R=P/A×10 试样描述
试样 编号
岩石 名称 长
宽
高
（厘米）
（厘米） （厘米）
（ 厘米 ）
试验前后描述：
试 验：
计
算：
校
核：
试验日期
年
月
日
5
试验二
（一）目的与意义
岩石变形试验（弹性模量及泊松比）
本试验的目的是测定规则形状的岩石试样在单轴压力作用
下的纵向、横向变形量，绘制应力—应变曲线，从而求得岩石弹性模量和泊松比， 即：岩石弹性模量用 E 表示，泊松比用μ 表示。 目前在工程实践中，弹性模量和泊松比是最常用的岩石变形指标。 国内外岩石双指标分类原则，采用 E50（割线模量）作为统一衡量岩石变形性 质的指标。 （二）定义 弹性模量：岩石在压缩或拉伸条件下，压应力或拉应力与纵向应变之比。也就 是岩石在无侧压条件下压应力增量与弹性应变增量的比值。 泊松比：在压缩或拉伸条件下，横向应变与纵向应变之比，也就是岩石在允许 侧向自由膨胀条件下，轴向受压时，轴向应变与侧向应变的比值，又称侧膨胀系数。 （三）基本原理 是将电阻应变片用粘结剂牢固的贴在试件表面上，试件受到外力作用，应变片 也发生了变化（拉长或缩短） ，也就是电阻值发生了变化。同过电桥装置，把机械 量——变形转化成电量（电阻值的变化） ，这个变化量经放大器放大后通过 A/D 转 换，就可以直接读出应变值。 国际岩石力学学会，实验室和现场标准化委员会建议，电阻丝长度应大于组成 岩石试件矿物的最大颗粒或斑晶 10 倍以上，我们采用的是 120 欧姆，12×4mm 电阻 应变片。测量片和补偿片电阻值差值不得超过 0.2 欧姆。 （四）测试方法 测变形的方法很多，有机械测微表法（千分表、百分表） ，杠杆引伸仪法，电 位差传感器法，静态电阻应变仪法。 前三种方法的仪器仪表构造简单轻巧，使用方便，但所测得的数据都是岩石的 变形量，而不是应变，需要将变形量换算成应变。它适用于大批量生产任务，特别 是软弱岩石，具有较大的含水量或饱水状态下的岩石变形试验，不适合粘贴电阻应 变片。 电阻应变仪法是测量变形应用最广泛的一种仪器。目前国内外高科技、高精度 变形试验都采用此法。 （五）设备与材料 岩石变形试验必须加工标准的规格试件。
6
1．加工设备： （1）岩石钻样机； （2）岩石切样机； （3）岩石磨平机； 2．试验设备： （1）WE-10B 万能材料试验机； （2）2000kN 液压式压力试验机；
? （3） XL2010B5 静态电阻应变仪； （4）直流单臂电桥。
3．工
具： （1）游标卡尺精度 2%； （2）电烙铁； （3）电笔； （4）镊子； （5）活扳子； （6）铁钳子； （7）螺丝刀子； （8）荷重传感器。
3．材
料： （1）低温抗磨 46 # 液压油； （2）金刚石锯片； （3）焊锡，焊油； （4）标准试件，Φ 5.00×10.00cm； （5）多股接线； （6）三角板； （7）电阻应变片； （8）脱脂棉； （9）屏蔽线； （10）鱼嘴夹； （11）插座； （12）502 胶； （13）万能胶； （14）粗细砂纸； （15）白胶布； （16）汽油或丙酮； （17）黑胶布； （18）洗涤灵； （19）垫板； （20）金刚砂磨料； （21）金刚石钻头； （22）记号笔； （23）胶管； （24）胶板； （25）电线。
（六）操作步骤 岩石变形试验必须加工成规则试件，可用岩芯和岩块制成。同种岩性，每组试 件不少于 3 块，试件尺寸允许变化范围不超过 5%，取其平均值。 测变形样品需用细砂纸，打光表面，用汽油、酒精或丙酮擦拭干净，再用脱脂 棉擦拭无粉尘，再粘贴电阻应变片。技术要求，详见电阻片粘贴技术一书。焊接导 线，进行试验。 1．尺寸： （1）圆柱体试件直径Φ 48~54mm，高 100mm； （2）立方体试件边长为 50mm，高为 100mm； （3）试件直径与高度，或边长之比为 1：2.00~2.50。 2．