实验三 岩石的剪切强度试验

现场岩石力学参数测试方法现场岩石力学参数测试是指在实地采集岩石标本、岩芯、岩土等材料，通过对这些材料进行一系列实验、测试、分析，获取和确定岩石力学参数的一种方法。

这些参数包括抗压强度、抗拉强度、剪切强度等，是岩石力学研究和工程设计的重要依据。

下面将介绍一些常见的现场岩石力学参数测试方法。

1.岩石采样现场采用岩石采样器，如岩芯钻机、取样器等，对目标岩石进行采样，采取完整的岩样，使其具有代表性。

2.岩样制备采样回到实验室后，对岩样进行切割、平整和修整，制备成规定尺寸的标准试样。

在制备过程中，需要注意使试样表面平整、无杂质。

3.抗压强度测试抗压强度是岩石最常见的力学性能指标之一、常用的测试方法有单轴抗压试验和三轴抗压试验。

单轴抗压试验：将规定大小的试样放入试样夹持装置中，然后以一定的载荷速率沿垂直于试样轴向施加压力，记录载荷和位移的关系，从而计算得出岩石的抗压强度。

三轴抗压试验：在一定的围压下，利用压克力装置施加规定速率的轴向载荷，测定岩样受压断裂的应力与轴向应变关系，从而计算得出岩石的抗压强度。

4.抗拉强度测试抗拉强度是一种常见的破坏性力学指标，用于评估岩石的抗拉性能。

常用的测试方法有拉伸试验和剪切试验。

拉伸试验：将规定大小的试样置于拉伸装置中，施加恒定的载荷，在岩样上产生拉伸应力，记录载荷和变形的关系，从而计算得出岩石的抗拉强度。

剪切试验：将规定大小的试样置于剪切装置中，施加剪切载荷，记录载荷和位移的关系，从而计算得出岩石的剪切强度。

5.岩石变形特性测试岩石的变形特性是指岩石在加载过程中的应力-应变关系，常用指标包括弹性模量、泊松比等。

测试方法主要有弹性模量试验和泊松比试验。

弹性模量试验：将试样放入弹性模量测试装置中，施加规定载荷，在岩样上产生应变，记录载荷和应变的关系，从而计算得出岩石的弹性模量。

泊松比试验：将试样置于泊松比测试装置中，施加规定载荷，在试件上产生应变，记录载荷和应变的关系，从而计算得出岩石的泊松比。

测定岩石三轴压力条件下的强度与变形参数岩石的强度与变形参数是岩石力学中重要的研究内容，对于岩石的工程应用和开采过程有着重要的指导意义。

在实际工程中，岩石在三轴压力条件下的强度和变形参数的测定对于工程的安全和可靠性有着重要的影响。

本文将从实验方法、测试数据及分析结果三个方面对岩石三轴压力条件下的强度和变形参数进行测定的过程进行详细介绍。

以岩石三轴压缩试验为例，首先介绍实验方法。

这种试验是最常用的测定岩石强度和变形参数的方法之一、实验基本原理是在一个闭合的容器中，以相等的速率施加垂直压力，并同时在两个相互垂直的方向上施加水平应力。

实验中通常使用与实际设计或开采条件相似的岩石样本，以保证测试结果的可靠性。

其次是测定的测试数据。

在实验过程中，需要测定岩石的强度和变形参数，其中包括抗压强度、拉应力-应变曲线、体积应变和剪切应变等参数。

抗压强度是岩石承受最大垂直压力下的抵抗能力，可以通过测定岩石在试验中的最大承载力来得到。

而拉应力-应变曲线描述了岩石在拉应力下的变形行为，通过测量应力和应变来绘制曲线。

体积应变则是指岩石在三轴压缩过程中的体积变化情况，可以通过测量试样的尺寸变化来计算得到。

剪切应变则是指岩石在剪切力作用下的变形情况，可以通过测量试样的位移和变形形态来计算得到。

