第28卷 第3期
岩石力学与工程学报 V ol.28 No.3
2009年3月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March ，2009
收稿日期：2008–08–30；修回日期：2008–11–24
基金项目：国家自然科学基金重点项目(50874124，50534080)；国家重点基础研究发展规划(973)项目(2005CB221502)；重庆市自然科学基金计划重点项目(2008BA6028)
作者简介：尹光志(1962–)，男，博士，1982年毕业于重庆大学资源及环境科学学院采矿工程专业，现任教授、博士生导师，主要从事采矿工程与安全工程方面的教学与研究工作。E-mail ：gzyin@https://www.doczj.com/doc/fe16701118.html,
高温后粗砂岩常规三轴压缩条件下力学特性
试验研究
尹光志
1，2
，李小双1，赵洪宝1
(1. 重庆大学 资源及环境科学学院，重庆 400044；2. 重庆大学 西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆 400044)
摘要：通过在MTS815.03电液伺服岩石力学试验机上对焦作方庄煤矿煤层顶板粗砂岩进行高温后常规三轴压缩试验，基于试验结果研究不同温度作用后常规三向压缩条件下粗砂岩宏观力学特性，分析粗砂岩强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角和极限应变与温度的关系；同时对粗砂岩强度、平均模量与围压关系进行探讨。研究结果表明，围压一定，温度为25 ℃～300 ℃时，随着温度的升高，试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大，而变形模量有所降低。高温产生的热应力起到容纳变形和裂隙闭合作用，砂岩试件部分原生裂隙逐渐愈合，裂隙数量减少，密实程度提高，矿物颗粒间接触关系得到改善，摩擦特性得以增强；超过300 ℃以后，随着温度的升高，粗砂岩试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均有所减小，而峰值变形逐渐增大，由高温引起的粗砂岩矿物颗粒的不同热膨胀率导致跨颗粒边界的热膨胀不协调，从而产生结构热应力使试样内部产生微裂隙，试样承载能力和抗变形能力减弱。而围压对粗砂岩的力学性质起到改善和强化作用，当温度一定时，随着围压的升高，粗砂岩试件强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大。
关键词：岩石力学；宏观力学特性；高温；常规三轴压缩试验；粗砂岩；围压
中图分类号：TU 459 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2009)03–0598–07
EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON MECHANICAL PROPERTIES OF COARSE SANDSTONE AFTER HIGH TEMPERATURE UNDER
CONVENTIONAL TRIAXIAL COMPRESSION
YIN Guangzhi
1，2
，LI Xiaoshuang 1，ZHAO Hongbao 1
(1. College of Resources and Environmental Science ，Chongqing University ，Chongqing 400044，China ；2. Key Laboratory for the Exploitation of Southwest Resources and the Environmental Disaster Control Engineering ，Ministry of Education ，Chongqing
University ，Chongqing 400044，China )
Abstract ：Experiments are carried out to study coarse sandstone on upper plane of coal bed of Fangzhuang Coal Mine of Jiaozuo Co.，Ltd. under conventional triaxial compression by the MTS815.03 servo-controlled testing machine after high temperature. Based on the experimental results ，the macro-mechanical properties of coarse sandstone under conventional triaxial compression after different temperatures are investigated. The relationships between triaxial compression strength ，average modulus ，cohesion ，internal friction angle and peak strain of coarse sandstone and temperature are analyzed ；and those between strength ，average modulus and temperature are also studied. The results show that ，when the confining pressure imposed on coarse sandstone is constant ，and the temperature changes from 25 ℃ to 300 ℃，with the increasing of the temperature ，the triaxial compression
第28卷第3期尹光志，等. 高温后粗砂岩常规三轴压缩条件下力学特性试验研究 ? 599 ?
strength，average modulus，cohesion，internal friction angle all gradually increase，but the peak strain has a slightly decrease. The thermal stress generated by high temperature has an effect of absorbing deformation and closure of fracture，parts of the original fracture get close；the number of fractures decreases；the compaction rate uprates；the contact relationship of mineral grain has been improved；and the frictional characteristic has been enhanced. When the temperature is over 300 ℃，with the increase of temperature，the triaxial compression strength，average modulus，cohesion，internal friction angle all decrease；but the peak strain has a little increase. And the discordant thermal expansion which happens across mineral particles can induce structural thermal stress due to the different thermal expansion coefficients of mineral particles in coarse sandstone. Then the microcracks develop inside the sample which makes the bearing capacity and non-deformability decrease. And the confining pressure can improve the mechanical properties of coarse sandstone. When the temperature is internal，with the increase of confining pressure，the strength，average modulus，cohesion，internal friction angle of coarse sandstone gradually increase.
