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岩石力学性质的实验与模拟研究引言：岩石是地壳中最常见的地质体，对于地球科学研究和工程实践至关重要。
岩石力学是研究岩石及其围岩的力学性质和力学行为的学科，对于矿山、隧道、地铁、水利、核工程等领域起着重要的作用。
在实验室和模拟研究中，通过探索岩石的物理、力学性质可以更好地理解岩石结构、变形、破裂及围岩的稳定性，为相关工程项目提供科学依据，也为资源勘探提供技术支持。
一、岩石力学实验方法岩石力学的实验研究旨在通过实验手段来获得岩石的物理力学参数，为后续的数值模拟和工程设计提供基础数据。
岩石力学实验方法多种多样，主要包括材料力学试验、岩石强度试验、变形试验等。
1. 材料力学试验材料力学试验是最基本的研究方法之一，它通过对岩石试样进行拉伸、压缩、弯曲等加载，测试岩石的力学参数。
常用的试验方法包括拉压试验、剪切试验、三轴试验等。
在这些试验中，通过加载试样并测量力和变形，可以得到岩石的荷载-变形曲线，从而计算出各种力学参数，如岩石的弹性模量、抗拉强度、抗压强度等。
2. 岩石强度试验岩石强度试验主要是通过加载试样，观察其破坏形态，以及测量岩石的破坏强度等参数。
其中，抗拉强度试验和抗压强度试验是常用的试验方法。
在抗拉强度试验中，通过加载试样，观察其是否发生断裂，同时测量拉断强度。
而在抗压强度试验中，试样在加载过程中发生破裂，测量岩石的抗压强度。
3. 变形试验变形试验主要研究岩石在外力作用下的变形行为，常用的方法包括岩石变形试验、弹塑性试验、弹性恢复试验等。
通过这些试验，可以大致了解岩石在不同应力条件下的变形特点，如岩石的应变硬化、塑性变形、岩石的弹性恢复等。
二、岩石力学的数值模拟方法岩石力学的数值模拟通过建立岩石性质的数学模型，模拟岩石在不同力学条件下的行为，为工程设计和科学研究提供定量预测和评估。
常用的数值模拟方法包括有限元法、离散元法和边界元法等。
1. 有限元法有限元法是最常用的数值模拟方法之一，它将连续体分割成有限数量的小单元，通过有限元的位移函数和加权残差方法，求解各个单元上的力学行为，最终得到整个岩石体系的应力、应变分布。
岩石力学性质试验一、岩石单轴抗压强度试验1.1概述当无侧限岩石试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。
在测定单轴抗压强度的同时，也可同时进行变形试验。
不同含水状态的试样均可按本规定进行测定，试样的含水状态用以下方法处理：（1）烘干状态的试样，在105～1100C下烘24h。
（2）饱和状态的试样，使试样逐步浸水，首先淹没试样高度的1/4，然后每隔2h分别升高水面至试样的1/3和1/2处，6h后全部浸没试样，试样在水下自由吸水48h；采用煮沸法饱和试样时，煮沸箱内水面应经常保持高于试样面，煮沸时间不少于6h。
1.2试样备制（1）试样可用钻孔岩芯或坑、槽探中采取的岩块，试件备制中不允许有人为裂隙出现。
按规程要求标准试件为圆柱体，直径为5cm，允许变化范围为4.8～5.2cm。
高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm。
对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比必须保持=2:1～2.5:1。
（2）试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，一般情况下必须制备3个。
（3）试样制备的精度，在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。
两端面的不平行度最大不超过0.05mm。
端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25度。
1.3试样描述试验前的描述，应包括如下内容：（1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小，胶结物性质等特征。
（2）节理裂隙的发育程度及其分布，并记录受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。
（3）测量试样尺寸，并记录试样加工过程中的缺陷。
1.4主要仪器设备1.4.1试样加工设备钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。
1.4.2量测工具与有关检查仪器游标卡尺、天平（称量大于500g，感量0.01g），烘箱和干燥箱，水槽、煮沸设备。
1.4.3加载设备压力试验机。
岩石常用的力学测试方法说实话岩石常用的力学测试方法这事儿，我一开始也是瞎摸索。
我试过不少方法呢，今天就跟你唠唠。
单轴抗压强度测试，这个我做过好多次。
就是把岩石样本放在压力机下面，就像我们压饼干似的，一直给它增加压力，直到这个岩石被压坏，这时候记录下压力值，就能算出抗压强度了。
不过这里面有个小细节，样本的形状和尺寸得符合一定的要求，我刚开始就没太注意这个，导致测出来的数据总是有点问题，后来才恍然大悟。
还有三轴抗压强度测试。
这个就比单轴的复杂一些了。
