实验五岩石单轴压缩实验 一.实验目的 岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法；了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。 二.实验设备、仪器和材料 1.钻石机、锯石机、磨石机； 2.游标卡尺，精度0.02mm； 3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架； 4.YE-600型液压材料试验机； 5.JN-16型静态电阻应变仪； 6.电阻应变片（BX-120型）； 7.胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。 三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 1. 试样规格：采用直径为50 mm，高为100 mm的标准圆柱体，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用50 mm×50 mm×100 mm的立方体，由于岩石松软不能制取标准试样时，可采用非标准试样，需在实验结果加以说明。 2. 加工精度： a 平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。检测方法如图5-1所示，将试样放在水平检测台上，调整百分表的位置，使百分表触头紧贴试样表面，然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。 b 直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm，用游标卡尺检查。 c 轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2所示，将试样放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显
缝隙。 3.试样数量： 每种状态下试样的数量一般不少于3个。 4.含水状态：采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内1～2 d ，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 四.电阻应变片的粘贴 1.阻值检查：要求电阻丝平直，间距均匀，无黄斑，电阻值一般选用120欧姆，测量片和补偿片的电阻差值不超过0.5Ω。 2.位置确定：纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部，纵向、横向应变片排列采用“┫”形，尽可能避开裂隙，节理等弱面。 3.粘贴工艺：试样表面清洗处理→涂胶→贴电阻应变片→固化处理→焊接导线→防潮处理。 五.实验步骤 1. 测定前核对岩石名称和试样编号，并对岩石试样的颜色、颗粒、层理、 裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。 2. 检查试样加工精度。并测量试样尺寸，一般在试样中部两个互相垂直方向测量直径计算平均值。 3. 电阻应变仪接通电源并预热数分钟后, 连接测试导线，接线方式采用公 1—百分表 2-百分表架 3-试样 4水平检测台 图5-1 试样平行度检测示意图 1—直角尺 2-试样 3- 水平检测台 图5-2 试样轴向偏差度检测示意图 图5-3 电阻应变片粘贴
实验四岩石的弹性模量实验 一、实验目的与要求 岩石在载荷作用下，会发生变形。随着载荷的不断增加或在恒定载荷下，随着时间的增长，岩石变形逐渐增大，最终导致岩石破坏。岩石变形有弹性变形、塑性变形和粘性变形。 岩石的弹性模量是指岩石在弹性变形阶段其应力与应变变化值之比。 通过本实验，要了解标准试件的加工机械、加工过程及检测程序，掌握岩石弹性模量的测试过程及数据处理、图形绘制的方法。 二、实验仪器、设备及工具 (一)仪器 1.电阻应变仪 2.电桥、万用表 3.数据采集仪或x——y函数记录仪 4.压力传感器 (二)设备 1.材料实验机 2.钻石机或车床、锯石机、磨石机或磨床 (三)材料 1.电阻应变片，标距为3×16mm~3×20mm，电阻值约为120Ω 2.胶结剂、防潮剂、清洁剂 (四)检验工具 游标卡尺（精度0.02mm），直角尺，水平检测台，百分表架和百分表 三、试件规格、加工精度、数量 与岩石抗压强度相同 四、实验原理 电阻应变片是一种把机械位移转化为电量变化的传感器。应变片粘贴在岩石试件上。试件受压时，电阻丝跟着缩短，截面增加，电阻值减小。试件受拉时，电阻丝跟着伸长，截面 =K?。电阻应变缩小，电阻值增大。应变片电阻值R的变化量?R与试件的应变?成正比，即?R R 仪为直接把电阻值的变化转为应变量的仪器。因此通过测量得到电阻应变片的应变值?也即测得试件在受压过程时的纵向应变值?l和横向应变值?d，进而可通过计算得出岩石的弹性模量和泊松比。 五、实验内容 1.了解试件的加工机具、检测机具，规程对尺寸和精度的要求及检测方法； 2.学会材料实验机的操作方法； 3.学会岩石试件的防潮处理及电阻应变片的粘贴、接线、焊接技术； 4.学会电阻应变仪的测读方法，岩石的弹性模量的测量方法。 六、实验步骤 1.测定前核对岩石名称和岩样编号，对试件颜色、颗粒、层理、节理、裂隙、风化程 度、含水状态以及加工过程中出现的问题等进行描述，并填入记录表1内。 2.检查试件加工精度，测量试件尺寸填入记录表内。 3.选择材料实验机度盘时，一般满足下式：0.2P0