Key words：rock mechanics；macro-mechanical properties；high temperature；conventional triaxial compression test；coarse sandstone；confining pressure
1 引言
煤的地下气化、地热资源的开发、煤矿瓦斯的安全抽放和综合利用、大型城市地下硐室和隧道工程火灾后的修复与重建等都不可避免地涉及到高温作用后岩石的力学性质问题。国内外研究者在温度对岩石力学和物理特性的影响方面进行了大量的理论和试验研究，取得了一系列有理论意义和实用价值的研究成果，归纳起来主要包括：(1) 高温作用后岩体基本物理参数(波速、密度等)试验测定、变形机制研究[1～5]；(2) 岩石破坏准则、力学特性、本构关系、热裂化及岩石损伤破坏机制研究等[6～19]。
以前多数学者对岩石(大理岩、花岗岩、岩盐)在高温后的物理力学特性相关研究主要是在单轴压缩条件下进行的，而对岩石在高温后三轴压缩条件下的研究甚少。因此，本文对焦作方庄煤矿戊组煤层粗砂岩试样经历25 ℃～700 ℃高温自然冷却至室温后，在MTS815.03电液伺服岩石力学试验机进行了常规三轴压缩试验；分析了高温作用后粗砂岩的波速、轴向峰值应力、平均模量、变形模量、黏聚力、内摩擦角以及峰值应变等力学参数随温度变化规律。其研究结果可作为预测和评估煤炭地下气化与城市大型地下工程火灾后围岩稳定性与修复加固支护设计的参考依据。
2 试验概况
2.1 试验所用试样
岩石试样取自焦作方庄煤矿戊组煤层顶板粗砂岩，其主要成分为长石和石英，含少量云母，呈灰黄色，层理明显，钙质胶结，粒径为0.2～1.0 mm，平均粒径为0.5 mm左右。按照规范[20]的要求，将岩块沿垂直层理方向加工成直径为50 mm，长度为100 mm的标准圆柱体试样。为保证试验结果的可靠性和可比性，试样加工成型后对其外观仔细观察，确定没有明显的节理及裂纹等缺陷，并挑两端稳定、不平行度小于0.05 mm的作为试验试样，以确保试样之间没有出现明显的差异，同时对其进行编号。高温处理前对每个试样的纵波波速、密度进行了测定。所用试样密度为2 312～2 410 kg/m3，平均密度为2 327 kg/m3，离散系数为4.1%；纵波波速为3 423～3 677 m/s，平均波速为3 529 m/s，离散系数为7.2%，满足试验要求。
2.2 加温设备及方法
试样加温设备为KSW–5D–12型高温箱式电阻炉和电炉温度控制器，该加温设备是一套可以自动控温、升温的多功能电炉设备。加温采用硅炭棒作为加热元件，高性能纤维为保温材料，最高温度可达1 200 ℃。试验温度设置为25 ℃(常温)，100 ℃，300 ℃，500 ℃，700 ℃五个等级，每个温度等级为1组，每组5个试样。为了保证对试样加温均匀，加温方法是按20 ℃/min的升温速度加热到预定温度后保持恒温5 h，以保证试样与炉膛温度一致，然后在炉膛中自然冷却至室温，制成经历不同温度的粗砂岩试样。粗砂岩试样经历不同温度后的形态如图1所示。粗砂岩试样高温后表观颜色有所变化，常温时试样为灰黄色，经历100℃高温后灰色有所加深，经历200 ℃～500℃高温后由灰色逐渐向棕红色变化，温度越高棕红色成分越深，而在
? 600 ? 岩石力学与工程学报 2009年
(a) 25 ℃ (b) 100 ℃
(c) 300 ℃ (d) 500 ℃
(e) 700 ℃
图1 经历不同温度后粗砂岩试样形态
Fig.1 Shapes of coarse sandstones under various
temperatures
700℃后粗砂岩试样变成粉红色。
2.3 试验设备及方法
常规三轴压缩试验采用美国生产的MTS815.03电液伺服岩石力学试验机，该试验机是目前国内配置最高、性能最为先进的岩石力学试验设备，主要测试高强度、高性能固体材料在复杂应力条件下的力学性质；可进行岩石的单轴压缩试验、单轴直接拉伸试验、单轴间接拉伸试验、常温和高温下的三轴压缩试验、循环压缩试验、蠕变试验等。轴向最大荷载为2 800 kN，围压最大为80 MPa；测试精度高，性能稳定，可进行高低速数据采集，具有良好的动、静态和系统刚度，能够跟踪岩石破坏的全过程，并得到岩石的全程应力–应变曲线。本试验采用位移控制方式，加载速率为0.005 mm/s，采用5 mm位移传感器测量试样的轴向位移，1 000 kN的力传感器测量试样的轴向荷载。将选取的25个粗砂岩试样分为5组，每组5个，每组试样分别在5，10，15，20，25 MPa的围压下进行三轴试验。
3 试验结果及分析
3.1 粗砂岩力学性质与围压关系
图2给出了围压一定的情况下，粗砂岩试样在经历了25 ℃，100 ℃，300 ℃，500 ℃，700 ℃后的常规三轴压缩全应力–应变曲线。从图2可以看出，在围压一定的情况下，经历不同温度后，粗砂岩常规三轴压缩全应力–应变曲线变化规律大致经历压密、弹性、屈服和破坏4个阶段。首先为压密阶段，其曲线呈上凹型，随应力的增加，变形发展较快，
(a) σ3 = 5 MPa
(b) σ3 = 10 MPa
(c) σ3 = 15 MPa
(d) σ3 = 20 MPa
(
σ
1
－
σ
3
)
/
M
P
a
ε/10－3
(
σ
1
－
σ
3
)
/
M
P
a
ε/10－3
(
σ
1
－
σ
3
)
/
M
P
a
ε/10－3
ε/10－3
(
σ
1
－
σ
3
)
/
M
P
a
第28卷 第3期 尹光志，等. 高温后粗砂岩常规三轴压缩条件下力学特性试验研究 ? 601 ?
(e) σ3 = 25 MPa
图2 围压一定时高温后粗砂岩试样常规三轴压缩全应力–
应变曲线
Fig.2 Complete stress-strain curves of coarse sandstone
specimens heated to various temperatures under conventional triaxial compression with fixed confining pressure
这主要是粗砂岩内部的微裂隙在外力作用下发生闭合所致；接着进入弹性阶段，该阶段的曲线基本呈直线状态，应力–应变呈正比例关系，表现出材料的弹性特征；屈服阶段是指试样内部强度较低的材料首先逐步屈服破坏，新的裂隙逐步产生同时，周围材料因承受更高的应力也逐步破坏，裂隙不断演化、发展，使应力–应变曲线偏离直线，表现出试样的初步损伤发展过程；破坏阶段是指岩石试样达到承载极限，试样内部裂隙贯通形成宏观破裂，试样整体失去承载能力。由于本文所取粗砂岩试样自身的离散性较大，故从图2可以看到，其全应力–应变曲线在某一局部结果(单一固定围压情况下)有较大的离散性，但整体来讲(不同固定围压情况下)，高温后粗砂岩在三轴压缩条件下的力学特性具有明显的整体规律性。
由图3可知，在25 ℃～700 ℃范围内，当经历了相同的加热温度并冷却至常温后，常规三轴压缩条件下粗砂岩试样的三轴抗压强度随着围压的增大而增大。经历了25 ℃，100 ℃，300 ℃，500 ℃，700 ℃五个等级温度加热后粗砂岩试样三轴抗压强度，在围压为5，10，15，20，25 MPa 时，其平均值分别为152.81，183.39，216.50，228.34，237.22 MPa 。随着围压由5 MPa 增加到25 MPa ，粗砂岩试样在常规三轴压缩条件下的抗压强度相对围压为5 MPa 时的平均值分别增加了20.01%(10 MPa)，41.68%(15 MPa)，49.43%(20 MPa)，55.24%(25 MPa)。
根据试验结果，通过曲线拟合得到高温后粗砂岩试样