最后是对测定结果的分析。

通过实验测定得到的数据，可以对岩石的强度和变形参数进行分析。

在抗压强度方面，可以计算出岩石的抗压强度、抗压变形模量等参数，从而评价岩石的承载能力。

而在变形参数方面，可以分析拉应力-应变曲线的形状和体积应变的变化趋势，从而对岩石的变形特征进行评估。

此外，还可以通过剪切试验获得岩石的剪切强度和应力-应变关系，从而描述岩石的剪切特性。

综上所述，测定岩石三轴压力条件下的强度和变形参数是岩石力学研究中非常重要的内容。

通过实验方法的选择、测试数据的测量和分析结果的评估，可以更好地了解岩石在压力作用下的强度和变形特性，为工程应用提供科学的依据和指导。

岩石力学试验指导书王 生 编 写吉林大学2009 年 5 月 18 日目录前 言…..………………………………………………….1实验一岩石抗压强度实验………………………………….2实验二岩石变形（弹性模量与泊松比）实验.....................6实验三岩石抗拉强度实验………………………………….12实验四岩石抗剪断强度实验……………………………….16实验五岩石三轴剪切强度实验…………………………….21六试验报告的基本要求………………………………..25七问答思考题 ………………………………………..26前言岩体力学是一门基础理论学科，同时也是一门实践性很强的学科。

试验课的内 容也是本学期重要的教学环节之一。

它不仅是消化和巩固课堂讲授内容的有效途 径，也是以后工作中、工程上常遇见的重要指标。

所以，通过室内岩石力学试验，使同学们更好地巩固和深化理解课堂上所学的 专业理论知识，掌握室内试验的基本原理、方法和步骤，培养同学们动手能力，掌 握试验基本功，进行资料整理，分析试验结果的可靠程度，提交试验报告，都具有 重要的实际意义。

目前，随着国民经济的迅猛发展，建筑工程日趋大型化，地基基础埋深不断增 加。

例如，大中型城市高层建筑物、核电站、地铁、公路、铁路线路及隧洞、煤田、 露天开采、石油、冶金、矿山开采、竖井及巷道、筑路、架桥、水利水电、交通运 输、山体边坡、水库坝基、工业与民用建筑和国防建设的需要，对地表及深部的基 岩性质作全面的了解，尤其是近些年建筑石材的开发和利用，都需要有室内试验， 提供试验数据，供设计部门、生产单位合理利用。

目的与意义：岩石力学实验教学是《岩体力学》课程教学计划中实践教学的主 要环节。

岩石力学实验教学的目的在于通过实验教学使学生了解并掌握岩石力学性 质实验的基本方法、操作步骤，了解仪器设备的性能，以及使用中的注意问题。

同 时培养学生实际动手能力和解决实际问题的工作能力，并通过实验进一步加深理解 岩石力学性质的物理本质，以及力学破坏机理，为以后的生产工作，科学研究奠定 实验工作基础， 岩石抗压、抗拉、抗剪断、岩石三轴试验是岩石力学性质的主要组成部分。

岩石力学实验指导书湖南科技大学能源与安全工程学院目录岩石物理性质试验 (1)一、岩石密度试验 (1)岩石力学性质试验 (5)一、岩石单轴抗压强度试验 (5)二、岩石抗拉强度试验（劈裂法） (8)三、岩石抗剪强度试验(变角剪切) (10)四、岩石力学伺服控制试验 (13)岩石物理性质试验一、岩石密度试验1概述岩石密度，即单位体积的岩石质量，是试样质量与试样体积之比。