岩石材料的蠕变实验及本构模型研究 流变学作为力学的一个分支,主要研究材料在应力、应变、温度、辐射等条件下与时间因素有关的变形规律,所涉及的内容包括蠕变、应力松弛和弹性后效等。蠕变是影响岩体稳定性的一个重要因素。 软弱岩石在受到较低水平的应力作用时,就会产生明显的蠕变现象,如软岩巷道中的底鼓,即使是很坚硬的岩体,在高应力作用下同样会产生蠕变,从而影响到工程的功能和使用。因此,需要对岩石材料的蠕变行为进行深入研究,力求从本质上揭示其蠕变行为的特征。 本文通过实验研究和理论分析,得到了盐岩的基本力学参数,并研究了盐岩在不同应力条件下的力学特性和蠕变行为。以经典蠕变模型为基础,结合分数阶微积分理论,构建了一个新的蠕变模型,并利用盐岩、泥岩和煤岩的蠕变实验数据对其进行了验证。 (1)对盐岩材料进行了多组单轴和三轴压缩实验,并在每组实验中选取三个试样重复进行实验,以此来降低实验的随机性和试样个体的差异性。结果三个试样的测试结果比较接近,此批试样的个体差异性较小。 此外,常规压缩实验的结果还表明随着围压的增大,抗压强度和最大应变会随之增大。(2)在单轴蠕变实验中,选取了四个轴压水平来进行实验,分析了不同轴压对蠕变的影响。 当轴压水平越大时,加速蠕变阶段就会越早地出现,并且稳定蠕变应变率也会越大。与单轴蠕变相比,当材料受到一个较小的围压作用时,其蠕变行为也会发生巨大的变化,例如蠕变应变率大幅下降、蠕变时间大幅增长、加速蠕变阶段缺失等。
(3)通过分析不同应力条件下的蠕变应变率可以发现,稳定蠕变应变率与轴压大小呈线性关系,加速蠕变应变率与轴压大小也呈现出正相关性。此外,蠕变等时曲线表明随着时间的延长,轴压大小对蠕变的影响会越来越明显。 相反,围压会明显地降低蠕变应变率并抑制蠕变行为的发展。(4)结合分数阶微积分理论构建了一个新的非线性蠕变模型,并利用广义塑性力学理论和张量分析理论对新模型在三轴应力状态下的蠕变方程进行了推导。 以盐岩实验数据为基础,对蠕变模型的参数进行了辨识,并验证了模型的准确性。此外,利用泥岩和煤岩的蠕变实验数据对模型的适用性进行了验证,结果表明新模型可以应用于模拟多种岩石材料的蠕变全过程,具有较为广泛的适用性。
第四单元地球的运动 实验名称：昼夜交替的模拟实验（1） 课题和页码：《昼夜交替现象》第73-74面 实验目的： 1.昼夜交替现象有多种可能的解释。 2.昼夜现象与地球和太阳的相对圆周运动有关。 3.提出地球产生昼夜现象的多种假说，并且进行验证，根据实验的情况修正自己的解释。 实验器材：手电筒、乒乓球等 实验步骤： 1.提出昼夜交替的各种假说。（a地球不动，太阳围着地球转。b太阳不动，地球围着太阳转。c地球自转。d 地球围着太阳转，同时地球自转。……） 2.讨论昼夜交替的模拟实验方案。（用手电筒模拟太阳，用乒乓球模拟地球，在乒乓球上选一个点作为我们的观察点。） 3.模拟假说a：乒乓球不动，手电筒围绕着乒乓球转动。 4.模拟假说b：手电筒不动，乒乓球围绕着手电筒转动。 5.模拟假说c：手电筒不动，乒乓球自己转动。 6.模拟假说d：手电筒不动，乒乓球自己转动的同时围绕手电筒转动。 7.画出实验的示意图来，用箭头线表示手电筒和乒乓球的运动方式和方向。 8.分析和归纳。 实验记录单： 现象和结论：昼夜交替现象有多种可能的解释。 实验名称：摆的方向的研究（2） 课题和页码：《证明地球在自转》第77面 实验目的： 1.知道摆具有保持摆动方向不变的特点。 2.通过摆的实验探究，了解摆的特点，并借此理解“傅科摆”的原理。 实验器材：摆、圆形底盘 实验步骤： 1.用铁架台做支架，挂上一个摆。 2.将铁架台和摆一起放到一个圆底盘上。
3.让摆前后来回摆动起来，然后缓慢而平稳地转动圆底盘，观察摆摆动的方向是否发生变化。 4.再做一次圆底盘转动的实验。 5.记录实验现象。交流和讨论，概括实验结论。 实验记录单： 现象和结论：摆具有保持摆动方向不变的特点。 实验名称：谁先迎来黎明（模拟实验）（3） 课题和页码：《谁先迎来黎明》第79-80面 实验目的： 1.知道天体的东升西落是因地球自转而发生的现象。地球的自转方向决定了不同地区迎来黎明的时间不同，东边早西边晚。 2.通过生活经验和体验活动，理解相对运动，并用来解释太阳等天体的视运动。.根据天体视运动的方向推导地球自转的方向。 实验器材：代表不同地区与太阳的纸片等 实验步骤： 1.观察地球仪或地图上北京和乌鲁木齐两个城市，并确认它们的位置关系。 2.小组的同学手拉手面朝外围成一个圆圈模拟“地球”。 3.其中一个同学身上贴上写有“北京”和“东”的纸片，代表“北京”；在他右手边的一个同学身上贴上“乌鲁木齐”和“西”的纸片，代表“乌鲁木齐”。 4.一个同学站在圈外举一个红色纸片，代表“太阳”。 5.大家按照由西向东的方向（即逆时针方向）慢慢转动，看看“北京”和“乌鲁木齐”谁会先见到“太阳”。然后大家再按照由东向西的方向（即顺时针方向）慢慢转动，看看又是谁先看到太阳。 6.总结实验发现。 现象和结论：地球自转方向不同，迎来黎明的时间也就不同。按逆时针的方向转动，北京将先迎来黎明，按顺时针方向转动乌鲁木齐将先迎来黎明。 备注：北京和乌鲁木齐相对位置是北京在东。 实验名称：认识时差（4） 课题和页码：《谁先迎来黎明》第80-81面 实验目的： 1.知道地球的自转方向决定了不同地区迎来黎明的时间不同，东边早西边晚。 2.知道不同地区所处的经度差决定了地区之间的时差。 实验器材：世界时区图