图3 高温后粗砂岩试样三轴抗压强度与围压关系 Fig.3 Relationship between triaxial compression strength of
coarse sandstone specimen and confining pressure after high temperatures
常规三轴抗压强度与围压的关系(见图3)。由图3可知，经历不同温度作用后，常规三轴压缩条件下粗砂岩试样的抗压强度与围压之间关系为非线性的，可表示为
2s 330.4218.2392120.63σσσ=++ (R 2 = 0.901 1)
图4为高温后粗砂岩平均模量与围压的关系。由图4可知，经历过不同加热温度的粗砂岩试件，当围压为5，10，15，20，25 MPa 时平均模量平均值分别为27.95，30.51，30.91，30.93，31.24 GPa 。随着作用在粗砂岩试样上的围压逐步增大，其平均模量相对于围压为5 MPa 时分别增加了9.16%(10
MPa)，10.59%(15 MPa)，10.66%(20 MPa)，11.77% (25 MPa)，围压对经过高温加热后粗砂岩的平均模量影响较小。随着围压的增大，粗砂岩的平均模量有小幅度的增加。
图4 高温后粗砂岩试样平均模量与围压关系 Fig.4 Relationship between average modulus of coarse
sandstone specimen and confining pressure after high temperatures
ε /10
－
3 (σ1－σ3)/M P a
围压/MPa
三轴抗压强度/M P a
5
10
15202530
围压/MPa
平均模量/G P a
5
10
152025
30
? 602 ? 岩石力学与工程学报 2009年
3.2 粗砂岩力学性质与温度关系
粗砂岩试样在经历不同温度作用后，由常规三轴压缩试验结果分析得到粗砂岩试样的黏聚力、内摩擦角与温度的关系曲线分别见图5，6。同时，可进一步分析得到围压一定时不同温度作用后粗砂岩试样的三轴抗压强度、平均模量及轴向峰值应变与温度的关系曲线，分别见图7～9。
图5 常规三轴压缩下粗砂岩试样黏聚力与温度关系 Fig.5 Relationship between cohesion of coarse sandstone
specimen and temperature under conventional triaxial compression
图6
图7 围压一定时粗砂岩试样三轴抗压强度与温度关系 Fig.7 Relationship between triaxial compression strength of
coarse sandstone specimen and temperature under constant confining pressure
由图5～9可以分析得出：围压恒定时，试验所测得粗砂岩试样的黏聚力、内摩擦角、三轴抗压强
度、轴向峰值应变及平均模量结果有较大的离散性，
图8 围压一定时粗砂岩试样平均模量与温度关系 Fig.8 Relationship between average modulus of coarse
sandstone specimen and temperature under constant confining pressure
图9 围压一定时粗砂岩试样轴向峰值应变与温度关系
Fig.9 Relationship between axial peak strain of coarse
sandstone specimen and temperature under constant confining pressure
但整体上仍具有明显的规律性。在常规三轴压缩条件下，经历不同温度作用后，粗砂岩试样的黏聚力、内摩擦角、三轴抗压强度及平均模量在300 ℃前随着加热温度的升高而呈二次非线性增加；300 ℃后，随着加热温度的升高，黏聚力、内摩擦角、三轴抗压强度及平均模量呈二次非线性减小，轴向峰值应变则呈二次非线性单调增加。
粗砂岩试样的黏聚力、内摩擦角、三轴抗压强度及平均模量的平均值分别由25 ℃时的36.903
MPa ，38.10°，209.79 MPa ，31.59 GPa 增加到300 ℃时的37.256 MPa ，39.85°
，221.59 MPa ，32.27 GPa ，增加幅度分别为0.95%，4.59%，5.93%，2.47%；当加热温度达到700 ℃时，由于温度应力的损伤，其黏聚力、内摩擦角、三轴抗压强度及平均模量的平均值分别减小到27.45 MPa ，34.60°，197.17 MPa ，
27.22 GPa ，相对常温时分别减少25.61%，9.19%，5.75%，13.83%。而粗砂岩试样的轴向峰值应变呈二次非线性单调增加，由25 ℃时的平均值8.11×
10
－3
增加到700 ℃时的平均值10.14×10－
3，增加幅
度达到25.03%。
温度/℃
黏聚力/M P a
33
3435
363738394041
内摩擦角/(°)
温度/(°) 三轴抗压强度/M P a
20
253035温度/℃ 平均模量/G P a
629100.00431.107
E T T ?=?×++温度/℃
轴向峰值应变/10
－3
第28卷第3期尹光志，等. 高温后粗砂岩常规三轴压缩条件下力学特性试验研究 ? 603 ?
4 讨论
由于岩样的不均匀性、端部效应及加工精度等因素，造成了数据的偏差和离散，对试验结果有一定的影响。但是，本文关于不同温度后砂岩力学参数的试验研究结果仍具有一定的规律性。
粗砂岩作为高空隙度岩石，组成粗砂岩的颗粒结合得不是十分紧密，颗粒之间存在较多空隙和裂隙，围压的存在使得岩石内部这些空隙和裂隙得到压密和减小，颗粒间的接触关系得到改善，摩擦特性得到增强，粗砂岩的承载能力提高，宏观力学性质得到优化。与此同时，粗砂岩内部这些较大的空隙结构在温度不是很高(低于300 )
℃时，经过加热后产生的温度热应力起到容纳变形和阻止裂纹扩展的作用，矿物颗粒的受热膨胀也可能造成粗砂岩中原生裂隙逐渐愈合，裂隙数量减少，密实程度提高，使得矿物颗粒之间的接触关系得到改善，摩擦特性得以增强，在温度和围压共同作用下，粗砂岩的黏聚力、内摩擦角、三轴抗压强度及平均模量在300℃前随着加热温度的升高呈二次非线性增加。而在温度较高(大于300 )
℃时，由于粗砂岩矿物颗粒的不同热膨胀率引起跨颗粒边界的热膨胀不协调，各种矿物颗粒之间必然产生相互约束，从而造成颗粒间或颗粒内部的拉或压应力，即结构热应力。一旦这种结构热应力达到或超过岩石的强度极限，就会产生微裂隙，使粗砂岩试样承载能力和抗变形能力减弱，而且随温度的升高，颗粒间或颗粒内应力进一步增大，致使粗砂岩内部产生更多微裂隙或使原生裂纹扩展、加宽和连通，宏观上表现为粗砂岩力学性质的劣化，试样的承载能力和抗变形能力降低，粗砂岩的宏观力学性质被劣化。此时虽然围压的存在可以改善粗砂岩的力学性质，但由于温度应力对粗砂岩力学性质的损伤更大，其宏观力学性质总体劣化，表现为粗砂岩试样的黏聚力、内摩擦角、三轴抗压强度及平均模量在300 ℃后随着加热温度的升高呈二次非线性减小。由此可见，常规三轴压缩条件下，300 ℃是粗砂岩力学参数的阀值温度。
5 结论
(1) 经历了相同的加热温度冷却至常温后，常规三轴压缩条件下粗砂岩试样的三轴抗压强度和平均模量随着围压的增大而增大。高温后粗砂岩的塑性得到增强，表现为轴向峰值应变随着温度和围压的升高呈二次非线性单调增加。
(2) 粗砂岩作为高空隙中硬岩石，在加热温度低于300 ℃时，产生的热应力起到容纳变形和阻止裂纹扩展的作用，试样的承载能力和抗变形能力得以强化，宏观力学性质得到强化。温度超过300 ℃后，粗砂岩中矿物颗粒的不同热膨胀率引起跨颗粒边界的热膨胀不协调，引起结构热应力，使粗砂岩试样承载能力和抗变形能力减弱，宏观力学性质被劣化。
(3) 经过高温加热并自然冷却至室温后的粗砂岩试件在三轴压缩条样下，进行试验时，其相关力学特性同时受温度和围压的影响，试验结果是温度和围压两种因素共同作用的结果。试验结果表明，粗砂岩试样的黏聚力、内摩擦角、三轴抗压强度及平均模量在300 ℃前随着加热温度的升高呈二次非线性增加；300 ℃后随着加热温度的升高呈二次非线性减小。可见常规三轴压缩条件下，300 ℃是粗砂岩力学特性的阀值温度。
致谢感谢河南理工大学采矿教研室老师的大力支持和帮助，特别感谢郭文兵教授、苏承东高级工程师在试验过程中的热心帮助!