岩石样本是放在一个可以施加围压的装置里的。
我就打个比方啊，这就好比是把岩石给围起来同时施加压力，就像我们用手从四面八方去挤压一个东西。
不过这个围压施加的大小很有讲究，我试的时候有时候就设置错了，结果数据完全不对，又得重新来一遍。
巴西劈裂试验也是常用的。
把圆盘状的岩石样本放在两个加载板中间，然后施加压力，直到它劈开。
这有点像我们掰东西，两边用力，让它从中间断开。
我觉得在做这个试验的时候，岩石样本的加工精度很重要，要是圆盘做得不标准，那测试结果可能偏差就大了。
还有剪切试验。
我感觉这个试验难度还挺高的。
要让岩石受到剪切力，就像我们撕东西那种感觉，但是很难保证力是纯粹的剪切力，我试的时候就发现有时候会有别的力混进去，这个我到现在也不是控制得特别好，还在摸索呢。
另外呢，在做这些测试的时候，岩石样本的采集也不能马虎。
我曾经有一次因为样本采集的地点不对，导致样本本身有很多裂缝之类的缺陷，那测出来的力学数据就不能很好地反映这种岩石的真实力学性质。
所以啊，采样的时候一定要选好位置，找到那种比较有代表性的岩石。
这些就是我在对岩石进行力学测试的时候积累的一些经验，希望对你有用。
岩石力学性质测试技术研究1. 引言岩石力学性质是指岩石在外力作用下的力学行为和性能。
研究岩石力学性质对于工程建设、地质勘探和自然灾害防治等领域具有重要意义。
本文将介绍岩石力学性质测试技术的研究进展。
2. 试验方法岩石力学性质的试验方法主要包括室内试验和现场试验两种。
2.1 室内试验室内试验是在实验室环境下进行的试验，通常通过对岩石样品进行加载或应力应变循环测试来获取其力学性质参数。
常用的室内试验方法包括单轴压缩试验、剪切试验、抗拉试验等。
2.2 现场试验现场试验是在实际工程场地进行的试验，通过在岩石体上施加加载或监测其反应来获取其力学性质参数。
常用的现场试验方法包括岩石钻孔取芯试验、地下水位监测、地下应力测量等。
3. 岩石力学性质参数岩石力学性质参数是表征岩石性能的指标，常用的包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、弹性模量等。
3.1 抗压强度抗压强度是指岩石在一定条件下抵抗垂直加载的能力。
室内试验中常用的测试方法有单轴压缩试验和扰动法试验。
3.2 抗拉强度抗拉强度是指岩石在拉力作用下的抵抗能力。
室内试验中常用的测试方法有直接拉伸试验和间接拉伸试验。
3.3 抗剪强度抗剪强度是指岩石在剪切力作用下的抵抗能力。
室内试验中常用的测试方法有直剪试验和剪切试验。
3.4 弹性模量弹性模量是指岩石在弹性变形状态下的刚度。
常用的测试方法有静态弹性模量试验和动态弹性模量试验。
4. 测试技术研究进展随着科技的进步，岩石力学性质测试技术也在不断发展。
以下将介绍一些研究的新技术和方法。
4.1 声发射技术声发射技术是通过监测岩石中产生的声波信号来分析岩石的破裂和变形状况。
该技术可以实时监测岩石的力学行为，对于工程结构的安全评估和地质灾害的预警具有重要意义。
4.2 数值模拟技术数值模拟技术是通过基于岩石力学理论的数学模型对岩石进行仿真计算，以获取其力学性质。
该技术可以对复杂的力学问题进行精确分析，为工程设计和施工提供科学依据。
4.3 无损检测技术无损检测技术是通过无需对岩石进行破坏性试验的方法，如超声波检测和红外热像仪检测，来获取岩石的力学性质参数。
岩体原位力学试验方法我折腾了好久岩体原位力学试验方法，总算找到点门道。
一开始我真的是瞎摸索。
就说那个单轴抗压强度试验吧，我刚开始连测试点的选择都很随意。
结果测出来的数据波动特别大，我都懵了。
后来才意识到选点很关键，得找岩体比较完整、代表性强的地方，就好比挑苹果，你得挑那些长得正、没瑕疵的代表整个苹果堆的口感一样。
在做试验的装置安装上，我也费了不少劲。
就像搭积木，但是这个积木可不能搭歪了。
我试过有一次没把压力传感器安正，那数据简直惨不忍睹。
这个时候必须要把传感器跟岩体表面垂直，就像盖房子打地基一定要打的正一样。
还有一个是剪切试验，这个我刚开始就不确定到底要施加多大的剪切力合适。
我就一点点试，从很小的力开始。
结果第一次试，力太小了，根本没看到明显的剪切变形，就好像挠痒痒一样，没啥效果。
然后我就加大力，结果用力过猛，仪器都差点崩坏，数据也不正常了。
后来我就慢慢琢磨，观察岩体的一些前期反应，就像观察一个人开始运动时的状态，一点点确定合适的剪切力范围。
另外测量弹性模量的时候，测量的频率设置也很头疼。
我一开始随便设了个频率，就像闭着眼睛猜数字一样，出来的数据乱七八糟。
后来我就参考相关的研究和标准，发现这个频率设置得跟岩体的特性有关系，坚硬的岩体可以适当快一点，像软一点的那些就得慢一些来捕捉准确的变形数据，就像给不同体质的人量脉搏，节奏不一样。
在整个试验过程中，设备的校准也不能马虎。
我曾经没校准设备就开始试验，就跟没给秤校对就称重一样，得出来的数据完全不可信。
对于那些要做岩体原位力学试验的朋友，一定不要心急，先把基本的原理和规范研究透，每个环节都得小心仔细，就像绣花一样，一针错了可能整个图案就毁了。
数据记录也务必及时准确，我有次因为记录不及时，结果后面有些细节数据忘了，重新做试验的时候就很崩溃，这些都是实实在在的教训啊。
