岩石物理力学实验单元简介

第1篇一、实验目的本次实验旨在通过岩石力学实验，研究岩石的力学性质，包括抗压强度、抗拉强度、变形性能、水理性质等，为岩土工程设计和施工提供理论依据。

二、实验原理岩石力学实验主要包括以下几种：1. 岩石单轴抗压强度试验：在岩石试件上施加轴向压力，当试件破坏时，记录破坏时的最大轴向压力，以此确定岩石的单轴抗压强度。

2. 岩石抗拉强度试验（劈裂试验）：将岩石试件沿劈裂面进行拉伸，当试件破坏时，记录破坏时的最大拉伸力，以此确定岩石的抗拉强度。

3. 岩石变形试验：通过施加轴向压力，观察岩石的变形情况，分析岩石的变形规律。

4. 岩石水理性质试验：测定岩石的吸水性、软化性、抗冻性和透水性等水理性质。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器：岩石力学试验机、万能试验机、岩样制备设备、量筒、天平等。

2. 实验材料：岩石试件、砂、水等。

四、实验步骤1. 岩石单轴抗压强度试验：（1）将岩石试件加工成标准尺寸，并对试件表面进行打磨。

（2）将试件放入岩石力学试验机，调整试验机夹具，使试件轴向压力方向与试件轴线一致。

（3）启动试验机，以一定的加载速度对试件施加轴向压力，当试件破坏时，记录破坏时的最大轴向压力。

2. 岩石抗拉强度试验（劈裂试验）：（1）将岩石试件加工成标准尺寸，并对试件表面进行打磨。

（2）将试件放入万能试验机，调整试验机夹具，使试件劈裂面与试验机轴线一致。

（3）启动试验机，以一定的拉伸速度对试件施加拉伸力，当试件破坏时，记录破坏时的最大拉伸力。

3. 岩石变形试验：（1）将岩石试件加工成标准尺寸，并对试件表面进行打磨。

（2）将试件放入岩石力学试验机，调整试验机夹具，使试件轴向压力方向与试件轴线一致。

（3）启动试验机，以一定的加载速度对试件施加轴向压力，记录试件的变形情况。

4. 岩石水理性质试验：（1）测定岩石的吸水性：将岩石试件放入量筒中，加入一定量的水，记录试件吸水后的质量。

（2）测定岩石的软化性：将岩石试件浸入水中，记录试件饱和后的抗压强度。

岩石力学实验指导书及实验报告班级姓名目录一、岩石比重的测定二、岩石密度的测定三、岩石含水率的测定四、岩石单轴抗压强度的测定五、岩石单轴抗拉强度的测定六、岩石凝聚力及内摩擦角的测定（抗剪强度试验）七、岩石变形参数的测定八、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 gd 12-+=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岩石密度是指单位体积岩石的重量。

有两种做法：称重法和蜡封法。

我们采用的是蜡封法。

一、主要仪器设备烘箱、干燥器、熔蜡锅、天平、线、石蜡、水中称量装置。

二、试件制备选取有代表性的边长约40~50mm 近似立方体的岩石、选3块、修平棱角、刷取表面粘着物。

第2章 岩石的物理力学性质§2.1 岩石的结构和构造岩石的物理力学性质除与其组成成分有关外，还取决于岩石的结构和构造。

岩石的结构是指矿物颗粒的形状、大小和联结方式所决定的结构特征，岩石的构造则是指各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式。

一般来说，岩石“结构”一词是针对构成岩石的微细粒子部分而言，而岩石“构造”是指较大的部分，“构造”比“结构”使用更广泛。

矿物颗粒间具有牢固的联结是岩石区别于土壤并使岩石具有一定强度的主要原因。

受风化作用或土壤化作用侵蚀的地壳表层岩石称为土壤。

岩石颗粒间联结分为结晶联结和胶结联结两类。

结晶联结是矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩和部分沉积岩具有这种联结。

它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触，故一般强度较高。

胶结联结是矿物颗粒通过胶结物联结在一起，这种联结的岩石的强度取决于胶结物成分和胶结类型。

岩石的矿物颗粒结合胶结物质有：硅质、铁质、钙质、泥质等。

一般来说，硅质胶结的岩石强度最高，铁质和钙质胶结的次之，泥质胶结的岩石强度最差，且抗水性差。

以风化程度划分，岩石又分为微风化、中等风化和强风化岩石。

在岩石力学中，根据岩石坚硬程度可分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩。

§2.2 岩石的基本物理性质在研究和分析岩石受力后的力学表现时，必然要联系到岩石的某些物理性质指标，常用的岩石物理性质指标有容重、比重、孔隙率、吸水率、膨胀性、崩解性等。