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竭诚为您提供优质文档/双击可除 图像压缩实验报告 篇一：实验三图像压缩 实验三图像压缩 一、实验目的 1．理解有损压缩和无损压缩的概念； 2．理解图像压缩的主要原则和目的； 3．了解几种常用的图像压缩编码方式。 4．利用mATLAb程序进行图像压缩。 二、实验仪器 1计算机； 2mATLAb等程序； 3移动式存储器（软盘、u盘等）。 4记录用的笔、纸。 三、实验原理 1.图像压缩原理 图像压缩主要目的是为了节省存储空间，增加传输速度。图像压缩的理想标准是信息丢失最少，压缩比例最大。不损
失图像质量的压缩称为无损压缩，无损压缩不可能达到很高的压缩比；损失图像质量的压缩称为有损压缩，高的压缩比是以牺牲图像质量为代价的。压缩的实现方法是对图像重新进行编码，希望用更少的数据表示图像。 信息的冗余量有许多种，如空间冗余，时间冗余，结构冗余，知识冗余，视觉冗余等，数据压缩实质上是减少这些冗余量。高效编码的主要方法是尽可能去除图像中的冗余成分，从而以最小的码元包含最大的图像信息。 编码压缩方法有许多种，从不同的角度出发有不同的分类方法，从信息论角度出发可分为两大类。 （1）.冗余度压缩方法，也称无损压缩、信息保持编码或嫡编码。具体说就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。 （2）信息量压缩方法，也称有损压缩、失真度编码或烟压缩编码。也就是说解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真。 应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上可以分为以下3类： （1）无损压缩编码种类 哈夫曼（huffman）编码，算术编码，行程（RLe）编码，Lempelzev编码。 （2）有损压缩编码种类
(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3
流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5） 不排水的泊松比为：
园林学院 土力学实验报告 学生姓名 学号2009041001 专业班级土木工程091 指导教师李西斌 组别第三组 成绩
实验目录 前言 (1) 实验一含水量试验 (2) 实验二密度实验 (5) 实验三液限和塑限试验 (7) 实验四固结试验 (13) 实验五直接剪切试验 (18)
前言 土是矿物颗粒所组成的松散颗粒集合体，其物理力学性质与其他材料不同；土力学是利用力学的基本原理和土工试验技术来研究土的强度和变形及其规律性的一门应用学科。 土的天然含水率、击实性、压缩性、抗剪强度是水利工程中的四大问题，他们的好坏与否直接关系到水利工程的经济效益与安全问题，因此在工程中作好土料的指标实验，确定出相应标对水利工程具有十分重要的意义。
实验一 含水量试验 一、概述 土的含水率 是指土在温度105~110℃下烘干至恒量时所失去的水质量与达 到恒量后干土质量的比值，以百分数表示。 含水率是土的基本物理性质指标之一，它反映了土的干、湿状态。含水率的变化将使土物理力学性质发生一系列变化，它可使土变成半固态、可塑状态或流动状态，可使土变成稍湿状态、很湿状态或饱和状态，也可造成土在压缩性和稳定性上的差异。含水率还是计算土的干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等不可缺少的依据，也是建筑物地基、路堤、土坝等施工质量控制的重要指标。 二、实验原理 土样在在105℃～110℃温度下加热，土中自由水会变成气体挥发，土恒重后， 即可认为是干土质量s m ，挥发掉的水分质量为w s m m m =-。 三、实验目的 测定土的含水量，供计算土的孔隙比、液性指数、饱和度等不可缺少的一个基本指标。并查表可确定地基土的允许承载力 四、实验方法 含水率实验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等，其中以烘干法为室内实验的标准方法。在此仅用烘干法来测定。 烘 烘干法是将实样放在温度能保持105~110℃的烘箱中烘至恒量的方法，是室内测定含水率的标准方法。 （一）仪器设备 （1）保持温度为105~110℃的自动控制电热恒温烘箱； （2）称量200g 、最小分度值0.01g 的天平； （3）玻璃干燥缸；
实验三 压缩实验 一、实验目的 1．测定压缩时低碳钢的屈服极限s σ和铸铁的强度极限b σ。 2．观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较和分析原因。 二、设备和量具 1．手动数显材料试验机sscs-100； 2．游标卡尺。 三、实验原理及步骤 低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试样一般制成圆柱形，高h o 与直径d o 之比在1～3 的范围内。目前常用的压缩试验方法是两端平压法。这种压缩试验方法，试样的上下两端与试验机承垫之间会产生很大的摩擦力，它们阻碍着试样上部及下部的横向变形，导致测得的抗压强度较实际偏高。当试样的高度相对增加时，摩擦力对试样中部的影响就变得小了，因此抗压强度与比值h o ／d o 有关。由此可见，压缩试验是与试验条件有关的。为了在相同的试验条件下，对不同材料的抗压性能进行比较，应对h o ／d o 的值作出规定。实践表明，此值取在1～3的范围内为宜。若小于l ，则摩擦力的影响太大；若大于3，虽然摩擦力的影响减小，但稳定性的影响却突出起来。 低碳钢试样压缩时同样存在弹性极限、比例极限、屈服极限而且数值和拉伸所得的相应数值差不多，但是在屈服时却不象拉伸那样明显。从进入屈服开始，试样塑性变形就有较大的增长，试样截面面积随之增大。由于截面面积的增大，要维持屈服时的应力，载荷也就要相应增大。因此，在整个屈服阶段，载荷也是上升的，在测力盘上看不到指针倒退现象，这样，判定压缩时的P S 要特别小心地注意观察。在缓慢均匀加载下，测力指针是等速转动的，当材料发生屈服时，测力指针的转动将出现减慢，这时所对应的载荷即为屈服载荷
P S。由于指针转动速度的减慢不十分明显，故还要结合自动绘图装置上绘出的压缩曲线中的的拐点来判断和确定P S。 低碳钢的压缩图（即P一△1曲线）如图3—1所示，超过屈服之后，低碳钢试样由原来的圆柱形逐渐被压成鼓形，即如图3—3。继续不断加压，试样将愈压愈扁，但总不破坏。所以，低碳钢不具有抗压强度极限（也可将它的抗压强度极限理解为无限大），低碳钢的压缩曲线也可证实这一点。 图3-1 低碳钢压缩图图3-2 铸铁压缩图 灰铸铁在拉伸时是属于塑性很差的一种脆性材料，但在受压时，试件在达到最大载荷P b前将会产生较大的塑性变形，最后被压成鼓形而断裂。铸铁的压缩图（P一△1曲线）如图3—2所示，灰铸铁试样的断裂有两特点：一是断口为斜断口，如图3—4所示。 图3-3 压缩时低碳钢变形示意图图3-4 压缩时铸铁破坏断口 二是按P b/A0求得的 远比拉伸时为高，大致是拉伸时的 3—4倍。为什 b