而且做完试验后，多检查几遍自己的数据，结合起来看是否合理，如果有特别奇怪的数据一定要回头看看是不是哪一步做错了。
第29卷第12期岩石力学与工程学报V ol.29 No.12 2010年12月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，2010岩石力学室内试验ISRM建议方法的标准化和数字化郑虹1，冯夏庭1，陈祖煜2(1. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉 430071；2. 中国水利水电科学研究院，北京 100044)摘要：通过系统分析岩石力学室内试验ISRM建议方法体系基本特征和试验数据信息的结构层次，提出标准化的基本思路和模式，建立标准的方法体系、统一的试验数据结构和发布模式；并应用网络语言技术设计数字化的试验数据结构文档、数据存储文档以及数据显示文档。
通过试验数据格式转化平台的开发和Excel的二次开发分别实现初始试验数据文档的数字化存储和试验数据的双向传输。
标准化与数字化的试验数据可脱离平台进行网络发布与传输，从而构建国际岩体力学试验数据共享平台。
该平台为不同数据库之间的数据整合与共享以及虚拟实验室的实现奠定了基础。
该标准化和数字化方法在BPI试验的ISRM建议方法中的成功应用，显示其科学性和可用性。
关键词：岩石力学；ISRM建议方法；标准化；数字化；数据共享平台；BPI试验中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)12–2456–13 STANDARDIZATION AND DIGITIZATION FOR ISRM SUGGESTED METHODS OF ROCK MECHANICS LABORATORY TESTSZHENG Hong1，FENG Xiating1，CHEN Zuyu2(1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei430071，China；2. China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100044，China)Abstract：Through the systematic analysis of basic features about International Society for Rock Mechanics(ISRM) suggested methods of rock mechanics laboratory tests and the structural level of test data，the basic idea and pattern of standardization are proposed to establish a standardization method system，a unified test data structure and a release format for laboratory tests. Then，the network language technology is used to design the digitized data structure document，data storage document and data display document.Based on the standardized data structure，a format conversion platform is developed to execute the digitized storage of initial test data document. The further development of Excel by visual basic for application(VBA) can implement the two-way transmission between utility software and digital storage document. The standardized and digitized data document can facilitate the integration of test data resources and the simultaneous updates of suggested methods. Besides，it has a good compression performance，a large data storage capacity and an advanced display format. With these superiorities，test data can be displayed and transported on web divorced from the platform. Thus，an international rock mechanics test data sharing platform is set up. This platform lays the foundation for the integration and sharing of data between different databases and the virtual laboratories. The successful application of standardization and digitization method to ISRM suggested methods of block punch strength index(BPI) test shows its scientificalness and availability.