1依据 1《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001； 2《工程岩体试验方法标准》GB/T50266-2013； 3《水利水电工程岩石试验规程(补充部分)》DL/T5368-2007。 2目的及范围 2.1目的 编制本作业指导书是为了规范、准确的完成对岩石单轴压缩变形试验的弹性模量和变形模量的测定。 2.2范围 本作业指导书可分为电阻应变片法和千分表法，适用于能制成规则试件的各类岩石。坚硬和较坚硬的岩石宜采用电阻应变片法,较软岩宜采用千分表法对于变形较大的软岩和极软岩可采用百分表测量变形。 3仪器设备 1钻石机、锯石机、磨石机； 2测量平台； 3烘箱和饱和设备； 4万用电表、兆欧表； 5静态电阻应变仪； 6千(百)分表； 7测量表架； 8材料试验机。 4实验步骤 4.1试件制备 4.1.1试件可用岩心或岩块加工制成，试件在采取、运输和制备过程中应避免扰动 4.1.2试件尺寸应符合下列规定： 1圆柱体直径或方柱体边长宜为48~54mm 2含大颗粒岩石的试件直径或边长应大于最大颗粒尺寸的10倍。 3试件高度与直径或边长之比宜为2.0~2.5。 4.1.3试件加工精度应符合下列规定: 1试件高度直径或边长的允许偏差为±0.3mm 2试件两端面的不平整度允许偏差为±0.05m 3端面应垂直于试件轴线允许偏差为±0.25°。 4方柱体或立方体试件相邻两而应互相垂直允许偏差为±025°。 4.1.3试件含水状态可根据需要选择天然状态、烘干状态或饱和状态并应符合下列规定： 1天然状态应在试样拆除密封后立即制备试件并测定其天然含水率 2烘干状态对于不含矿物结晶水的岩石应在105-110℃的恒温下烘24h。对于含有矿物结晶水的岩石应降低烘干温度,可在40±5℃恒温下烘24h。将试件从烘箱中取出放入干燥器内冷却至室温称试件质量。重复以上步骤直到相邻两
五、岩石的蠕变 1、 蠕变特征 ① 岩石蠕变的概念 在应力σ不变的情况下，岩石变形随时间t 而增长的现象。 即 dt d ε 随时间而变化。 ②岩石蠕变类型 有两种类型： 稳定型蠕变 非稳定型蠕变
a、稳定型蠕变 应力作用下， 随时间递减， dε 零，即0 = dt 域稳定。 一般在较小应力下或硬岩中。 b、非稳定型蠕变：岩石在恒定应力作用下，岩石变形随时间不断增 长，直至破坏。 一般为软弱岩石或应力较大。
③蠕变曲线变化特征 三个阶段： Ⅰ阶段：初期蠕变。 d 曲，应变速率 dt 小。属弹性变形。 Ⅱ阶段：等速蠕变。 应变－时间曲线近似直线，应变随时间呈近于等速增长。出现塑性。
Ⅲ阶段：加速蠕变。 应变－时间曲线向上弯曲，其应变速率加快直至破坏。 应指出，并非所有的蠕变都能出现等速蠕变阶段，只有蠕变过程中结构的软化和硬化达到动平衡，蠕变速率才能保持不变。 在Ⅰ阶段，如果应力骤降到零，则ε－t曲线具有PQR形式，曲线从P 点骤变到Q点，PQ＝ ε为瞬时弹性变形，而后随时间慢慢退到应变为 e 零，这时无永久变形，材料仍保持弹性。 在Ⅱ阶段，如果把应力骤降到零，则会出现永久变形，其中TU＝ ε。 e
有直接关系。 变速度变化缓慢， 稳定。 率增大。 蠕变速率越大，反之愈小。
岩石长期强度：指 岩石由稳定蠕变转为非稳定蠕变时的应力分界值。即，岩石在长期荷载作用下经蠕变破坏的最小应力值(∞σ或∞τ) 岩石极限长期强度：指长期荷载作用下岩石的强度。 2、 蠕变经验公式 由于岩石蠕变包括瞬时弹性变形、初始蠕变、等速蠕变和加速蠕变，则在荷载长期作用下，岩石蠕变的变形ε可用经验公式表示为： ε＝e ε+)(t ε+t M +)(t T ε e ε－瞬时变形；)(t ε－初始蠕变；t M －等速蠕变；)(t T ε－加速蠕变。
岩石力学实验指导书及实验报告 班级 姓名 山东科技大学土建学院实验中心编
目录 一、岩石比重的测定 二、岩石含水率的测定 三、岩石单轴抗压强度的测定 四、岩石单轴抗拉强度的测定 五、岩石凝聚力及内摩擦角的测定（抗剪强度 试验） 六、岩石变形参数的测定 七、煤的坚固性系数的测定
实验一、岩石比重的测定 岩石比重是指单位体积的岩石（不包括孔隙）在105～110o C 下烘至恒重的重量与同体积4o C 纯水重量的比值。 一、仪器设备 岩石粉碎机、瓷体或玛瑙体、孔径0.2或0.3毫米分样筛、天平（量0.001克）、烘箱、干燥器、沙浴、比重瓶。 二、试验步骤 1、岩样制备：取有代表性的岩样300克左右，用机械粉碎，并全部通过孔径0.2（或0.3）毫米分样筛后待用。 2、将蒸馏水煮沸并冷却至室温取瓶颈与瓶塞相符的100毫升比重瓶，用蒸馏水洗净，注入三分之一的蒸馏水，擦干瓶的外表面。 3、取15g 岩样（称准到0.001克）得g 借助漏斗小心倒入盛有三分之一蒸馏水的比重瓶中，注意勿使岩样抛撒或粘在瓶颈上。 4、将盛有蒸馏水和岩样的比重瓶放在沙浴上煮沸后再继续煮1～1.5小时。 5、将煮沸后的比重瓶自然冷却至室温，然后注入蒸馏水，使液面与瓶塞刚好接触，注意不得留有气泡，擦干瓶的外表面，在天平上称重得g 1。 6、将岩样倒出，比重瓶洗净，最后用蒸馏水刷一遍，向比重瓶内注满蒸馏水，同样使液面与瓶塞刚好接触，不得留有气泡，擦干瓶的外表面，在天平上称重得g 2。 三、结果：按下式计算： s d g g g g d 1 2-+= 式中：d ——岩石比重； g ——岩样重、克； g 1——比重瓶、岩样和蒸馏水合重、克； g 2——比重瓶和满瓶蒸馏水合重、克； d s ——室温下蒸馏水的比重、d s ≈1