浅析岩石单轴压缩变形试验的影响因素 在实际工作中，由于对岩石力学性质评论是公路、铁路等工程地质勘察不可或缺的要素，因此采取岩石单轴压缩试验这种最通用的试验方法，研究岩石变形，成为岩石力学问题的重要内容之一，这也对实际工程施工原料选择起到一定的参考作用。这个问题的研究由于操作起來比较方便，理论基础比较明显，所以被广泛应用于工程实践和各种科研工作中。作者试图按照这个理论的思路，简单分析岩石单轴压缩变形试验的影响因素，进而为相关科研和实际工程施工提供一些有参考价值的东西。 标签：岩石；单轴压缩变形；影响 引言 岩石单轴压缩变形试验是检验岩石抗压承载力的一种试验，属于物理试验的范畴。文章中提出的试验模型主要是用花岗岩、泥岩两种规则形状的岩石作为试样，用单轴荷载来进行压力作用，来测定其纵向和横向的变形量，进而形成相应的应力—应变曲线，得出弹性模量及泊松比。作者以花岗岩和泥岩两种岩石为试验样本，采取弹性模量试验对两种岩石的受力变形等情况进行对比和分析，来具体总结影响岩石压缩变形试验的主要因素有哪些。 1 弹性模量的概念及其取值方法 1.1 弹性模量的概念 弹性理论是以应力、应变的线性关系为基础的一种理论，其中应力与应变之比就是弹性模量，从力学角度来看它表示岩石材料的坚硬程度，更具体地来说是指岩石材料在压缩或拉伸时，材料对弹性变形的抵抗能力，这是在本类试验中应用的重要基础理论和概念。 1.2 岩石弹性模量的取值方法 根据国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会的《岩石力学试验建议方法》，岩石弹性模量的取值方法主要是割线弹性模量及泊松比的取值方法，以抗压强度50%时的变形量为基础，在纵向应力—应变曲线上的原点与应力相应于极限抗压强度50%处的应力点的连线，其斜率为割线模量，横向应变与纵向应变的比值就是泊松比。一般来说，在实际工作中，大多数岩石这个应力水平下仍处于弹性范围内，很少出现细微裂缝扩展乃至断裂破碎等现象。 2 影响岩石弹性模量的主要因素 2.1 构成岩石的矿物及岩石物理性质的影响
土力学 实验报告 姓名 班级 学号
含水量实验 一、实验名称：含水量实验 二、实验目的要求 含水量反映了土的状态，含水量的变化将使土的一系列物理力学性质指标 也发生变化。测定土的含水量，以了解土的含水情况，是计算土的孔隙比、液性指数、饱和度和其他物理力学性质指标不可缺少的一个基本指标。 三、试验原理 土样在100~105℃温度下加热，途中自由水首先会变成气体，之后结合水也会脱离土粒的约束，此时土体质量不断减少。当图中自由水和结合水均蒸发脱离土体，土体质量不再变化，可以得到固体矿物即土干的重。土恒重后，土体质量即可被认为是干土质量m s ，蒸发掉的水分质量为土中水质量m w =m-m s 。 四、仪器设备 烘箱、分析天平、铝制称量盒、削土刀、匙、盛土容器等。 五、试验方法与步骤 1.先称量盒的质量m 1，精确至0.01g 。 2.从原状或扰动土样中取代表性土样15~30g （细粒土不少于15g ，砂类土、有机质土不少于50g ），放入已称好的称量盒内，立即盖好盒盖。 3.放天平上称量，称盒加湿土的总质量为m 0+m ，准确至0.01g 。 4.揭开盒盖，套在盒底，通土样一样放入烘箱，在温度100~105℃下烘至质量恒定。 5.将烘干后的土样和盒从烘箱中取出，盖好盒盖收入干燥器内冷却至室温。 6.从干燥器内取出土样，盖好盒盖，称盒加干土质量m 0+m s （准确至0.01g ） 。 六、试验数据记录与成果整理 含水量试验（烘干法）记录 计算含水量：%100) () ()(000?++-+= s s m m m m m m w 实验日期 盒质量 m 0/g 盒+湿土质 量（m 0+m ）/g 盒+干土质 量（m 0+m s ） /g 水质量/g 干土质量m s /g 含水量w/% 1 2 3 4=2-3 5=3-1 4/5
材料的拉伸压缩实验 【实验目的】 1．研究低碳钢、铸铁的应力——应变曲线拉伸图。 2．确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限R p、下屈服强度R eL、强度极限R m、延伸率A、断面收缩率Z等等）。 3. 确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。 4.研究和比较塑性材料与脆性材料在室温下单向压缩时的力学性能。 【实验设备】 1.微机控制电子万能试验机； 2.游标卡尺。 3、记号笔 4、低碳钢、铸铁试件 【实验原理】 1、拉伸实验 低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-?l曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图1。 对于低碳钢材料，由图1曲线中发现OA直线，说明F正比于?l，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B'点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；B点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs时，必须缓慢而均匀地加载，并应用σs=F s/ A0（A0为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。 图1低碳钢拉伸曲线 屈服阶段终了后，要使试件继续变形，就必须增加载荷，材料进入强化阶段。
当载荷达到强度载荷F b后，在试件的某一局部发生显著变形，载荷逐渐减小，直至试件断裂。应用公式σb=F b/A0计算强度极限（A0为试件变形前的横截面积）。 根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出低碳钢的延伸率δ和端面收缩率ψ，即 % 100 1? - = l l l δ，% 100 1 0? - = A A A ψ 式中，l0、l1为试件拉伸前后的标距长度，A1为颈缩处的横截面积。 2、压缩实验 铸铁试件压缩过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-?l曲线，即铸铁压缩曲线，见图2。 对铸铁材料，当承受压缩载荷达到最大载荷F b时，突然发生破裂。铸铁试件破坏后表明出与试件横截面大约成45?～55?的倾斜断裂面，这是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度，使试件被剪断。 材料压缩时的力学性质可以由压缩时的力与变形关系曲线表示。铸铁受压时曲线上没有屈服阶段，但曲线明显变弯，断裂时有明显的塑性变形。由于试件承受压缩时，上下两端面与压头之间有很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。 铸铁压缩实验的强度极限：σb=F b/A0（A0为试件变形前的横截面积）。 【实验步骤及注意事项】 1、拉伸实验步骤 （1）试件准备：在试件上划出长度为l0的标距线，在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d0。 （2）试验机准备：按试验机→计算机→打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册”，运行配套软件。 （3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。若夹具已 图2 铸铁压缩曲线
实验名称：岩石单轴压缩实验 一实验目的： 1.了解RFPA软件，熟悉软件界面，了解软件用途。 2.掌握软件RFPA的原理及使用方法。 3.了解岩石在外界压力的作用下的破碎情况。 4.掌握RFPA软件模拟岩石单轴压缩的过程。 二实验步骤： 1、熟悉RFPA软件界面，了解软件个部分的作用。见图1-1： 图1-1 2、运用软件进行相关试验 (1)试验模型 试样模型尺寸100mm×50mm ，网个划分为100×100个基元。采用平面应力问题，整个加载过程通过位移加载方式。力学性质参数如下表： 表2-1
（2）网格划分和参数赋值 网格的划分以及其他参数的赋值见下图2-1，2-2： 图2－1 岩石试件及参数设定值 图2－2 岩石试件参数设定 (3)边界条件和控制条件的选定 点击主面板上的控制键Boundary conditions，进行设置边界条件，其具体数据如