试件加工精度： （1） 、两端面的平行度最大误差不超过 0.05mm； （2） 、在试件整个高度上，直径误差不超过 0.3mm； （3） 、端面应垂直试件轴，最大偏差不超过 0.25 度。 3．试样描述：描述内容包括岩石名称、颜色、矿物成分、结构、构造、风化 程度、胶结物、微裂隙发育情况及其主应力间的关系和含水状态等。 4．电阻片的粘贴和防潮处理。 （1）选择电阻片：要求电阻丝平直，间距均匀，电阻丝的长度大于试样最大 颗粒尺寸的 10 倍，同一试件的工作片和补偿片的电阻值差不超过±0.2Ω 。
7
（2）电阻片应贴在试样中部，每个试样采用纵向和周向电阻片各 2 个，沿圆 周等距离分布；贴片前，用零号砂纸打磨试样表面，并用酒精擦洗干净。 （3）贴用的胶液，对于烘干试样，可采用一般胶合剂；对天然含水及饱和试 样，需采用防潮胶液，并作防潮处理。 （4）待粘合胶液干固后，用等长金属隔离线与电阻片引线焊接牢固。此时， 电阻片的电阻增加值不超过 0.5Ω 。 5．安点接线： 将准备好的试件放置在压力机的压板中间，取另一电阻补偿试件放置于试样附 近，按半桥联线方式将导线与电阻应变仪接线箱连接。 6．施加荷载： 以 0.5-0.8MPa/s 的速度施加荷载，直至岩样破坏或至少超过抗压强度之 50%； 在施加荷载的过程中，记录各级应力下的轴向和横向应变值。每个电阻片测得的应 变值不应少于 10 个。 （七）资料整理 1、按下式计算应力值： ? ? 式中： ? ——压应力值
P × 10 A
（2-1）
MPa； N 或 kN;
P ——施加垂直荷载 A ——试件面积
cm2。
2、计算纵向应变和横向应变值 3、 绘制应力－应变关系曲线， 应力——横向应变曲线及应力——体积应变曲线。 体积模量：材料受外加正应力与相应的体积应变的比值。 体积应变按下式计算：? v ? ? a ? 2? e 式中： ? v ——某一应力下体积应变； （2-2）
? a ——某一应力下纵向应变；
? e ——某一应力下横向应变。
按下式计算弹性模量和泊松比： E ?
? 50 ? a 50
（2-3）
??
? e 50 ? a 50
8
（2-4）
式中： E ——弹性模量
GPa；
? a 50 ——应力为抗压强度 50％时的纵向应变； ? e50 ——应力为抗压强度 50％时的横向应变。
图 2-1 应力－应变关系曲线 (八) 注意事项： 由于绘制应力——应变曲线，变形试验读数不少于 10 个点。 根据应力——应变数据绘制三条曲线： ? ? ? a ， ? ? ? e ， ? ? ? v 。 确定 E50、弹性模量和泊松比。
? 一般小于 0.5。对于大多数岩石， ? 在 0.18－0.35 之间。
（九）问答思考题： 一）岩石弹性模量与泊松比实验： 1.弹性模量与泊松比的定义是什么？ 2.变形实验有几种方法？ 3.简要说明各种方法的优缺点？ 4.静态电阻应变仪精度是多少？ 5.测变形需要多少个测点，为什么？ 6.国际岩石力学学会标准委员会推荐电阻丝长度应大于组成岩石矿物颗粒 的多少倍？ 7.泊松比一般在什么区间？不大于多少？ 8.变形实验有几条曲线？都是什么曲线？
9
参考文献： 1．中华人民共和国国家标准 GB/T50266-99 工程岩体试验方法标准，P15。 中国计划出版社。 2．中华人民共和国国土资源部，地发［1986］760 号，岩石物理力学性质试验规程 DY-17P89。地质出版社。 3．高等学校教材《岩体力学》 。地质出版社。 4．大理石资源地质工作暂行要求及参考资料，国家建筑材料工业局地质公司。
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吉林大学建设工程学院
岩石弹性模量、泊松比试验记录表