0引言 岩石在长时间应力、温度和差应力作用下发生永久变形不断增长的现象，叫做岩石的蠕变。早在 1939年Griggs [1]在对砂岩、泥板岩和粉砂岩等进行 大量蠕变试验时就发现，当荷载达到破坏荷载的 12.5%~80%时就发生蠕变，它是岩石流变力学中最 主要的一种现象，也是岩土工程变形失稳的主要原因。1980年湖北省盐池磷矿由于岩石的蠕变，160m 高，体积约100万m 3的山体突然崩塌，4层楼被抛 掷对岸，造成了巨大的伤亡。在国外岩石蠕变研究中，Okubo [2]（1991）完成了大理岩、砂岩、花岗岩和灰岩等岩石的单轴压缩试验，获得了岩石加速蠕变阶段的应变-时间曲线，结果表明蠕变应变速率与时间成反比例关系。 E.Maranini [3]（1999）对石灰岩等进行了单轴和三轴压剪蠕变试验，研究表明，石灰岩的蠕变最主要的表现在是低围压情况下的扩张、裂隙，而在高围压状态下，岩石内部则发生孔隙塌陷，得出石灰岩的蠕变对岩石主要影响是其屈服应力的降低。Hayano K [4]（1999）等进行了沉积软岩的长期蠕变试验。K.Shina [5]（2005）对日本的6种岩石进行了各种条件下单轴和三轴压缩，拉伸试验，统计了各种蠕变影响参数，如蠕变应力对时间的依赖性参数δ，蠕变寿命相关系数α和β等，并对其强度和蠕变寿命做了分析。由此可见，研究和开展岩石蠕变特性的研 基金项目：安徽建筑工业学院2010年度大学生科技创新基金 (20101018)。 作者简介：马珂（1987—），男，安徽安庆人，硕士,主要从事岩石力学 方面研究。 收稿日期：2011-05-26责任编辑：樊小舟 岩石蠕变模型研究进展及若干问题探讨 马珂，宛新林，贾伟风，宛传虎 （安徽建筑工业学院土木工程学院，安徽合肥230022） 摘要：岩石蠕变是岩土工程变形失稳的主要原因之一。近年来蠕变研究正处于一个探索阶段，本文从四个方面综述了蠕变模型的研究进展。研究发现，在岩石蠕变的三个阶段中利用经典本构模型均很难描述加速蠕变阶段，研究者们通过新的元件或者改进的非线性黏弹塑性本构模型可以很好的模拟岩石蠕变实际曲线；基于损伤理论的岩石蠕变模型是近年来发展的主要方向，可以很好的解决岩石微观裂纹所带来的蠕变；随着岩石深部工程的发展，岩体受到周围实际环境下的影响是不可忽略的，从而研究含水量的变化与水力和其它应力耦合下的岩石蠕变也是今后的重点。最后指出，由于试验仪器的原因，高温高压和各向异性下的岩石蠕变模型研究进行的还不是很多，是今后岩石蠕变研究的难点。 关键词：岩石蠕变；本构模型；非线性黏弹塑性；损伤；各向异性：高温高压中图分类号：TU454 文献标识码：A Advances in Rock Creep Model Research and Discussion on Some Issues Ma Ke,Wan Xinlin,Jia Weifeng and Wan Chuanhu (Civil Engineering Department,Anhui University of Architecture,Hefei,Anhui 230022) Abstract:The rock creep is one of major causes in geotechnical engineering deformation and destabilization.The creep research is just in an exploring stage in recent years,the paper has summed up the progress of creep model research from 4aspects.The research has found,among three stages of rock creep,the accelerated creep stage is hard to describe through classic constitutive models,the researchers have found that through new elements or using modified nonlinear visco-elastoplastic constitutive models can modulate rock creep active curves commendably.Rock creep model based on damage theory is the major development direction in recent years;it can solve the rock creep issues brought by microfissures.Along with development of deep rock engineering,impacts from peripheral practical setting on rock mass should not be ignored,thus to study rock creep under coupled moisture content variation and hydraulic,as well as other stresses is also emphasized from now on.Finally,the paper has point out,in virtue of testing instrument,the studies on rock creep model under high temperature,high pressure and anisotropy are not many thus far,and thus the nodus in rock creep studies henceforth. Keywords:rock creep;constitutive model;nonlinear visco-elastoplastic;damage;anisotropy;high temperature and high pressure 中国煤炭地质 COAL GEOLOGY OF CHINA Vol．23No．10Oct ．2011 第23卷10期2011年10月 文章编号：1674－1803（2011）10－0043－05 doi ：10.3969/j.issn.1674-1803.2011.10.10