图2－3： 图2－3 加载力的数值设置 打开主面板上的Built，选择Control Information进行完成这个实验的步骤设置，具体数据如图2－4： 图2－4 加载步数设定 (4)计算过程以及结果分析 压缩破裂过程见图2-5：
图2-5压缩破裂过程
结果曲线分析，N-S曲线见图2-6 图2-6N-S曲线 从数值试验得到的载荷-位移全过程曲线再现了如下基本的岩石力学性质 ○1.线性变形阶段。在加载的初期，载荷-位移曲线几乎是线性的。 ○2.非线性变形阶段。当载荷达到试件最大承载能力的50%左右时，试件的变形开始偏离线性，部分基元破坏。 ○3.软化阶段。当达到最大载荷之后，使试件进一步变形的载荷越来越小，进入弱化阶段，直至试件产生宏观破坏。 三实验结论及体会 试验数值表明，试件在破坏过程中,开始出现许多小裂纹，再进一步加载的条件下，试件中突发性地出现了由一系列小张裂纹汇集成的一个剪切带。载荷的宏观破裂带是由宏观剪切应力带中的大量细观拉伸微破裂汇聚形成的。同时，试件的宏观破坏并非发生在试件达到峰值应力的瞬间，而是在试件所受的载荷达到峰值应力以后的某个应力降之后。这个结果表明，岩石介质在达到最大承载能力之后，仍具有一定的承载能力。
常用材料性质参数 材料的性质与制造工艺、化学成份、内部缺陷、使用温度、受载历史、服役时间、试件尺寸等因素有关。本附录给出的材料性能参数只是典型范围值。用于实际工程分析或工程设计时,请咨询材料制造商或供应商。 除非特别说明,本附录给出的弹性模量、屈服强度均指拉伸时的值。 表 1 材料的弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数 材料名称弹性模量E GPa 泊松比V 密度 kg/m3 热膨胀系数a 1G6/C 铝合金-79 黄铜 青铜 铸铁 混凝土（压 普通增强轻质17-31 2300 2400 1100-1800
7-14 铜及其合金玻璃 镁合金镍合金( 蒙乃尔铜镍 塑料 尼龙聚乙烯 2.1-3.4 0.7-1.4 0.4 0.4 880-1100 960-1400 70-140 140-290 岩石(压 花岗岩、大理石、石英石石灰石、沙石40-100 20-70 0.2-0.3 0.2-0.3 2600-2900 2000-2900 5-9 橡胶130-200 沙、土壤、砂砾钢
高强钢不锈钢结构钢190-210 0.27-0.30 7850 10-18 14 17 12 钛合金钨木材（弯曲 杉木橡木松木11-13 11-12 11-14 480-560 640-720 560-640 1 表 2 材料的力学性能 材料名称/牌号屈服强度s CT MPa 抗拉强度b CT
MPa 伸长率 5 % 备注 铝合金LY12 35-500 274 100-550 412 1-45 19 硬铝 黄铜青铜 铸铁( 拉伸HT150 HT250 120-290 69-480 150 250 0-1 铸铁( 压缩混凝土(压缩铜及其合金 玻璃
院系：计算机学院 实验课程：实验3 实验项目：文本压缩与解压 指导老师： 开课时间：2010 ～ 2011年度第 1学期专业： 班级： 学生： 学号：
一、需求分析 1.本程序能够实现将一段由大写字母组成的内容转为哈弗曼编码的编码功能以及将哈弗曼编码翻译为字符的译码功能。 2.友好的图形用户界面，直观明了，每一个操作都有相应的提示，用户只需按着提示去做，便能轻松实现编码以及译码的效果，编码及译码结果都被保存成txt 文档格式，方便用户查看。 3.本程序拥有极大的提升空间，虽然现在只能实现对大写字母的译码以及编码，但通过改进鉴别的算法，即能够实现小写字母乃至其他特殊符号等的编码。 4.本程序可用于加密、解密，压缩后文本的大小将被减小，更方便传输 5.程序的执行命令包括： 1）初始化 2）编码 3）译码 4）印代码文件 5）印哈弗曼树 6）退出 6.测试数据 （1）THIS PROGRAM IS MY FAVOURITE （2）THIS IS MY FAVOURITE PROGRAM BUT THE REPORT IS NOT 二、概要设计 为实现上述功能，应有哈弗曼结点，故需要一个抽象数据类型。 1.哈弗曼结点抽象数据类型定义为： ADT HaffTree{ 数据对象：HaffNode* ht，HaffCode* hc 基本操作： Haffman(int w[],int n) 操作结果：构造哈弗曼树及哈弗曼编码，字符集权值存在数组w，大小为n setdep() setdep(int p,int l) 操作结果：利用递归，p为哈弗曼节点序号，l为哈弗曼节点深度setloc() 操作结果：设置哈弗曼节点坐标，用以输出到界面 setloc2() 操作结果：设置哈弗曼节点坐标，用以输出到文本，默认状态下不启用 } ADT HaffTree 2.本程序包含4个模块 1）主程序模块： 接受用户要求，分别选择执行①初始化②编码③译码④印代码文件⑤印哈弗曼树⑥退出 2）哈弗曼树单元模块——建立哈弗曼树 3）哈弗曼编码单元模块——进行哈弗曼编码、译码 4）响应用户操作，输出内容到界面或文本 各模块之间的关系如下：
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
运输包装实验报告 （二）包装缓冲材料动态压缩试验 天津科技大学110611 一、 实验目的 通过缓冲材料动态冲击实验掌握材料动态冲击的 实验过程与方法，学习实验设备的构成、实验的 操作方法；掌握s m G σ-曲线的绘制及动态缓冲曲 线的使用。 二、 实验设备及材料 1. 包装冲击试验机DY-2 2. 电子分析天平 PB203-N 3. 实验纪录仪器与装置 4. 发泡缓冲材料EPE 三、 试验样品 试验样品的数量：5 厚度（压缩之前）的测量： A1组：48.62 mm A2组：49.96mm A3 组:48.44mm
A4组：48.26mm A5组：47.81mm A6组：52.55mm A7组：49.8mm 以A4组详述：测量标准的已知参量： d0=8.32mm d1=23.1mm d2=24.64mm 四角的厚度分别为： d1=9.33mm d2=7.87mm d3=9.70mm d4=8.47mm d均=（9.33+7.87+9.70+8.47）/4=8.84mm 压缩前试样的厚度为： T=23.1+24.64+8.84-8.32=48.26mm 压缩之后测量标准的已知参量： d0=8.32mm d1=29.12mm d2=24.0mm 四、试验方法 1.实验室的温湿度条件 实验室的温度：21摄氏度 实验室的湿度：35% 2.实验样品的预处理
将实验材料放置在试验温湿度条件下24小时以上3.实验步骤 （1）将试验样品放置在式烟机的底座上，并使其中心与重锤的中心在同一垂线上。适当 的固定试验样品，固定时应不使实验样品 产生变形。 （2）使试验机的重锤从预定的跌落高度（760mm）冲击实验样品，连续冲击五次， 每次冲击脉冲的间隔不小于一分钟。记录 每次冲击加速度-时间历程。实验过程中， 若未达到5次冲击时就已确认实验样品发 生损坏或丧失缓冲能力时则中断实验。4.冲击试验结束3分钟后，按原来方法测量试验样品的厚度作为材料动态压缩实验后的厚度 T实验步骤 d （1）将试验样品放置在式烟机的底座上，并使其中心与重锤的中心在同一垂线上。适当 的固定试验样品，固定时应不使实验样品
《土力学与基础工程》 土 工 实 验 报 告 书 学院：环资学院 班级：地质1301班 姓名：郑 学号：20131140 时间：2015.11.24
目录 实验一侧限压缩实验 (3) 1实验目的 (3) 2实验原理 (3) 3仪器设备 (3) 4操作步骤 (3) 5实验数据整理 (4) 实验二直接剪切实验 (7) 1土的抗剪强度及实验方法 (7) 1.1 土的抗剪强度 (7) 1.2实验目的 (7) 1.3实验原理 (7) 2 直接剪切实验步骤 (7) 2.1 仪器设备 (7) 2.2 操作步骤 (7) 2.3 实验数据整理 (8) 三、三轴压缩实验 (10) 1实验目的 (10) 2实验原理 (10) 3实验设备 (10) 4实验步骤 (10) 5计算与绘图 (10) 6实验记录 (12) 四、实验总结 (12)