收稿日期：2010–04–23；修回日期：2010–07–20基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2010CB732006)作者简介：郑虹(1986–)，女，2009年毕业于中国地质大学(武汉)工程地质专业，现为博士研究生，主要从事岩石力学与岩石工程稳定性智能分析方面的研究工作，E-mail：rainbow0727@第29卷第12期郑虹，等. 岩石力学室内试验ISRM建议方法的标准化和数字化 • 2457 •Key words：rock mechanics；ISRM suggested methods；standardization；digitization；data sharing platform；block punch strength index(BPI) test1 引言国际岩石力学委员会(International Society for Rock Mechanics，ISRM)为了实现岩石力学室内试验、现场试验、监测和场地调查等的标准化，成立了测试方法委员会，专门建立ISRM建议方法。
《岩石力学》课程实验指导书（102239）理工大学《岩石力学》课程实验指导书(适用于采矿、地质、土木等专业)专业班级姓名矿业工程实验室采矿工程教研室二○一四年一月前言试验是岩石力学课程教学的重要环节，目的在于辅助课堂教学，直观培养学生的知识结构和动手能力。
本指导书是根据我校《岩石力学》课程实验教学大纲、并结合我校的实验条件而编写的，主要容有：1、岩石容重的测定；2、岩石含水率的测定；3、岩石单轴抗压强度的测定；4、岩石变形参数的测定；5、岩石单轴抗拉强度的测定；6、点荷载强度指标的测定；7、岩石凝聚力及摩擦角的测定。
说明：本试验指导书主要依据为：(1)中华人民国国家标准：《工程岩体试验方法标准》GB/T50226-1999(2)中华人民国水利部：《水利水电工程岩石试验规程》(3)国际岩石力学学会（ISRM）：《岩石力学试验建议方法》由于我们水平有限，文中如有不当之处，欢迎使用者批评指正。
目录第一部分绪论------------------------------------------------------------------------------- 4 第二部分基本实验指导------------------------------------------------------------------- 6 学生试验守则----------------------------------------------------------------------------- 6 试验一岩石容重的测定------------------------------------------------ 7 试验二岩石含水率的测定------------------------------------------- 8 试验三岩石单轴抗压强度的测定----------------------------------- 9 试验四岩石变形参数的测定----------------------------------------- 10 试验五岩石单轴抗拉强度的测定----------------------------------- 12 试验六点荷载强度指标的测定-------------------------------------- 13 试验七岩石凝聚力及摩擦角的测定（抗剪强度试验）------- 15第一部分绪论本实验指导书是根据《岩石力学》课程实验教学大纲编写，适用于采矿工程等专业。
１９０测试技术学报２００９年第３期度为基本参数，以岩石材料裂纹起裂及扩展过程为研究内容，以探究岩石材料断裂机理为研究目标．Ｇｒｉｆｆｉｔｈ（１９２１）和Ｉｒｗｉｎ（１９５７）把材料中的缺陷简化成椭圆形的裂纹，并根据经典力学提出了裂纹扩展准则和应力强度因子、断裂韧度等基本概念，形成了断裂力学（１］．２０世纪７０年代，在研究材料强度问题中，岩石力学研究者借鉴断裂力学的一些方法和原理来研究岩石的破坏特性，岩石断裂力学兴起．此后经过几十年的发展，岩石断裂力学在土木工程、采矿工程、边坡工程、水利水电工程、地下工程、核废料处置等领域都有广泛的应用前景．例如，在对岩石的钻井、开挖、爆破、切割等工程活动中，都可以运用岩石断裂力学的原理、方法与技术分析岩石结构的强度、稳定性和破裂等问题．