岩石常规三轴试验中位移和应变测量技术 哑咣嘿
1 岩石常规三轴试验 随着现代化经济进程, 基础设施的完善, 工程建筑的兴盛、新型材料的应用、地质灾害频发、环境保护的倡导。三轴试验已经广泛应用于岩土工程、建筑材料、地质灾害研究与应用等领域。在众多的三轴试验当中, 常规三轴压缩试验是最为基础也是应用最为广泛的试验。特别在岩土工程领域, 岩石三轴试验承担着边坡稳定、巷道(隧道)围岩维护等与岩石品质密切相关的科学研究和工程应用的重任。 1.1 常规三轴压缩试验 三轴压缩试验一般分为常规三轴压缩试验( 又称假三轴压缩试验) 和真三轴压缩试验, 其中前者的试样处于等侧向压力的状态下, 而后者的试样处于三个主应力都不相等的应力组合状态下。一般情况下岩石所处环境中水平方向压力相当, 只有竖直方向上存在较大差异, 本文所讨论的是常规三轴压缩试验。 常规三轴试验用圆柱或棱柱试件进行测试, 试件放在试验舱中轴线处, 一般使用油实现对试件侧向压力的施加, 用橡胶套将试件与油隔开。轴向应力由穿过三轴室顶部衬套的活塞经过淬火钢制端面帽盖施加于试件之上。经过贴在试件表面的电阻应变片能够测量局部的轴向应变和环向应变[1]。 根据《工程岩体试验方法标准》[2]中的三轴压缩试验为强度
试验。由不同侧压条件下的试件轴向破坏荷载计算不同侧压条件下的最大主应力, 并根据最大主应力及相应施加的侧向压力, 在坐标图上绘制莫尔应力圆; 应根据莫尔—库仑强度准则确定岩石在三向应力状态下的抗剪强度参数, 应包括摩擦系数和粘聚力c值。 试验机的发展由早期简单的篮子盛有重物加载到杠杆系统加载再到液压加载, 经历了近5 个世纪。20 世纪30 年代到60 年代, 人们在为增加压力机的刚度而努力, 直到出现了液压伺服技术, 并结合提高试验机的刚度才形成了能够绘制材料全应力-应变曲线较为成熟的技术[3]。 1.2 液压三轴试验机
岩石地变形特性是指岩石在外力作用下岩石中地应力与应变地关系特性，它是影响建筑物稳定地重要因素.岩石在较小地力地作用下首先发生变形，变形量随作用力增大而增大，当作用力和变形量超过一定地限度后就会发生破坏，在作用力不断增大地过程中，岩石地变形和破坏是一个统一地连续地过程.工程岩体如果变形过大就会导致上面地建筑物失稳危及安全，因此工程勘察期间必须获得可靠地变形参数，才能据此在施工时采取适当措施防止其对工程地影响，保证建筑物地安全.下面分别从岩石地变形特性、变形阶段和试验方法等方面进行探究. 、岩石变形地特性： 岩石地变形性质通常用应力应变曲线表示，它通过测量岩石试样受压时地应力应变关系得到.由于岩石地组成成分及其结构与构造比较复杂，所以岩石地应力应变关系也比较复杂，岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质.①弹性：在一定应力范围内，物体受外力作用产生变形，去除外力后能够立即恢复原状地性质，这种变形称为弹性变形.②塑性：物体受外力作用后发生变形，去除外力后不能完全恢复原状地性质，这种变形称为塑性变形或永久变形.③粘性：物体在外力作用下变形不能立刻完成，应变速率随应力增大而增大地性质，这种变形称为流动变形.④脆性：物体受力后，变形很小时就发生破裂地性质.⑤延性：物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力地性质. 个人收集整理勿做商业用途 另外，岩石地变形和破坏地性质还会随着受力状态地变化而变化.岩石在三向受力状态下与单向受力状态下地应力应变关系有很大地区别，随着围压增大，三向抗压强度增加，峰值变形增加，弹性极限增加，岩石由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变. 个人收集整理勿做商业用途 、岩石变形地阶段： 根据单向无侧限逐级维持荷载法应力应变关系曲线曲率地变化，可将岩石变形过程划分为四个阶段.①孔隙裂隙压密阶段：岩石中原有地微裂隙逐渐被压密，曲线呈上凹形，岩石变形多为塑性变形，曲线斜率随应力增大而逐渐增大，表示微裂隙地变化开始较快，随后逐渐减慢，对于微裂隙发育地岩石，本阶段较明显，但致密坚硬地岩石很难划出这个阶段，此阶段末点对应地应力称为压密极限强度.②弹性变形至微破裂稳定发展阶段：岩石中地微裂隙进一步闭合，孔隙被压缩，原有裂隙基本上没有新地发展，也没有产生新地裂隙，应力与应变基本上呈线性关系，曲线近于直线，岩石变形以弹性为主.此阶段末点对应地应力称为弹性极限强度.③塑性变形至破坏峰值阶段：当应力超过弹性极限强度后，岩石中产生新地裂隙，同时已有裂隙也有新地发展，应变地增加速率超过应力地增加速率，应力应变曲线地斜率逐渐降低呈下凹形，体积变形由压缩转为膨胀，随着应力增加裂隙进一步扩展，岩石局部破损，且破损范围逐渐扩大形成贯通地破裂面，导致岩石破坏，岩石变形不再恢复，此段末点对应地应力称单轴极限抗压强度.④破坏后峰值跌落阶段至残余强度阶段：岩石破坏后，经过较大地变形，应力下降到一定程度开始保持常数，此段末端对应地应力称为残余强度.个人收集整理勿做商业用途 、岩石变形地试验方法： ①、单轴压缩变形试验：这是室内测定岩石变形参数最常用地方法，是指试件在轴向压力下产生轴向压缩、横向膨胀，最后导致破坏地试验.