送样单位 工程名称 岩石名称 加 荷 级 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 试样前后描述： 计算：E s50 = μ = 平均值： E s50 = μ = 荷重 kN 应力 MPa 试件编号 试件尺寸 试件面积 纵向应变值 10?6 横向应变值 10?6 备注
?1
?2
?1 + ? 2 /2
?3
?4
? 3 + ? 4 /2
试验者：
计算者：
校核者：
试验日期
年
月
日
11
试验三
（一）目的与意义
岩石抗拉强度试验
岩石抗拉试验是在试件直径或边长方向上施加一对线形荷
载，使试件沿直径或边长方向破坏，间接测定岩石的抗拉强度。 （二）定义： 抗拉强度：是指岩石受拉时，受拉面上的极限拉应力值，用 ? t 表示。 拉伸断裂是岩体破坏方式之一，因此，研究岩石抗拉强度对于研究岩体的破坏 机制具有重要意义，同时，也是评价岩体稳定性不可缺少的重要指标。 岩石在拉伸状态中的应力比在压缩中小的多，所以在采矿、岩石钻进和爆破、 顶板和底板拉伸状态破坏，是一种重要的现象。 因此，详细研究岩石的抗拉强度是非常必要的。 （三）基本原理 劈裂板法把圆柱状岩石试件置于压力机的承压板上，并在试件与上下承压 板间放置一根压条，然后加压，使试件受力后沿直径方向劈裂开破坏，根据弹 性理论求其抗拉强度。 放压条目的：把所加的压力变为沿直径方向分布的线形荷载，使试件中产 生垂直于荷载作用线的张应力。 （四）设备与材料 1．实验设备： （1）2000kN 压力试验机； （2）100kN 液压式万能材料试验机； （3）岩石钻样机； （4）岩石切样机； （5）岩石磨平机； 2．试验材料： （1）劈裂板， （2）活扳子， （3）钳子， （4）螺丝刀， （5）电笔， （6）液压油， （7）游标卡尺， （8）记号笔， （9）三角尺， （10）记录表格， （11）标准试件 50×50mm。 （五）方法： 目前，测定岩石抗拉强度的方法很多，大致可分为两大类——直接法、间接法。 1、 直接拉伸法是将试件夹持住，然后平行试件，直接施加轴向拉伸，直至
P ? 10 。 A
试件破坏，求得岩石极限抗拉强度， ? t ?
（1）直接拉伸法最大困难是试件的夹持问题。为了使拉应力均匀分布，并便 于夹持，需要专门制备试件（用于金属形状的试件） 。 南非国立工程力学研究所，岩石力学部采用以上方法，但制备这种试件是非常
12
不容易的。 （2）为了克服夹持试件产生应力集中和制备特殊形状试件的困难，有不少学者 研究了用高强度粘接剂将金属拉环粘接在样品两端，待固化后直接拉伸。 这种方法可以采用圆柱形和方柱形，直接测定岩石抗拉强度，它适用于中等硬 度的岩石，但有一点需说明，对于强度大的岩石，粘接剂强度是不够的，容易拉脱 落，要研究出足够强度的粘接剂也有一定限度。 因此，为了测定岩石抗拉强度，不少专家研究出了许多间接方法。 2、间接方法 劈裂板法试验，此方法来源于南美巴西，也叫巴西试验，现遍及世界各国。这 种试验是用一个实心圆盘或铁板，使之受压，直至试件沿受力方向裂开，它是一种 线荷载或者说条形荷载。 美、英、德、日、俄罗斯岩石力学专家，考虑理论研究和实践结合比较建议采 用 NX54mm 岩心直径，作为巴西试验允许的最小尺寸。 国土资源部岩石物理、力学性质试验规程之规定，地发[1986]760 号。 （1）岩石抗拉强度是岩石的重要力学指标，国内外现行的两类抗拉试验方法， 即直接拉伸法和间接拉伸法， 各有其优缺点。 前者采用单轴拉伸测定岩石抗拉强度， 但操作较复杂，试验技术难以解决，本规则暂未列入此法。后者假定岩石为弹性介 质，应用弹性理论间接测定。比用其他方法简便，测定结果也比较稳定。 目前：我国地质、煤田、水电等部门均采用此法，测定岩石抗拉强度。 （2）用劈裂板法测定岩石抗拉强度值，取决于试件形状和加荷条件的某种函 数特征值，许多资料说明，用这种方法测定岩石的抗拉强度，其结果随垫条材料尺 寸的不同而有所差异。