另外，把岩石断裂力学理论有效地应用于岩体工程领域相关岩体坍塌失稳，裂隙扩展的研究当中，有助于很好地解决岩体工程方面的相关课题．岩石断裂韧度是岩石断裂力学中最为重要的参数和指标，它表征岩石材料抵抗裂纹扩展的能力或产生新裂纹表面所需克服的阻力．特别是当模拟岩体少量主裂纹的作用时，断裂韧度比其它强度参数更合适．因此，在预测实际工程岩体的力学性质时，岩石断裂韧度是目前的主要参数．然而，由于受尺寸效应、温度效应、围压作用、加载速率、预制裂缝尺寸和样式、加载方式、岩石材料性质、采用的试验方法以及加载设备等多种因素制约，若要准确获取岩石材料的断裂韧度值十分困难．因此，研究如何准确获取岩石断裂韧度值的测试技术和实验方法，是岩石断裂力学在理论和实践中实现突破的关键．传统断裂力学一般按照裂纹扩展相对位移将裂纹扩展形式分为：Ｉ型（张开型），Ｉ型（滑移型），Ⅲ型（撕裂型）三种基本类型及多种复合类型（图１）［２］，而岩石断裂通常以Ｉ型张拉断裂为主［３］．确定岩石Ｉ型断裂韧度值的方法很多，自从２０世纪７０年代正式开始进行岩石断裂韧度测试之后，各种测试方法层出不穷ｎ］．本靛。
岩石力学试验建议方法．上集岩石力学试验是岩石力学研究中重要的手段之一，通过试验可以获得岩石的力学性质和力学参数，对岩石的工程行为进行定量研究。
然而，由于岩石力学试验方法的多样性和复杂性，科研人员在进行试验时常常面临困惑和挑战。
因此，在本文中，将提出一些建议方法，以帮助研究人员在岩石力学试验中取得更准确、可靠的结果。
一、试验前的准备工作在进行岩石力学试验之前，科研人员需要进行充分的准备工作，以确保试验的顺利进行和结果的准确性。
1. 试验样品的选择与制备根据试验目的，科研人员需要选择合适的试验样品，以保证试验结果能够代表实际岩体的力学性质。
同时，在制备试验样品时，需要注意避免样品的扰动和变形，以保持其原始性质。
2. 试验装置的选择与调试根据试验要求，科研人员需要选择适当的试验装置，并对其进行调试和检验。
试验装置的选用应考虑到试验目的、试验样品的尺寸和性质等因素，以确保试验装置能够提供所需的试验条件。
二、常用的岩石力学试验方法在岩石力学研究中，有许多常用的试验方法，其中包括抗压试验、抗拉试验、剪切试验等。
下面将介绍一些常用的岩石力学试验方法及其注意事项。
1. 抗压试验抗压试验是评价岩石抗压强度和变形特性的重要手段。
在进行抗压试验时，需要注意以下几点：（1）试验样品应具有代表性，其尺寸和形状应符合标准要求。
（2）在施加荷载时，应保证荷载的均匀施加，避免局部破坏。
（3）试验过程中要实时记录和监测试样的荷载-位移曲线，并观察破坏模式。
2. 抗拉试验抗拉试验主要用于评价岩石的抗拉强度和抗拉变形特性。
在进行抗拉试验时，需要注意以下几点：（1）试验样本应具有充分的长度，以保证试样拉伸过程中不会发生局部失稳。
（2）试验应注意避免试样底部的局部应力集中，以保证试样的均匀应力分布。
（3）试验中需实时记录试样的荷载-位移曲线，并观察试样破坏的形态。
3. 剪切试验剪切试验是评价岩石抗剪强度和剪切特性的重要方法。
在进行剪切试验时，需要注意以下几点：（1）试样的选择要合适，其尺寸和形状应符合标准要求。
教育部“世行贷款21世纪初高等教育教学改革项目”《矿业类专业课程体系整体优化与实践》项目编号：1282B05012 采矿工程专业课程体系整体优化与实践附件（四）采矿工程本科专业实验教学指导书山东科技大学二〇〇四年七月目录1．《岩石力学》实验教学指导书2．《安全与人机工程》实验指导书3．《环境工程》实验教学指导书4．傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）实验《岩石力学》实验教学指导书山东科技大学资源与环境工程学院实验中心二○○三年十月《岩石力学》实验教学指导书该实验指导书隶属于《岩石力学》课程，适用于采矿工程、工程力学、交通工程三个专业的本科实验教学，共有5个实验1总学时数为7个学时，其中4个必做实验，1个选做实验。
在学习本课程之前，应先修《材料力学》、《弹性力学》等专业基础课程。
各实验名称、目的、学时等情况见下表。
实验一岩块单轴抗压强度试验一、试验内容测定规则形状岩石试件的单轴抗压强度。
二、试验目的熟悉与掌握测定岩石单轴抗压强度的试验设备、仪器、试验方法与计算方法。
三、仪器设备1．试验加工机械：钻石机或车床、锯石机、磨石机或磨床；2．检验工具：游标卡尺、直角尺、水平检测台、千分表架及千分表；3．加载设备：普通材料试验机。
四、试验步骤 1．试样制备1）试件规格：试件应是整齐的园柱体，直径约为50mm ，高径比为2.0～3.0; 2）试件数量：每组试件应不少于3块，取其平均值作为单轴抗压强度；3）试件加工精度：试件端面磨平度小于0.02mm ；轴线垂度不超过0.001弧度；侧面不平度小于0.3mm ；4）试件含水状态：试件保存期不超过30天，应尽可能保持天然含水量。
2．试样描述测定前核对岩石名称及其编号。
对试件颜色、颗粒、层理、节理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述并填入记录表内。
3．检查试件加工精度，量测试件尺寸试件加工精度用专门的水平检测台检查。
试件直径应在其高度的中部两个互相垂的方向分别测量，取其平均值，填入记录表内。