适用于能制成圆柱体（高径比：）试件地各类岩石，可在不同含水状态下进行试验，同一含水状态下每组试件应为个.可采用电阻应变片法或千分表法，坚硬和较坚硬地岩石宜采用电阻应变片法，较软岩和软岩宜采用千分表法.一般采用一次连续加载法或逐级一次循环法，最大循环载荷为预估极限载荷地，试验时以每秒地速度逐级加载，施加一级载荷后立即测读相应载荷下地纵向和横向变形值，一分钟后再读一次，再施加下一级载荷，读数不少于组.用电阻应变片法时轴向或径向地应变片地数量可采用片或片且应牢固地贴在试件上；用千分表法时轴向和径向地千分表各采用只或只且应分别安装在试件直径地对称位置上.测试完成后根据测得地应力和应变值绘制应力应变关系曲线，可分别计算岩石地弹性模量、变形模量和泊松比等变形参数.个人收集整理勿做商业用途 ②、三轴压缩变形试验：这是室内测定岩石变形参数较少用地方法，一般在测定三轴压缩强度地同时测读三轴压缩变形数据.适用于能制成圆柱体试件地各类岩石（高径比：），同一含水状态下每组不少于个试件，个试件分别在级（一般按等差数列来分）不同地侧压下做试验.试验时将岩石试件放在密闭容器内，先以每秒地速度同步施加侧压和轴压至预定地侧压值，并在试验过程中保持不变，再以每秒地速度连续施加轴向
温度计的秘密 实验名称：液体热胀冷缩实验 实验器材：保温杯（内装热水）、小烧杯（一个装有冷水）、水胀缩实验小瓶（由带塞针剂小药瓶、红色水、细饮料管构成，在管外套一个小胶圈，用来标记管内液面高度）、用与上面相同的方法组装的煤油胀缩实验小瓶、酒精胀缩实验小瓶。 实验结论：根据水、煤油、酒精有热胀冷缩性质，归纳出液体都有热胀冷缩的性质。 注意事项：小药瓶要贴上标签，不要混用。 实验记录单
实验名称：气体热胀冷缩实验 实验器材：锥形烧瓶、大烧杯、小气球、细线、盛开水的保温瓶 试验方法：用细线把小气球扎于锥形瓶口。把锥形瓶放入烧杯后，灌进开水加热，由于瓶内空气受热膨胀，原来垂下的气球就会竖立胀大。把锥形瓶取出，随着瓶内空气冷却收缩，气球又逐渐变小。 实验结论：气体具有热胀冷缩的性质 注意事项：1.锥形瓶与气球的连接处不能漏气。为使现象明显，可预先向瓶内吹一些气。 2.锥形瓶可用开口较小、容量较大的其他薄壁玻璃瓶代替。如果能找到壁很薄的气球，光靠手掌提供的热量（双手握瓶），也能使气球竖立起来。 实验记录单
实验名称：固体热胀冷缩实验 实验材料：铁垫圈一个，木板、小钉两个，酒精灯、镊子、冷水、烧杯 实验方法：1.在木板上钉两个钉，便两钉间的距离正好通过铁垫圈 2.加热前，观察铁垫圈确能从铁钉间通过 3.将铁垫圈在酒精灯火焰上加热 4.观察加热后铁垫圈能不能从两钉间通过 5.将铁垫圈在冷水里浸一下，观察能不能从两钉间通过。 实验结论：固体具有热胀冷缩的性质 注意事项：1.垫圈最好是铜的，直径要大一些。 2.两钉间距要恰好通过铁垫圈，缝隙越小越好。 实验记录单
岩体变形破坏过程的能量机制 摘要：叙述岩体单元变形破坏过程中能量耗散与强度、能量释放与整体破坏等概念。在循环压缩载荷下，实测岩石的能量耗散及损伤，数据拟合表明，基于能量耗散分析建立的岩石损伤演化方程可以较好地描述岩石的损伤演化过程。在循环压缩载荷下同时实测不同加载速度及不同载荷水平下岩体内可释放应变能、耗散能、卸荷弹性模量及卸荷泊松比的变化规律，给出复杂应力条件下卸荷弹性模量的变化公式。基于可释放应变能建立岩体单元的整体破坏准则，该准则与大理岩的双压试验结果符合得比较好。对工程中常见的层状岩体，提出基于畸变能与广义体积膨胀势能而建立的层状岩体破坏准则，该准则与层状岩的双压试验也符合得比较好。 关键词：岩石力学；可释放应变能；耗散能；破坏准则；岩体单元 1 引言 从能量的角度去观察及研究岩体力学问题，已得到工程界、理论界越来越多的关注及重视。目前的研究主要集中在三个方面：首先是从细观的角度去研究岩体单元的能量耗散与岩体单元损伤的关系、能量耗散与岩体本构的关系，以及岩体单元内可释放应变能与岩体单元破坏或破裂的关系，在这方面已取得了显著的成绩；其次是从势能的极值及数学分析角度建立岩体结构的灾变模型，以确定岩体结构发生灾变的条件，这些条件可以用于工程岩体整体的稳定性判断；最后是从宏观的能量守恒角度去研究岩体结构经历了能量耗散即损伤以后的能量释放，用以估计工程中岩爆的烈度或碎裂岩块的飞溅速度，即定量分析岩体结构中的能量传递过程，为防灾减灾提供理论依据。 本文主要在第一个方面做了较系统的研究：叙述了岩体单元变形破坏过程中能量耗散与损伤、能量释放与整体破坏等概念。在循环压缩载荷下，实测了岩石的能量耗散及损伤，数据拟合表明，基于能量耗散分析建立的岩石损伤演化方程可以较好地描述岩石的损伤演化过程。在循环压缩载荷下，也实测了不同加载速度及不同载荷水平下岩体内可释放应变能、耗散能、卸荷弹性模量及卸荷泊松比的变化规律，给出了复杂应力条件下卸荷弹性模量的变化公式。基于可释放应变能建立了岩体的整体破坏准则，该准则与大理岩的双压试验结果符合得比较好。对工程中常见的层状岩体，提出了基于畸变能与广义体积膨胀势能而建立的层状岩体破坏准则，该准则与层状岩的双压试验结果也符合得比较好。 2 岩体内的耗散能与可释放应变能 考虑一个岩体单元在外力作用下产生变形，假设该物理过程与外界没有热交换，即一个封闭系统，外力功所产生的总输入能量为U，由热力学第一定律得 式中：U d为耗散能；U e为可释放弹性应变能，其表达式为 式中：?及v分别为卸荷弹性模量与泊松比平均值。 耗散能U d用于形成材料内部损伤和塑性变形，其变化满足热力学第二定律，即内部状态的改变符合熵增加趋势。图1中岩体单元i的应力-应变曲线下点状阴影面积U i d代表了形成损伤和塑性形变时岩体单元所消耗的能量。可释放应变能U e为岩体单元卸载后释放的弹性应变能，该部分能量与卸荷弹性模量及卸荷泊松比直接相关，图1所示应力-应变曲线下的带状阴影面积U i e代表了岩体单元中储存的可释放应变能。从热力学观点来看，能量耗散是单向和不可逆的，而能量释放则是双向的，只要满足一定条件都是可逆的。 图2所示为某一砂岩试件在单轴循环压缩条件下的载荷-位移曲线，从图中可看出，当加载到某一载荷再卸载时，卸载曲线并不沿着原来的加载曲线，而是要低于加载曲线。加载曲线下的面积是外载所做的功，而卸载曲线下的面积是岩石释放的弹性能，也就是对应于该载荷时岩石的弹性变形能。加卸载曲线的不同
