岩石力学试验指导书

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专业资料. 实验一、岩石变形试验

一、试验目的

本试验目的在于测定规则岩石试件在单轴压缩应力状态下的纵向和横向变形，据此计算岩石的弹性模量和泊松比。

弹性模量分为初始弹性模量，割线弹性模量和切线弹性模量。它们均由试验结果绘制的应力~应变曲线确定。泊松比是指单向压缩条件下横向应变与纵向应变之比；对于岩石，一般用应力~应变曲线近于直线段平均纵向应变与相应应力段平均横向应变计算。

二、试验方法

目前，实验室广泛采用电测法测定岩石变形。即用转换元件将待测非电量的变形转换成电量输入电子仪器进行测量。

1、实验所用设备和备品

序号 名称 规格 单位 数量

1 制样设备 套 1

2 压力试验机 YE—1000 台 1

3 静态电阻应变仪 YJ—31 台 1

4 万用表 台 1

5 应变片 3*5mm 片 8

6 501胶 KH—501 瓶 1

7 卡尺砂纸电线等

2、试件制备及尺寸测量

（1） 采用圆柱体试件，试件直径50mm，高100mm。

（2） 沿试件高度，直径的误差不超过0.03cm试件两端面不平行度误差，最大不超过0.005cm；

（3） 端面应垂直于轴线，最大偏差不超过0.25°；

（4） 直径应沿试件整个高度上分别量测两端面和中点三个断面的直径，取其平均值作试件直径；高度应在两端等距取三点量测试件的高，取其. .

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专业资料. 平均值，作为试件的高，同时检验两端面的不平整度。尺寸测量、均应精确到0.1mm。

3、试件描述

（1）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等；

（2）加荷方向与岩石试件内层理、节理、裂隙的关系及试件加工中出现的问题；

4 、电阻应变片粘贴

（1）．选择合适的应变片待用。同一组所用的应变片应是同一包装袋中的，并且两片之间的电阻值相差不应超过0.5欧姆。轴线在应变片底座上标出。

在拿取和摆放应变片时，注意不要用手接触应变片的底座，也不要与其它未经清洗的物体接触，以免造成污染。禁止用镊子或其他坚硬的器具夹持敏感栅部分，防止人为损伤应变片。

（2）．用细沙布打磨试件需要粘贴应变片表面。打磨方向与贴片方向成交叉450，面积约为5×10mm2。

（3）．用棉球蘸少量丙酮(酒精)擦洗贴片位置，棉球脏了再换一个，只到棉球不变色为止。用铅笔画出贴片位置的方位线，然后在用棉球擦一次。此后，被清洗的表面不能与其它不清洁的物体接触。

（4）．左手捏住应变片的引出线，右手拿501（或502）粘结剂瓶，在应变片上涂上一薄层粘结剂。迅速将应变片平放于粘贴位置，稍稍移动应变片，让粘结剂均匀分布在整个粘贴面上，并使应变片的轴线对准试件的定位线，将一小片塑料布盖在应变片上，用大母指挤压应变片一分钟，压时不能使应变片错动。轻轻揭开薄膜，检查应变片的颜色，如发现小块白色，说明有气泡存在，应用划针占少量胶水沿应变片边缘涂抹，胶水很快就渗进气泡中。再次垫上薄膜用拇指剂压，直到应变片全部颜色均匀。

（5）．用万用表检查应变片的电阻值应与粘贴前一致。如有电阻变大或变小者，应检查应变片有无断路或短路，若应变片已损坏，应将应变片铲去重贴，步骤同前。

（6）．把接线端子用胶水粘贴在应变片引出线附近，用塑料套或绝缘带把应变片引出线进行绝缘处理，用胶带把上好锡的塑料导线固定于试件上。先将引线上锡，. .

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专业资料. 再将导线与应变片引出线的两对焊点分别熔接在接线端子上。焊接时间要尽量短，焊点要求光滑小巧，成球状。

（7）． 在应变片的表面涂上一层防潮剂，涂料应将整个应变片罩住，最好在试件尚未冷却时涂防潮剂。在整个操作过程中不要损坏应变片及应变片的引出线

三、 应变仪的基本原理、各部分功能及使用方法

1、 YJ—31型静态电阻应变仪结构与工作原理

应变仪是利用金属材料的特性，将非电量的变化转换成电量变化的测量仪器，应变测量的转换元件—应变片，用粘贴剂将应变片牢固地粘在试件上，当被测试件受到外力作用长度发生变化时，粘贴在试件上的应变片的电阻值也随着发生了变化，这样就把机械量—变形转换成电量（电阻值的变化）。这个变化量通过一定的组桥方式经放大器放大，通过A/D转换后，就可以直接读出应变值，完成了非电量的电测。

2、仪表各部分功能说明 放大器 滤波器 A/D数字显示

测量桥 电压变换电源

图1—1 静态电阻应变仪原理框图

图1--2:YJ―31静态电阻应变仪面板图YJ―31静态电阻应变仪10组半桥(全桥)接线柱各点调零电位器各点调零电位器多点测量切换开关切换灵敏系数调整电位器基零标定本机切换切换开关调零本机调零电位器衰减测量功能按钮灵敏度标准电阻接线柱应变显示窗口D2全桥(半桥)转换接线柱D1D . .