不同规程对垫条材料、尺寸有不同的规定。 考虑到目前对垫条材料、 试件尺寸的研究还不够充分， 各自的优缺点尚难判断， 故本规程采用直径为 2mm 钢丝垫条。对于软岩，由于垫条选择不多，往往会使垫 条压入试样，难以取得满意结果。选用何种垫条，需继续研究、积累资料。 （3）关于试件尺寸和形状，国内尚无统一规程。劈裂板法测定岩石抗拉强度 的计算公式和理论分析，均以圆断面为基础。但国内外研究者曾证明，在一对集中 力的作用下正方形平面中心的最大拉应力，与在一对轴向应力作用下圆板中心的最 大拉应力相近，对比试验也表明，两者的抗拉强度非常接近。因此本规程以圆形断 面试样作为标准试样，但也允许采用正方形断面试样。 （4）测定岩石层面的抗拉强度时，不要将垫条放在层面上，应放在层面的侧
13
面，垫条的方向与层面垂直。有一点需说明，巴西试验的缺陷是，不仅在圆盘中心 发生拉应力，而且接近加荷板处还产生很高的剪应力。破坏不仅随中心的张裂纹的 发展而发生，而且也可随接触的小锥体的形成而发生。 （六）操作步骤： 1．取Φ 50×H50mm 或 50×50×50mm，同种岩性，每组试件 3 块取其平均值。 2．加工精度，测量试件尺寸： 1）尺寸： （1）圆柱体试件直径Φ 48~54mm，高 50mm。 （2）立方体试件边长为 50×50×50mm。 （3）试件高度与直径，或边长之比为 1：1。 2）精度： （1）两端面的平行度最大误差不超过 0.05mm； （2）在试件整个高度上，直径误差不超过 0.3mm； （3）端面应垂直试件轴，最大偏差不超过 0.25 度。 3．将试件用特种铅笔画出中心线，将试件中心线对准劈裂板上下压条，使之 重合。 4． 加荷速率， 以每秒 0.3－0.5Mpa 进行加压， 直至试件破坏， 并记录最大荷载。 （七）资料整理：
2P ?DL
P ? 0.6 3 6 6 DL
?t ? 按下式计算岩石抗拉强度：
或
（3-2）
式中： ? t ——岩石抗拉强度 MPa；
P ——试件破坏时极限荷载 D ——试件直径或边长 L ——试件长度或高度
N 或 kN；
cm； cm。
（八）问答思考题： 一）岩石抗拉强度实验： 1．抗拉强度有几种方法，都是什么方法？ 2．间接方法有几种，是什么方法？ 3．劈裂板法还叫什么方法？次方法由哪个国家或地区得名而来？ 4．直接法与间接法计算公式有何不同？ 5．抗拉强度加荷速率是多少？ 6．国土资源部 760 号文件规定垫条尺寸为多少？ 7．国际规定同种岩石几块为一组？ 8．国际规定的径高比是多少？ 9．抗拉强度的定义是什么 ？
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参考文献： 1．中华人民共和国国家标准 GB/T50266-99 工程岩体试验方法标准，P20。 中国计划出版社。 2． 中华人民共和国国土资源部， 地发 ［1986］ 760 号岩石物理性质试验规程 DY-18P104 地质出版社。
吉林大学建设工程学院
岩石抗拉强度试验记录表
送样单位 试 长 宽 件 规 高
（厘米）
工程名称 格 面积
（ 厘米 ）
破 坏 荷 载
试样 编号
岩石 名称
抗拉强度 （MPa） ? ? 2 P / ?DL ?10 试样描述 平均值
（厘米） （厘米）
2
P （kN） 单值
试验前后描述：
试验前后描述：
试验前后描述：
试验前后描述：
试验前后描述：
试 验：
计
算：
校
核： 试验日期
15
年
月
日
试验四
（一）目的与意义
岩石抗剪强度试验