1 / 46 ε σ 五、岩石的蠕变 1、 蠕变特征 ① 岩石蠕变的概念 在应力σ不变的情况下，岩石变形随时间t 而增长的现象。 即 dt d ε 随时间而变化。 ②岩石蠕变类型 有两种类型： 稳定型蠕变 非稳定型蠕变
2 / 46 a 、 稳定型蠕变：在 恒定应力作用下，变形速率随时间递减， 最终趋于零，即 0=dt d ε ，变形区域稳定。 一般在较小应力下或硬岩中。 b 、 非稳定型蠕变：岩石在恒定应力作用下，岩石变形随时间不 断增长，直至破坏。 ε Ⅰ Ⅱ Ⅰ t
一般为软弱岩石或应力较大。 ③蠕变曲线变化特征 岩石的蠕变曲线可分为 三个阶段： Ⅰ阶段：初期蠕变。 应变－时间曲线向下弯 曲，应变速率 dt d 由大变小。属弹性变形。 Ⅱ阶段：等速蠕变。 t ε A B C P Q R εe T U V Ⅰ Ⅲ Ⅱ 3 / 46
应变－时间曲线近似直线，应变随时间呈近于等速增长。出现塑性。Ⅲ阶段：加速蠕变。 应变－时间曲线向上弯曲，其应变速率加快直至破坏。 应指出，并非所有的蠕变都能出现等速蠕变阶段，只有蠕变过程中结构的软化和硬化达到动平衡，蠕变速率才能保持不变。 在Ⅰ阶段，如果应力骤降到零，则ε－t曲线具有PQR形式，曲线从P点骤变到Q点，PQ＝ ε为瞬时弹性变形，而后随时间慢慢退到应变 e 为零，这时无永久变形，材料仍保持弹性。 4 / 46
在Ⅱ阶段，如果把应力骤降到零，则会出现永久变形，其中TU＝e 。 ④不同应力下的蠕变 岩石蠕变速率与应力大小 有直接关系。低应力时， 应变速度变化缓慢，逐渐 趋于稳定。应力增大时， 应变速率增大。高应力时，蠕变加速，直至破 t ε a a 10 15 18 20 25 b b b b b a－稳定蠕变(不破坏) b－非稳定蠕变(蠕变破坏) 5 / 46
I C S19.020 D00 中华人民共和国地质矿产行业标准 D Z/T0276.26 2015 岩石物理力学性质试验规程 第26部分:岩体变形试验 (承压板法) R e g u l a t i o n f o r t e s t i n g t h e p h y s i c a l a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r o c k P a r t26:T e s t f o r d e t e r m i n i n g t h e d e f o r m a t i o no f r o c km a s s (B e a r i n gp l a t em e t h o d) 2015-02-04发布2015-04-01实施
前言 D Z/T0276‘岩石物理力学性质试验规程“分为31个部分: 第1部分:总则及一般规定; 第2部分:岩石含水率试验; 第3部分:岩石颗粒密度试验; 第4部分:岩石密度试验; 第5部分:岩石吸水性试验; 第6部分:岩石硬度试验; 第7部分:岩石光泽度试验; 第8部分:岩石抗冻试验; 第9部分:岩石耐崩解试验; 第10部分:岩石膨胀性试验; 第11部分:岩石溶蚀试验; 第12部分:岩石耐酸度与耐碱度试验; 第13部分:岩石比热试验; 第14部分:岩石热导率试验; 第15部分:岩石击穿电压和击穿强度试验; 第16部分:岩石体积电阻率和表面电阻率试验; 第17部分:岩石放射性比活度试验; 第18部分:岩石单轴抗压强度试验; 第19部分:岩石单轴压缩变形试验; 第20部分:岩石三轴压缩强度试验; 第21部分:岩石抗拉强度试验; 第22部分:岩石抗折强度试验; 第23部分:岩石点荷载强度试验; 第24部分:岩石声波速度测试; 第25部分:岩石抗剪强度试验; 第26部分:岩体变形试验(承压板法); 第27部分:岩体变形试验(钻孔变形法); 第28部分:岩体强度试验(直剪试验); 第29部分:岩体强度试验(承压板法); 第30部分:岩体锚杆荷载试验; 第31部分:岩体声波速度测试三 本部分为D Z/T0276的第26部分三 本部分按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本部分由中华人民共和国国土资源部提出三 本部分由全国国土资源标准化技术委员会地质实验测试技术委员会(S A C/T C93)归口三本部分由湖北省地质实验研究所负责起草,广东省地质实验测试中心参加起草三 本部分起草人:谭睿二原力智二石丙飞三