实验一 侧限压缩实验 1实验目的 通过测定变形和压力的关系或者孔隙比与压力的关系、变形和时间的关系，进而计算单位沉降量 i s 、压缩系数 v 、压缩指数c C 、压缩模量s E 。 2实验原理 实验基于构成土骨架的矿物颗粒在土体变形过程中保持刚性且竖向变形是连续的假设前提。 3仪器设备 （1）固结仪：试样面积302 cm ,高为2cm ； （2）加压设备：称量500kg~1000kg 。感量为0.2kg~0.5kg 的磅秤。 （3）百分表：量程10mm ，分度值为0.01mm ； （4）其它：钢丝锯、天平、环刀、刮土刀等。 4操作步骤 （1）制备式样：取面积为302 cm 的环刀抹上适量的凡士林并称量，记录读数为42.9g ，取原状土按一定的含水量制备试样，用环刀切取土样并用天平称量，记录数据为162.0g ； （2）土样装入固结仪器中：先装入下透水石，再将带有环刀的试样小心装入护环，在装入固结仪容器内，然后放上透水石和加压盖板，至于加压框下，对准加压框架的正中，安装量表。（透水石的湿度应尽量与试样保持一致）； （3）为保证试样与仪器上下各部件之间接触良好，应施加1KPa 预压荷载，然后调整量表归零； （4）对试样施加压力，加压等级分别为50.0、100、200、300、400、1600KPa ； （5）需要确定原状土的先期固结压力时，加压率应小于1，可采用0.5或0.25倍。最后一级压力应大于1000KPa ； （6）第一级压力的大小取决于土的软硬程度，此次实验采取50KPa ； （7）加荷后按下列时间顺序计量表读数：6”、15”、1’、2’15”、4’、6’15”、9’、12’15”、16’、20’15”、25’、30’15”、36’、42’15”、49’、64’、100’、200’、400’、23h 和24h ，至稳定为止。（中间加压等级只读数0’’、60’’即可）； （8）固结稳定标准规定为每级压力下压缩24h ； （9）整理设备，清理实验仪器。
实验一常见压缩软件的使用 一、实验目的 使用一些常见的压缩软件，对数据压缩的概念、分类、技术和标准形成初步的认识和理解。 二、实验要求 1．认真阅读实验指导书，按实验步骤完成实验内容。 2．实验过程中注意思考实验提出的问题，并通过实验解释这些问题。 3．通过实验达到实验目的。 三、实验环境 计算机硬件：CPU处理速度1GHz以上，内存258M以上，硬盘10G以上 软件：Windows操作系统2000或XP。 四、实验内容 1．使用WinZip或WinRAR两种压缩软件分别对文本文件(.txt,.doc)、程序源代码文件(.c)、数据文件(.dat)、二进制目标代码文件(.obj)、图像文件(.bmp)、音频文件(.wav)和视频文件(.avi,.wmv)进行压缩，分别计算出压缩率，判断这两种压缩软件采用的是可逆压缩还是不可以压缩，猜测其可能用到了那些压缩（编码）技术？ 2．使用jpegimager、TAK和BADAK分别进行图像、音频和视频的压缩，体验其压缩效果。3．使用bcl程序对文本文件、程序源代码文件、数据文件、二进制目标代码文件、图像文件等进行多种统计编码技术的压缩，包括香农-费诺(shannon-fano)编码、霍夫曼(huffman)编码、游程编码rle、字典编码lz等，记录每种压缩方法对不同类型文件的压缩效果并进行比较，结合所学知识，解释其中的原因。 五、实验步骤 1、下载并打开WinZip和WinRAR两种压缩软件 2、分别新建两个文档：qqjj.winzip 和winrar。添加所要压缩的文件：文本文件(.txt,.doc)、程序源代码文件(.c)、数据文件(.dat)、二进制目标代码文件(.obj)、图像文件(.bmp)、音频文件(.wav)和视频文件(.avi,.wmv)进行压缩，如图所示：
材料的常用力学性能有哪些 材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。1强度 强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。强度用应力表示，其符号是σ，单位为MPa，常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度，通过拉伸试验测定。 2塑性 塑性是指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。材料塑性好坏的力学性能指标主要有伸长率和收缩率，值越大，材料的塑性就越好，通过拉伸试验可测定。 3硬度 硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。材料的硬度越高，其耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度（HBS）和洛氏硬度（HRC）。 1）布氏硬度 表示方法：布氏硬度用HBS（W）表示，S表示钢球压头，W表示硬质合金球压头。规定布氏硬度表示为：在符号HBS或HBW前写出硬度值，符号后面依
次用相应数字注明压头直径（mm）、试验力（N）和保持时间（s）。如120 HBS 10/1000/30。 适用范围：HBS适用于测量硬度值小于450的材料，主要用来测定灰铸铁、有色金属和经退火、正火及调质处理的钢材。 根据经验，布氏硬度与抗拉强度之间有一定的近似关系： 对于低碳钢，有σ=0.36HBS； 对于高碳钢：有σ=0.34HBS。 2）洛氏硬度 表示方法：常用HRA、HRB、HRC三种，其中HRC最为常用。洛氏硬度的表示方法为：在符号前面写出硬度值。如62HRC。 适用范围：HRC在20-70范围内有效，常用来测定淬火钢和工具钢、模具钢等材料，1HRC相当于10HBS。 4冲击韧性 冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力，材料的韧性越好，在受冲击时越不容易断裂。 5疲劳强度 疲劳强度是指材料经过无数次应力循环仍不断裂的最大应力。
吉林铁道职业技术学院 土力学实验报告 班级________________ 学号：________________ 姓名：________________ 小组：
实验一土的颗粒分析实验 一、目的与适用范围 颗粒分析试验就是测定土中各种粒组所占该土总质量的百分数的试验方法，可分为筛析法和沉降分析法。其中沉降分析法又有密度计法和移液管法等。对于粒径大于0.075mm的土粒可用筛分析的方法来测定，而对于粒径小于0.075mm 的土粒则用沉降分析方法来测定。 这里我们仅对筛析法进行介绍。 二、筛析法 筛析法就是将土样通过各种不同孔径的筛子，并按筛子孔径的大小将颗粒加以分组，然后再称量并计算出各个粒组的质量占该土总质量的百分数。筛析法是测定土的颗粒组成最简单的一种试验方法，适用于粒径小于、等于60mm，大于0.075mm的土。 （一）仪器设备 1、分析筛； ①圆孔粗筛，孔径为60mm，40mm，20mm，10mm，5mm和2mm。 ②圆孔细筛，孔径为2mm，1mm，0.5mm，0.25mm，0.075mm。 2、称量1000g、最小分度值0.1g的天平；称量200g、最小分度值0.01g的天平； 3、振筛机； 4、烘箱、量筒、漏斗、研钵、瓷盘、不锈钢勺等。 （二）操作步骤 先用风干法制样，然后从风干松散的土样中，用四分法按下表称取代表性的试样，称量准确至0.1g，当试样质量超过500g时，称量应准确至1g。 筛析法取样质量