确定试件剪断破坏时，作用在剪切面上的正应力与剪应力之间的关系，进而由 绘制的曲线及库仑定律得出抗剪强度指标 c , ? 值。 （一）定义 抗剪强度是指岩石受剪切破坏时，剪切面上的极限应力值 ? 。 抗剪强度是表征抗剪性能的基本指标，随着抗剪方法的不同，所得的抗剪强度 含义也不同，各种方法各有优缺点。以前应用较广的是变角板法，国家岩石力学局 建议采用此法。 抗剪强度 c, ? 值两个重要指标，对采矿中的井巷、稳定计算、回采工作面上的 管理、 露天矿边地稳定计算、 挡土墙和水工建筑物的抗滑稳定计算都具有实际意义。 （二）基本原理 依据库仑定律，岩石内摩擦力与剪切面上的法向应力的关系。对一组试件，分 别施加不同的法向应力和剪应力，并在不同剪力下剪坏，由相对应的法向应力，剪 应力绘出抗剪强度曲线得出 c, ? 值。 （四）设备与材料 1．试验设备： （1）岩石直剪仪； （2）手动油泵； （3）岩石钻样机； （4）岩石切样机（5）岩石磨平机； 2．试验材料： （1）剪切套（2）活扳子（3）钳子（4）螺丝刀（5）电笔 （6）液压油（7）游标卡尺（8）记号笔（9）三角尺 （10）记录表格（11）标准试件 50×50mm， （12）胶布 （13）内六角扳手等。 （五）方法 岩石剪切方法很多，大致可分为以下几种： 1、剪切面上不加正应力的各种试验：如单面剪切、双面剪切、穿孔试验。 抗切试验是指岩石在正应力为零时沿剪切面方向抵抗剪断的强度，称抗切强 度，只是 ? 轴上的一个点 c 值。见图 4-1 和图 4-2
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图 4-1 岩石抗切实验图
图 4-2 岩石抗切曲线
图 4-3 岩石抗摩擦曲线
图 4-4 岩石抗剪断曲线 （τ -σ 关系图）
2、剪切面上施加正应力的各种试验：如单面剪、直剪、变角剪、中型剪、大 面积剪切、原位剪切、三轴剪切试验等。 （1）抗摩擦试验：是指在一定垂直荷重条件下，两块相同或不同岩石试件接 触面所承受最大剪切应力，是岩石面间摩擦滑动抵抗能力，故此称抗摩擦强度。见 图 4-3 抗摩擦试验目的在于测定各种岩石接触面之间的抗剪断强度。为此求出摩擦系 数，提供坝基、边坡、桥基、隧道、桥涵及支挡物等基底滑动和稳定计算的重要数 据。如果岩石不存在裂隙，或层理、页理、节理，岩石很完好时可不做此项试验。 （2）抗剪断试验（变角板法） ：见图 4-4
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抗剪断强度，是岩石在垂直荷重作用下，受剪切破坏时极限应力值，它包括了 凝聚力和摩擦力。 试验的目的，在于确定岩石剪断破坏时作用在剪切面上的正应力 ? 与剪切力 ? 之间的关系曲线，并由该曲线的斜率在 ? 轴上的截距，得到岩石剪断破坏时的两个 重要参数 c, ? 值。 变角板法抗剪断强度试验的关键是保证岩石试样受力均匀，并按预定的剪切面 破坏。相同岩性，每组试样需有足够的块数，每组不少于 5 块。 另一方面试样的放置角度。有些资料认为以 30 度－70 度为好。放置角度小于 30 度时，试样主要受压应力破坏；放置角度大于 70 度时，易产生力偶作用，故本 规定，试样放置角度范围在 45－70 度。角度不得少于 5 个，通过不同角度得出不 同的剪应力和法向应力数据，从而绘制 ? － ? 曲线。 （3）直剪试验：见图 4-4 直剪试验与变角板法试验很相似。变角板法是控制角度，直剪试验是施加预定 的法向应力，然后再施加剪应力，直至试件破坏。 加工精度，测量试件尺寸： 1）尺寸： （1）圆柱体试件直径Φ 48~54mm，高 50mm. （2）立方体试件边长为 50×50×50mm。 （3）试件高度与直径，或边长之比为 1：1。 2）精度： （1）两端面的平行度最大误差不超过 0.05mm； （2）在试件整个高度上，直径误差不超过 0.30mm； （3）端面应垂直试件轴，最大偏差不超过 0.25 度。 试验剪断后的描述，加荷速率均同抗压强度，样品数量，同一位置相同岩性， 每组不少于 5 块。 （六）资料整理： 变角板法资料整理（略） 按下式计算直剪试验正应力和剪应力： ? ?