一章： 1.叙述岩体力学的定义.：岩体力学主要是研究岩石和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，做出响应的一门力学分支。 2.何谓岩石？何谓岩体？岩石与岩体有何不同之处？（1）岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。（2）岩体：一定工程范围内的自然地质体。（3）不同之处：岩体是由岩石块和各种各样的结构面的综合体。 3.何谓岩体结构？岩体结构的两大要素是什么？ （1）岩体结构是指结构面的发育程度及其组合关系；或者是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。（2）结构体和结构面。 4. 岩体结构的六大类型？ 块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构。 5.岩体有哪些特征？（1）不连续；受结构面控制，岩块可看作连续。（2）各向异性；结构面有一定的排列趋势，不同方向力学性质不同。（3）不均匀性；岩体中的结构面方向、分布、密度及被结构面切割成的岩块的大小、形状和镶嵌情况等在各部位不同，各部位的力学性质不同。（4）赋存地质因子特性（水、气、热、初应力）都会对岩体有一定作用。 二章：岩石物理力学性质有哪些？ 岩石的质量指标，水理性质指标，描述岩石风化能力指标，完整岩石的单轴抗压强度，抗拉强度，剪切强度，三向压缩强度和各种受力状态相对应的变形特性。影响岩石强度特性的主要因素有哪些？对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形状（形状、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水率、温度）。对三相压缩强度的影响因素：侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙压力。 什么是岩石的应力应变全过程曲线？所谓应力应变全过程曲线是指在刚性实验机上进行实验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力应变曲线。 2.4简述岩石刚性实验机的工作原理？：压力机加压（贮存弹性应能）岩石试件达峰点强度（释放应变能）导致试件崩溃。AA′O2O1面积—峰点后，岩块产生微小位移所需的能。ACO2O1面积——峰点后，刚体机释放的能量（贮存的能量）。ABO2O1——峰点后，普通机释放的能量(贮存的能量)。当实验机的刚度大于岩石的刚度，才有可能记录下岩石峰值应力后的应力应变曲线。 莫尔强度理论，格尔菲斯强度理论和E.hoek和E.T.brown提出的经验理论的优缺点？：莫尔强度理论优点是使用方便，物理意义明确；缺点是1不能从岩石破坏机理上解释其破坏特征2忽略了中间主应力对岩石强度的影响；格尔菲斯强度理论优点是明确阐明了脆性材料破裂的原因、破裂所需能量及破裂扩展方向；缺点是仅考虑岩石开裂并非宏观上破坏的缘故。E.hoek和E.T.brown提出的经验理论与莫尔强度理论很相似其优点是能够用曲线来表示岩石的强度，但是缺点是表达式稍显复杂。 典型的岩石蠕变曲线有哪些特征？典型的岩石蠕变曲线分三个阶段第Ⅰ阶段：称为初始蠕变段或者叫瞬态蠕变阶段。在此阶段的应变一时间曲线向下弯曲；应变与时间大致呈对数关系，即ε∝㏒t。第Ⅱ阶段：称为等速蠕变段或稳定蠕变段。在此阶段内变形缓慢，应变与时间近于线性关系。第Ⅲ阶段：称为加速蠕变段非
地质学基础实验报告 课 程 名 称 地质学基础实验名称矿物和岩石的识别并对岩石准确命名实 验教室土壤实 验室 实验日 期 2010．10-2011.1 班级一班 学 生姓名阳金秀 实验成 绩 任课教师 （签名） 实 验目的及内容（1）通过在室内对手上的标本的观察，认识常见的矿物和岩石，掌握其各种物理特征； （2）区分相似矿物； （3）根据各种特征对岩石准确命名； （4）对矿物和岩石进行分类；
实 验 样 品 各种矿物和岩石标本 实验过程（1）观察各种矿物的集合体形态（粒状、片状、致密块状等集合体）和物理性质（颜色、光泽、解理等）， （2）还可以利用条痕板观察矿物的条痕，用指甲或小刀来估计硬度； （3）对矿物进行分类； （4）观察岩石的颜色，矿物成分； （5）按三大类岩石进行分类； （6）观察火成岩的结构、构造，对火成岩进行分类； （7）观察沉积岩的颜色、成分、结构、构造，对沉积岩分类； （8）观察变质岩的矿物、结构、构造等 实验结果分析矿物分类： 类型碳矿物硫化物氧化物及 氢氧化物 含氧盐类 矿物 其他盐类 矿物 主要矿物 石墨 辉铜矿、方 铅矿、辉锑 矿、辰砂、 黄铁矿、黄 铜矿 赤铁矿、褐 铁矿铝土 矿、石英碧 玉、玉髓 正长石、斜 长石、橄榄 石、普通辉 石、普通角 闪石、云 母、绿帘 石、蛇纹 石、滑石石 榴子石、方 解石、重晶 石 磷灰石、萤 石、
三大岩类： 火成岩沉积岩变质岩 矿物成分均为原生矿物，成分 复杂，常见的有石 英、长石、角闪石、 辉石、橄榄石、黑云 母等矿物成分 除石英、长石、白云母等原 生矿物外，次生矿物占相当 数量，如方解石、白云石、 高岭石、海绿石等 除具有原岩的矿物成 分判尚有典型的变质 矿物，如绢云母、石 榴子石等 结构以粒状结晶、斑状结 构为其特征 以碎屑、泥质及生物碎屑、 化学结构为其特征 以变晶、变余、压碎 结构为其特征 构造具流纹、气孔、杏仁、 块状构造 多具层理构造、有些含生物 化石 具片理、片麻理、块 状等构造 产状多以侵入体出现，少 数为喷发岩，呈不规 则状 有规律的层状随原岩产状而定 分布花岗岩、玄武岩分布 最广 粘土岩分布最广，其次是砂 岩、石灰岩 区域变质岩分布最广 如片麻岩、大理岩， 次为接触变质岩如矽 卡岩、红柱石和动力 变质岩 区分相识岩石： 相同点不同点普通辉石颜色均为绿黑至黑色，辉石晶体为短柱状 条痕为灰绿色，玻璃光泽， 普通角闪石两组解理角闪石晶体为长柱状收 获感想 通过老师讲解和认真地观察，认识了常见的矿物和岩石，能对岩石进行初步的分类和描述，能通过观察岩石的矿物成分和颜色等物理特征，对岩石进行完整、准确的命名。认识矿物和岩石的实验，为以后的野外实习奠定基础。