2.2.1 容重和密度岩石单位体积(包括岩石中孔隙体积)的重量称为容重。

岩石容重的表达式为：VW =γ （2-1） 式中，γ——岩石容重（kN/m 3）；W ——岩样的重量（kN ）； V ——岩样的体积（m 3）。

根据岩石试样的含水情况不同，容重可分为干容重（d γ）、天然容重（γ）和饱和容重（sat γ），一般未说明含水状态时是指天然容重。

岩石的密度定义为岩石单位体积(包括岩石中孔隙体积)的质量，用ρ表示，单位一般为kg/m 3。

第一讲 岩石的基本物理力学性质及其试验想法(之一) 一、内容提要：本讲主要讲述岩石的物理力学性能等指标及其试验想法，岩石的强度特性。

二、重点、难点：岩石的强度特性，对岩石的物理力学性能等指标及其试验想法作普通了解。

一、概述岩体力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学，是探讨岩石和岩体对其周 围物理环境(力场)的变化作出反应的一门力学分支。

所谓的岩石是指由矿物和岩屑在长期的地质作用下，按一定规律聚集而成的自然体。

由于成因的不同，岩石可分成火成岩、沉积岩、变质岩三大类。

岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。

通常以为岩体是由岩石和结构面组成。

所谓的结构面是指没有或者具有极低抗拉强度的力学不延续面，它包括一切地质分离面。

这些地质分离面大到延伸几公里的断层，小到岩石矿物中的片理和解理等。

从结构面的力学来看，它往往是岩体中相对照较薄弱的环节。

所以，结构面的力学特性在一定的条件下将控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形。

【例题1】岩石按其成因可分为( )三大类。

A. 火成岩、沉积岩、变质岩 B. 花岗岩、砂页岩、片麻岩 C. 火成岩、深成岩、浅成岩 D. 坚硬岩、硬岩、软岩 答案：A 【例题2】片麻岩属于( )。

A. 火成岩 B. 沉积岩 C. 变质岩 答案：C【例题3】在一定的条件下控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形的是( )。

A. 岩石的种类 B. 岩石的矿物组成 C. 结构面的力学特性 D. 岩石的体积大小 答案：C 二、岩石的基本物理力学性质及其试验想法 (一)岩石的质量指标与岩石的质量有关的指标是岩石的最基本的，也是在岩石工程中最常用的指标。

1 岩石的颗粒密度(原称为比重) 岩石的颗粒密度 是指岩石的固体物质的质量与其体积之比值。

岩石颗粒密度通常采用比重瓶法来求得。

其试验想法见相关的国家标准。

岩石颗粒密度可按下式计算2 岩石的块体密度岩石的块体密度是指单位体积岩块的质量。

岩石力学参数检测实验实验内容1.岩石标准试件的制备：实验开始前，需要选择一种代表性的岩石样品，并将其制备成标准试件。

试件通常是圆柱形或立方体形状。

制备试件的过程包括坚硬岩石的切割、抛光和清洗。

2.岩石物理参数测试：岩石的物理参数包括密度、孔隙度和饱和度等。

密度是岩石质量和体积之比，可以通过称重试验来测定。

孔隙度是岩石中孔隙空间的比例，可以通过气体浸渍法或液体置换法进行测定。

饱和度是岩石孔隙中被液体填充的程度，可以通过浸水试验或浸液试验进行测定。

3.岩石强度参数测试：岩石的强度参数是衡量岩石抵抗外力破坏的能力。

主要的强度参数有抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等。

这些参数通常需要通过压缩试验、拉伸试验和剪切试验来测定。

在实验中，需要控制试件的加载速率和采样数量，确保测试结果准确可靠。

4.岩石弹性模量测试：岩石的弹性模量是衡量岩石在外力作用下变形程度的参数。

主要包括弹性模量、剪切模量和泊松比等。

实验测定弹性模量通常采用静态压缩试验和动态试验。

静态压缩试验测定弹性模量时，需要保持试件在线性阶段内，即应力和应变之间呈现线性关系。

而动态试验可以通过冲击试验和振动试验来测定弹性模量。

5.岩石断裂特性测试：岩石的断裂特性是描述岩石在破坏过程中出现的裂纹和断裂的参数。

有些岩石在受到外力作用时，会出现明显的断裂现象。

断裂特性可以通过拉伸试验、压缩试验和剪切试验来研究。

实验中需要记录岩石断裂前后的荷载和变形情况，以分析岩石的破坏过程。

岩石力学参数检测实验要求实验人员具备一定的力学知识和实验经验，必须严格按照实验规程进行操作，以确保实验结果的准确性和可信度。

实验完成后，需要对实验结果进行统计和分析，并编制实验报告，总结实验过程和结论。