根据试样的含水量情况，岩石密度可分为烘干密度、饱和密度和天然密度。

一般未说明含水情况时，即指烘干密度。

根据岩石类型和试样形态，分别采用下述方法测定其密度：（1）凡能制备成规则试样的岩石，宜采用量积法。

（2）除遇水崩解、溶解和干缩湿胀性岩石外，可采用水中称重法。

（3）不能用量积法或水中称重法进行测定的岩石，可采用腊封法。

用水中称重法测定岩石密度时，一般用测定岩石吸水率和饱和吸水率的同一试样同时进行测定。

2试样制备2.1量积法（1）试样的形态，可以用圆柱体、立方体或方柱体，根据密度试验后的其他实验要求选择。

（2）制备的试样，应具有一定的精度，其精度要求应满足其他试验项目的规定。

（3）每组试验须制备3个试样，它们须具有充分的代表性。

2.2腊封法（1）试样取边长为4～6cm的近似立方体的岩块。

（2）如需测定天然密度时，拆除密封后立即称试样重。

（3）每组试验须制备3个试样，它们须具有充分的代表性。

3试样描述（1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小、胶结物质等特征。

（2）节理裂隙的发育程度及其分布。

（3）试样形态及缺角，掉棱角等现象。

4主要仪器设备4.1量积法（1）钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。

（2）烘箱和干燥器。

（3）称量大于500g ，感量为0.01g 的天平。

（4）精度为0.01mm 的测量平台或其他仪表。

4.2腊封法（1）烘箱和干燥器。

（2）石蜡和熔蜡用具。

（3）称量大于500g ，感量为0.01g 的天平。

（4）水中称重装置。

岩石力学实验指导书湖南科技大学能源与安全工程学院目录岩石物理性质试验 (1)一、岩石密度试验 (6)岩石力学性质试验 (18)一、岩石单轴抗压强度试验 (18)二、岩石抗拉强度试验（劈裂法） (24)三、岩石抗剪强度试验(变角剪切) (27)四、岩石力学伺服控制试验 (43)岩石物理性质试验一、岩石密度试验1概述岩石密度，即单位体积的岩石质量，是试样质量与试样体积之比。

根据试样的含水量情况，岩石密度可分为烘干密度、饱和密度和天然密度。

一般未说明含水情况时，即指烘干密度。

根据岩石类型和试样形态，分别采用下述方法测定其密度：（1）凡能制备成规则试样的岩石，宜采用量积法。

（2）除遇水崩解、溶解和干缩湿胀性岩石外，可采用水中称重法。

（3）不能用量积法或水中称重法进行测定的岩石，可采用腊封法。

用水中称重法测定岩石密度时，一般用测定岩石吸水率和饱和吸水率的同一试样同时进行测定。

2试样制备2.1量积法（1）试样的形态，可以用圆柱体、立方体或方柱体，根据密度试验后的其他实验要求选择。

（2）制备的试样，应具有一定的精度，其精度要求应满足其他试验项目的规定。

（3）每组试验须制备3个试样，它们须具有充分的代表性。

2.2腊封法（1）试样取边长为4～6cm的近似立方体的岩块。

（2）如需测定天然密度时，拆除密封后立即称试样重。

（3）每组试验须制备3个试样，它们须具有充分的代表性。

3试样描述（1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小、胶结物质等特征。

（2）节理裂隙的发育程度及其分布。

（3）试样形态及缺角，掉棱角等现象。

4主要仪器设备4.1量积法（1）钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。

（2）烘箱和干燥器。

（3）称量大于500g ，感量为0.01g 的天平。

（4）精度为0.01mm 的测量平台或其他仪表。

4.2腊封法（1）烘箱和干燥器。

（2）石蜡和熔蜡用具。

（3）称量大于500g ，感量为0.01g 的天平。

（4）水中称重装置。

岩石斜剪实验计算公式引言。

岩石是地球上最常见的材料之一，它们的力学性质对于工程设计和地质研究具有重要意义。

岩石的斜剪实验是一种常用的实验方法，用于测定岩石的剪切强度和剪切参数。

在本文中，我们将介绍岩石斜剪实验的计算公式，以及如何使用这些公式来分析实验数据。

实验原理。

岩石的斜剪实验是一种用来测定岩石在不同剪切角度下的剪切强度的实验方法。

在实验中，一块岩石样品被置于一个斜面上，然后在斜面上施加一个水平的剪切力，以使岩石样品发生剪切破裂。

通过测量施加在岩石样品上的剪切力和岩石样品的尺寸，可以计算出岩石的剪切强度和剪切参数。

计算公式。

岩石斜剪实验的计算公式主要包括剪切强度和剪切参数的计算公式。

下面是一些常用的计算公式：1. 剪切强度。

岩石的剪切强度是指岩石在受到剪切力作用时所能承受的最大剪切应力。

剪切强度可以用以下公式来计算：\[ \tau = \frac{F}{A} \]其中，τ表示岩石的剪切强度，F表示施加在岩石样品上的剪切力，A表示岩石样品的横截面积。

2. 剪切参数。

剪切参数是用来描述岩石在不同剪切角度下的剪切性能的参数。

常用的剪切参数包括内摩擦角和剪切模量。

内摩擦角可以用以下公式来计算：\[ \phi = \tan^{-1}(\frac{F}{N}) \]其中，φ表示岩石的内摩擦角，F表示施加在岩石样品上的剪切力，N表示施加在岩石样品上的法向力。

剪切模量可以用以下公式来计算：\[ G = \frac{F}{A \cdot \Delta x} \]其中，G表示岩石的剪切模量，F表示施加在岩石样品上的剪切力，A表示岩石样品的横截面积，Δx表示岩石样品在剪切过程中的位移。