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专业资料. 图1—2 给出了应变仪面板图及各部分功能。

电源线及电源开关在应变仪面板后侧，开关向上拨动，表示仪器接通电源。

标定、基零、测量是三位一体琴键互锁开关，按其中一键，表示一种作用，而其它键不起作用。

灵敏度电位器：根据应变片灵敏系数不同，可调节该电位器使仪器灵敏系数与应变片灵敏系数一致。当灵敏系数为2时，标定值为-10000με，灵敏系数与标定值关系如表一所示，当应变片灵敏系数为表中未列出的数值，可通过插值求得。

调节灵敏度电位器，使仪器显示为ε值为应变片的灵敏系数值。

调零电位器：当测量桥路处于不平衡状态时，调节该电位器使仪器显示为零。

本机—切换开关：在本机测量时开关置“本机”状态，当10点测量时开关置“切换”状态。

⑵操作说明

 在半桥测量时将D1DD2接线柱用连接片连接起来并旋紧。

 将标准电阻分别与A、B、C接线柱相连。

 接通电源开关。

 按下“基零”键仪表显示“0000”或“-0000”（仪表内部已调好）。

 按下“测量”键，显示测量值，将测量值调到“0000”或“-0000”。

 按下“标定”键仪表显示-1000附近值，调节灵敏度电位器到相应值。

 将“本机、切换”开关置“切换”状态。

 此时，将标准电阻去掉，将被测的各点分别连接到多点对应的A、B、C接线柱上，通过多点测量切换开关，调节各点调零灵敏系数K 表定值（με）

1.80 11111

1.90 10526

1.95 10256

2.00 10000

2.05 9756

2.10 9523

2.20 9091

2.30 8696

2.40 8333

2.50 8000

2.60 7692

表1—1：灵敏系数与标定值对应表

补偿片测量片图1--4 全桥测量接线图1-3 半桥测量接线. .

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专业资料. 电位器，使之显示为零后开始测量。

 测量值记录：采用逐点测量逐点记录方式。

 当需要全桥测量时，去掉D1DD2接线柱上的连接片。

⑶组桥方式

图1—3为半桥组桥方式，图1—4为全桥组桥方式。

四、施加荷载

（1）开动试验机，使承压板与试件接触。

（2）以0.5~0.8MPa/s的速度施加荷载，直至试件破坏或至少超过抗压强度之50%，在加压过程中，测记各级压力下岩石试件的纵向和横向应变值。

（3）纵向、横向应变值的测读：加载时应变仪指示不为零时需调整读数盘各档，使读数指零，各读数即为微应变值，正值代表压缩，负值代表拉伸，为求得完整的应力――应变曲线，所测应变值不应小于10个。

五、计算与成果整理

1、按下式计算各级应力值：

Apc

式中：σ――压应力值（MPa）；

P――垂直荷载（N）；

A――试件横断面面积（mm2）。

2、纵制应力-纵向应变曲线、应力-横向应变及应力-体积应变曲线（图4-2）。

体积应变按下式计算：

cav2

式中：εv——某一级应力下的体积应变；

εa——同一级应力下的纵向应变；

εc——同一级应力下的横向应变。

3、计算岩石弹性变形模量

（1） 初始弹性模量（Ei）

由应力—应变曲线坐标原点引该曲线的切线，其斜率即为初始弹性模量 . .

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专业资料. ）（MPaEiii

式中 σi——切线上任意一点的轴向应力；（Mpa）；

εi——对应σi的轴向应变。

（2） 割线弹性模量（ES）

）（MPaE5050S

式中 σ50—— 极限强度σ的50%的轴向应力；（MPa）；

ε50——对应σ50的轴向应变。

（3） 切线弹性模量（Et）

)MPa(E1Z2Z1Z2Zt

式中：σZ1――应力-纵向应变曲线上直线段始点的应力值（MPa）；

σZ2――应力-纵向应变曲线上直线段终点的应力值（MPa）；

εZ1――应力为σZ1时的纵向应变值；

εZ2――应力为σZ2时的纵向应变值；

4、泊松比的计算

1z2z1xx2

式中： 1z2z——求切线弹性模量的 （1z2z）值；

1xx2——对应于（1z2z）的横向应变差。

岩石变形模量取3位有效数字，泊松比计算值精确至0.01。

5、试验记录

变形参数试验记录表

试件参数 载荷

kN 应力

MPa 纵向应变

10-6 横向应变

10-6 体积应变

直径

高度

岩样描述

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专业资料.

6、岩石应力应变曲线绘制

六、试验报告内容

1、整理记录表格；格式如附表。

2、根据记录资料作应力――纵向应变；应力-横向应变及就力――体积应变曲线并计算变形模量和泊松比值。

实验二：测定岩石的单轴抗压强度

一、试验目的

测定岩石抗压强度，了解熟悉岩石的抗压性能

二、试验方法 dl 