Q ? 10 A P ? ? ? 10 A
（4-1） （4-2）
式中： ? ——作用于剪切面上的剪应力
MPa；
? ——作用于剪切面上的法向应力 MPa；
Q ——作用于剪切面上的剪切荷载
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N 或 kN；
目录 实验一静水压强实验???????????????????????????????????????????1实验二伯努利方程式的验证?????????????????????????????????????3实验三雷诺实验??????????????????????????????????????????????6实验四管道沿程阻力实验??????????????????????????????????????9实验五管道局部阻力系数的测定????????????????????????????????12
实验一静水压强实验 （一）实验目的 1、测定静止液体中某点的静水压强，加深对静压公式p=p0+γh的理解； 2、测定有色液体的重度，并通过实验加深理解位置水头，压强水头及测压管水 头的基本概念，观察静水中任意两点测压管水头Z+p/γ=常数。 p=p0+γh 式中：P——被测点的静水压强； P0——水箱中水面的表面压强； γ——液体重度； h——被测点在表面以下的竖直深度。 可知在静止的液体内部某一点的静水压强等于表面压强加上液体重度乘以该点在液面下的竖直深度。 （四）实验步骤 1、打开密封水箱E顶上空气阀门a，此时水箱内水面上的压强p0=p a。观察各测压连通管内液面是否平齐，如果不齐则检查各管内是否阻塞并加以勾通。
2、读取A点、B点的位置高度Z A、Z B。 3、关闭空气阀门a，转动手柄，抬高长方形小水箱F至一定高度，此时表面压力P0＞P a，待水面稳定后读各测压管中水位标高▽=▽I（I=1、2、3、 4、5），并记入表中。 4、在保持P0＞P a的条件下，改变长方形小水箱F高度，重复进行2-3次。 5、打开空气阀门a，使水箱内的水面上升，然后关闭空气阀门a，下降长方形小水箱。 6、在P0＜P a的条件下，改变水箱水位重复进行2-3次。 （五）对表中数据进行分析 单位：mm
水力学（流体力学）实验指导书 编著：刘凡 河北工程大学
目录 1、静水压强实验--------------------------------------------------------3-5页 2 平面静水总压力实验-------------------------------------------- - 6-9页 3、文丘里流量计实验------------------------------------------------10-12页 4、雷诺实验------------------------------------------------------------12-14页 5、管道沿程水头损失实验-----------------------------------------15-16页 6、局部管道水头损失实验----------------------------------------17-19页 7、流线演示实验-----------------------------------------------------20-21页 8、伯努利实验---------------------------------------------------------20-21页 9、涡流系列演示实验------------------------------------------------22-24页