实验数据分析。

在进行岩石斜剪实验后，我们可以得到一些实验数据，如施加在岩石样品上的剪切力、岩石样品的尺寸等。

通过使用上述的计算公式，我们可以对实验数据进行分析，并得到岩石的剪切强度和剪切参数。

例如，假设我们进行了一次岩石斜剪实验，得到了以下实验数据：施加在岩石样品上的剪切力为1000N，岩石样品的横截面积为0.01m²，岩石样品在剪切过程中的位移为0.1m。

岩体结构面抗剪强度参数取值方法综述
1.实验室试验方法：
实验室试验是确定岩体结构面抗剪强度参数最直接和准确的方法之一、常见的实验室试验方法有直剪试验、三轴压缩试验和剪切试验等。

直剪试
验是将两块岩石样品通过一个水平的结构面连接起来，施加的剪切荷载使
样品产生剪切破坏，通过测量剪切强度和剪切性状参数来确定岩体结构面
的抗剪强度参数。

三轴压缩试验是在一个装载设备中同时对岩石样品施加
垂直和水平应力，通过测量样品的应力变形曲线和剪切荷载来确定结构面
的抗剪强度参数。

2.观测法：
观测法是通过实地观测岩体结构面的现象和性质来确定抗剪强度参数。

观测法的主要方法有：测量结构面的面倾角、面周长、面粗糙度、面间隙
的填充情况等。

这些观测结果可以用来估计结构面的粘结强度和抗剪强度
参数。

3.经验公式：
经验公式是通过研究大量岩体结构面的试验数据得到的，并通过统计
分析建立的一些关系式。

这些经验公式可以根据结构面的性质和条件来估
算抗剪强度参数。

例如，Barton模型是根据结构面粗糙度、导向角和结
构面强度参数来估算结构面的抗剪强度。

本文数量编写了一些常用的经验
公式，如Mohr-Coulomb准则、Hoek-Brown准则等。

总的来说，确定岩体结构面抗剪强度参数的方法有实验室试验方法、
观测法和经验公式等。

在实际应用中，综合运用这些方法可以得到较为准
确的结构面抗剪强度参数，并用于岩体力学性质和岩体工程设计中。

但需
要注意的是，不同方法的结果可能存在一定的差异，因此可以综合多种方法进行验证和校正，以提高结果的可靠性。

岩体力学实验报告、指导书。

实验1 测定岩石的颗粒密度一、基本原理岩石的颗粒密度（ρ）是指岩石固体矿物颗粒部分的单位体积内的质量：ssm V ρ=（克/厘米3） 岩石的固体部分的质量(m s )，采用烘干岩石的粉碎试样，用精密天平测得，相应的固体体积(V s )，一般采用排开与试样同体积之液体的方法测得，通常用比重瓶法测得岩石固体颗料的体积。

在用比重瓶测定岩石固体颗料体积时，必须注意所排开的液体体积确能代表固体颗料的真实体积，试样中含有的气体，实验中必须把它排尽，否则影响测试精度，所用的液体一般为蒸馏水，并用煮沸法或抽气法排除岩石试样中的气体，若岩石中含有大量可溶盐类、有机质、粘粒时，则须用中性液体如煤油、汽油、酒精、甲苯和二甲苯等，此时必须用抽气法排除试样中的气体。

二、仪器设备1、 岩石粉碎设备： 粉碎机、瓷钵、玛瑙研钵和孔径为0.25mm 的筛；2、 比重瓶：容积为100ml 或50ml(图1－1)；3、 分析天平：称量200克，感量0.001克；4、普通天平：称量500克，感量0.1克；5、真空抽气设备和煮沸设备；6、 恒温水槽；7、 温度计，量程0－50℃，精确至0.5℃； 8、 其它：烘箱、蒸馏水或中性液体、小漏斗、洗耳球等。

三、操作步骤1、试样制备取代表性岩样约100g ，粉碎成岩粉并全部通过0.25mm 筛孔。

粉碎时，若岩石不含有磁性矿物，采用高强度耐磨粉碎机，并用磁铁吸去铁屑；若含有磁性矿物，根据岩石的坚硬程度分别采用磁研钵或玛瑙研钵粉碎岩样。

2、烘干试样将制备好的试样与洗净的比重瓶一起置于烘箱中，使之在100~110℃温度下烘至恒重（一般连续烘12小时即可），取出后放于干燥器内冷却至室温备用。

4、称干试样质量（m s）用四分法取两份岩粉，每份岩粉质量约15g，将试样通过漏斗倾入已知质量的烘干的比重瓶内，然后在分析天平上称取比重瓶加试样的质量，减去比重瓶质量即得干试样的质量。