（1）将按上表称取的试样过孔径为2mm的筛，分别称取留在筛子上和已通过筛子孔径的筛子下试样质量。当筛下的试样质量小于试样总质量的10%时，不作细筛分析；当筛上的试样质量小于试样总质量的10%时，不作粗筛分析。 （2）取2mm筛上的试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中，进行粗筛筛析，然后再取2mm筛下的试样倒入依次叠好的细筛的最上层筛中，进行细筛筛析。细筛宜置于振筛机上进行震筛，振筛时间一般为10~15min。 （3）按由最大孔径的筛开始，顺序将各筛取下，称留在各级筛上及底盘内试样的质量，准确至0.1g。 （4）筛后各级筛上及底盘内试样质量的总和与筛前试样总质量的差值，不得大于试样总质量的1%。 2、含有细粒土颗粒的砂土 （1）将按上表称取的代表性试样，置于盛有清水的容器中，用搅棒充分搅拌，使试样的粗细颗粒完全分离。 （2）将容器中的试样悬液通过2mm的筛，取留在筛上的试样烘至恒量，并称烘干试样质量，准确至0.1g。 （3）将粒径大于2mm的烘干试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中，进行粗筛筛析。按由最大孔径的筛开始，顺序将各筛取下，称留在各级筛上及底盘内试样的质量，准确至0.1g。 （4）取通过2mm筛下的试样悬液，用带橡皮头的研杆研磨，然后再过0.075mm筛，并将留在0.075mm筛上的试样烘干至恒量，称烘干试样质量，准确至0.1g。 （5）将粒径大于0.075mm的烘干试样倒入依次叠好的细筛的最上层筛中，进行细筛筛析。细筛宜置于振筛机上进行震筛，振筛时间一般为10~15min。 （6）当粒径小于0.075mm的试样质量大于试样总质量的10%时，应采用密度计法或移液管法测定小于0.075mm的颗粒组成。 实验一土的筛分实验报告 1、实验目的： 2、实验仪器设备： 3、实验方法：
实验二金属材料的压缩试验 实验时间：设备编号：温度：湿度一、实验目的 二、实验设备和仪器 三、实验数据及处理 材料 直径d o（mm）高度 l(mm) L d o 截面积A0 (mm 2 ) 屈服载荷 F s (K N) 最大载荷 F b (K N) 1 2 平均 低碳钢铸铁
载荷一变形曲线（F—△l曲线）及结果 材料低碳钢铸铁F—△l曲线 断口形状 实验结果屈服极限ós=屈服极限ób= 四、问题讨论 （1）观察铸铁试样的破坏断口，分析破坏原因； （2）公析比较两种材料拉伸和压缩性质的异同。
金属村翻盖的压缩试验 原始试验数据记录 实验指导老师： 200 年月日
实验四金属扭破坏实验、剪切弹性模量测定 实验时间：设备编号：温度：湿度一、实验目的 二、实验设备和仪器 三、实验数据及处理 弹性模量E= 泊松比μ= 实验前 材料标距 L0（mm） 直径d0（mm）平均极惯 性矩I p （mm4） 最小抗扭 截面模量 W T （mm3）截面I 截面II 截面III 1 2 平均 1 2 平均 1 2 平均 低碳钢铸铁
低碳钢钢剪切弹性模量测定 扭矩T（K N）扭转角（rad）扭转角度增量（rad）△φT0= T1 T2 T0 T3 T4 T5 △T= 理论值相对误差 截荷-变形曲线（F-△l曲线及结果） 材料低碳钢铸铁 T—φ曲线 断口形状 实验记录屈服扭矩T s 破坏扭矩T b 破坏扭矩T b 实验结果屈服极限t s 强度极限t b
四、问题讨论 （1）为什么低碳钢试样扭转破坏断面与横截面重合，而铸铁试样是与试样轴线成450螺旋断裂面？ （2）根据低碳钢和铸铁拉伸、压缩、扭转试验的强度指标和断口形貌，分析总结两类材料的抗拉、抗压、抗剪能力。
压缩试验（一） 班级：姓名：学号： 一、实验目的：测定压缩试验用土的物理指标ρ、ω，确定d s 为压缩试样做准备，熟悉压缩试验的原理。 二、实验仪器设备：测定ρ、ω的仪器，天平、铝盒、环刀、烘箱、托盘、削土刀等。 三、测定ρ、ω的实验数据以及e 0 的计算 1、ρ的测定： （1）测出环刀的容积V ，在天平上称环刀质量m 1。 （2）取直径和高度略大于环刀的原状土样或制备土样。 （3）环刀取土：在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀刃口向下放在土样上，随即将环刀垂直下压，边压边削，直至土样上端伸出环刀为止。将环刀两端余土削去修平（严禁在土面上反复涂抹），然后擦净环刀外壁。 （4）将取好土样的环刀放在天平上称量，记下环刀与湿土的总质量m 2 （5）计算土的密度：按下式计算 V m m V m 1 2-== ρ （6）重复以上步骤进行两次平行测定，其平行差不得大于0.03g/cm 3 ，取其算术平均值。 （7）实验记录 环刀法测得的数据填入下表中 2、ω的测定： （1）取代表性试样，粘性土为15—30g,砂性土、有机质土为 50g,放入质量为m 0的称量盒
内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量m 1，精确至0.01g. （2）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度105——1100C 的恒温下烘干。烘干时间与土的类别及取土数量有关。粘性土不得少于8小时；砂类土不得少于6小时；对含有机质超过10%的土，应将温度控制在65——700C 的恒温下烘至恒量。 （3）将烘干后的试样和盒取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温，称干土加盒质量m 2为，精确至0.01g 。 （4）计算含水率：按下式计算 %1000 22 1?--== m m m m m m w s w （5）重复以上步骤进行两次平行测定，其平行差不得大于0.03g/cm 3 ，取其算术平均值。 允许平行差值应符合下表规定。 （6）实验记录 将实验得到的数据填入下表 3、e 0 的计算 首先，d s 已经被测出为2.72，则e 0 的计算公式为 1 )1(0-+= ρ ρωω s d e
附录常用材料的力学及其它物理性能 一、玻璃的强度设计值 f g(MPa) JGJ102-2003表5.2.1 二、铝合金型材的强度设计值 (MPa) GB50429-2007表4.3.4 三、钢材的强度设计值(1-热轧钢材) f s(MPa) JGJ102-2003表5.2.3 四、钢材的强度设计值(2-冷弯薄壁型钢) f s(MPa) 五、材料的弹性模量E(MPa) JGJ102-2003表5.2.8、JGJ133-2001表5.3.9
六、 材料的泊松比υ JGJ102-2003表5.2.9、JGJ133-2001表5.3.10、GB50429-2007表4.3.7 七、 材料的膨胀系数α(1/℃) JGJ102-2003表5.2.10、JGJ133-2001表5.3.11、GB50429-2007表4.3.7 八、 材料的重力密度γg (KN/m ) JGJ102-2003表5.3.1、GB50429-2007表4.3.7 九、 板材单位面积重力标准值（MPa ） JGJ133-2001表5.2.2 十、 螺栓连接的强度设计值一(MPa) JGJ102-2003表B.0.1-1
十一、螺栓连接的强度设计值二(MPa) 十二、焊缝的强度设计值(MPa) JGJ102-2003表B.0.1-3
十三、不锈钢螺栓连接的强度设计值(MPa) JGJ102-2003表B.0.3 十四、楼层弹性层间位移角限值 GB/T21086-2007表20 十五、部分单层铝合板强度设计值（MPa）JGJ133-2001表5.3.2
十六、铝塑复合板强度设计值（MPa） JGJ133-2001表5.3.3 十七、蜂窝铝板强度设计值（MPa） JGJ133-2001表5.3.4 十八、不锈钢板强度设计值（MPa） 附录常用材料的力学及其它物理性能十九、玻璃的强度设计值 f g(N/mm2) 二十、铝合金型材的强度设计值 f a(N/mm2)