4、注水排气向装有试样的比重瓶内注入蒸馏水（如岩石为易溶盐岩类，需用中性液体），然后用煮沸法或真空抽气法排除气体。

精心整理实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，1.2（1围为9.5（2（3大不超过1.3（1（2 （31.4 （1 （2径，的刚度和平整光滑度应满足压力机承压板的要求。

（3）压力机的校正与检验应符合国家计量标准的规定。

1.5试验程序（1）根据所要求的试样状态准备试样。

（2）将试样置于压力机承压板中心，调整有球形座的承压板，使试样均匀受力。

（3）依每秒0.5～0.8MPa 的加载速度对试样加荷，直到试样破坏为止，记录最大破坏载荷。

（4）描述试样破坏形态，并记下有关情况。

1.6成果整理和计算按下式计算岩石单轴抗压强度式中：c ——岩石单轴抗压强度（MPa ）；P——最大破坏载荷（N）；A——垂直于加载方向的试样横截面积（mm2）。

试验结果按表1-1记录。

表1-1岩石单轴抗压强度试验记录表工程名称______________试验时间_____年___月___日班级组别实验二、岩石压缩变形试验2.1概述岩石变形试验，是在纵向压力作用下测定试样的纵向（轴向）和横向（径向）变形，据此计算岩石的弹性模量和泊松比。

弹性模量是纵向单轴应力与纵向应变之比，规程规定用单轴抗压强度的50%作为应力和该应力下的纵向应变值进行计算。

根据需要也可以确定任何应力下的弹性模量。

泊松比是横向应变与纵向应变之比，规程规定用单轴抗压强度50%时的横向应变值和纵向应变值进行计算。

岩石的几种实验室试验方法实验一 岩石的抗拉强度实验一、原理抗拉强度是岩石力学性质的重要指标之一。

由于岩石的抗接强度远小于其抗压强度，故在受载时，岩石往往首先发生拉伸破坏，这一点在地下工程中有着重要意义。

由于直接拉伸试验受夹持条件等限制，岩石的抗拉强度一般均由间接试验得出。

在此采用国际岩石学会实验室委员会推荐并为普遍采用的间接拉伸法（劈裂法，又舟巴西法）测定岩样的抗拉强度。

由弹性理论可以证明，圆柱或立方形试件劈裂时的抗拉强度由下式确定DtP ubt πσ2=式中：P u —试件破坏时的荷载；D —圆柱体试件的直径或立方体试件高度； t —圆柱体试件厚度或立方体试件宽度。

止式认为在试件破裂面上的应力为均匀拉应力，实际上在试件受压接触点处，压应力值大于均匀拉应力值的12倍以上，然后迅速下降，以圆柱试件为例，在距圆柱试件中心大约0.8r （半径）处，应力值变为零，然后变为拉应力，至圆板中心附近拉应力取最大值，因此做劈裂试验时常在圆柱样中心附近首先产生拉伸断裂，圆柱体试件受压直径面上的应力分布如图1－1所示。

图1－1二、仪器设备1．压力机，规格10吨；2．试样加工设备：钻石机、切石机、磨光机、卡尺、角尺、测量平台、放大镜、金刚砂、玻璃板、烘箱、干燥器等；3．垫条：直径为1.5mm或为2.0mm的钢丝。

三、操作步骤1．试样制备规格为υ5厘米或5×5厘米的岩样，每组3个，加工允许尺寸误差小于0.2mm，两端面平行度小于0.1mm，端面应垂直于试样轴线，最大偏差小于0.25度。

对于非均质粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比应满足标准试样的要求。

2．试样安装将准备好的试样连同垫条按图1－1所示的形式旋转在压力机上下压板间，然后调整压力机的横梁或活塞，使试样固定，应注意使试样上、下两垫条刚好位于包含压力机加荷板中心线的垂直面内，以避免荷载的偏心作用。

3．施加荷载以每秒3~5kg/cm2的加荷速率加压，直至试样破坏，记录最大破坏荷载，并描述试样破坏情况。