《岩石力学》课程实验指导书(102239)

岩体力学试验指导书桂林理工大学建筑检测与测试中心编2010年9月§1 概述岩石试验分室内岩块试验和现场岩体试验，试验的任务是了解岩块和岩体的基本物理力学性质及其破坏机制，研究在建筑物荷载作用下基岩或围岩的工程性状，为工程地质评价和建筑物的设计提供资料。

实验室研究岩石的目的主要在于阐明岩石本身的性质，在工程实践中，用于岩石分级和工程地质评价。

目前列入规程的有9个岩石室内试验项目，结合教学内容，本课程只进行岩石力学性质的试验，它包括岩石的变形性质试验和岩石的强度及特征试验。

实验应注意以下几个方面：1.详读试验指导书，明确各项实验的目的，原理和步骤，各实验小组的成员，应分工明确，操作时互相协调、照应，以便得到较好的实验结果。

2.实验前先检查试验机各部分变化是否正常，变形仪是否安装稳妥试件装置是否正确等，实验时要严格遵守规程进行操作，记录员和操作者均须严肃认真，一丝不苟。

3.实验完毕，要按实验报告书中内容填写，准时完成实验，提交实验报告。

§2 测定岩石的单轴抗压强度一、基本原理岩石单向受压破坏时的最大压应力值称单轴抗压强度，简称抗压强度R ，其大小为：FPR式中：P ——最大破坏荷载（kN ）R ——垂直于加载的试样横截面面积（厘米2） 岩石单轴抗压强度的测定，一般是采用直接压坏标准试样的方法，常与岩石变形试验一起进行。

二、仪器设备1.岩石制样机械;2.游标卡尺；3.烘箱、干燥器；4.水槽、煮沸设备、真空抽气设备；5.压力机：应具足够吨位，能在总吨位的10%~90%之间进行试验，承压板直径不小于试样直径或边长，也不应大于试样直径的两倍，压力机的承压板须具有球形座，板面须平整光滑。

三、操作步骤（一）试样制备1.试样可用钻孔岩心或坑槽中采取的岩块，在取样和试样制备过程中，不允许发生人为裂缝。

2.试样数量按要求的受力状态或含水状态，每种情况各制三个。

3.采用圆柱体为标准试样，直径5厘米，允许变化范围为±0.2厘米，高度为10厘米，允许变化范围为±0.5厘米，若采用非标准试样，要求其高度比值为2：1，当缺乏圆柱体制样设备时，允许采用5×5×10厘米之长方体。

岩石力学实验指导书目录岩石物理性质试验 (1)一、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验 (1)二、岩石比重(颗粒密度)试验 (3)三、岩石密度试验 (6)四、岩石耐崩解试验 (10)五、岩石膨胀试验 (12)六、岩石冻融试验 (15)岩石力学性质试验 (18)七、岩石单轴抗压强度试验 (18)八、岩石压缩变形试验 (20)九、岩石抗拉强度试验（巴西法） (24)十、岩石抗剪强度试验(变角剪切) (27)十一、岩石三轴压缩及变形试验 (29)十二、岩石弱面剪切强度试验 (37)十三、点载荷指数的测定 (40)十四、岩石纵波速度测定 (42)十五、岩石力学伺服控制刚性试验 (43)十六、岩石声发射试验 (46)岩石物理性质试验一、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验1.1概述岩石的天然含水率是指试样在大气压力和室温条件下，天然条件下岩石自身所含有的水的质量与试样固体质量比的百分率。

岩石吸水率是试样在大气压力和室温条件下，岩石吸入水的质量与试样固体质量比的百分率。

本规程采用自由浸水方式求岩石吸水率。

岩石饱和吸水率，是试样在强制状态下，岩石的最大吸水质量与试样固体质量比的百分率。

本规程采用煮沸法或真空抽气法求岩石饱和吸水率。

1.2试样制备（1）规则试样的形态，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）不规则试样采用边长4～6cm近似立方体的块体，凸出的边棱部分必须进行处理；试样数量，每组取3个。

1.3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。

1.4主要仪器设备（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）真空抽气机和煮沸设备。

1.5试验程序1.5.1岩石天然含水率试验（1）在天然状态下制备试件，清除试样上的尘土和松动颗粒，称其质量。

《岩石力学》实验指导书（水工专业）郭敏霞李元婷编写西北农林科技大学水利与建筑工程学院2011年 12月目录第一章岩石抗拉强度试验 (1)1.1 实验目的、原理 (1)1.2 试样制备、使用仪器及材料 (1)1.3 实验步骤 (1)1.4 实验过程原始记录、成果及分析 (1)第二章岩石变形试验 (2)2.1 实验目的、原理 (2)2.2 试样制备、使用仪器及材料 (2)2.3 实验步骤 (2)2.4 实验过程原始记录、成果及分析 (2)参考文献 (4)第一章 岩石抗拉强度试验1.1 实验目的、原理抗拉强度试验采用劈裂法，适用于能制成规则试件的各类岩石。

劈裂法是在圆柱体试样的直径方向上，施加相对的线性荷载，使之沿试样直径方向破坏的试验，间接测定岩石的抗拉强度。

1.2 试样制备、使用仪器及材料试件应符合下列要求：（1）圆柱体试件的直径宜为48～54mm ，试件的厚度宜为直径的0.5～1.0倍，并应大于岩石的最大颗粒的10倍。

（2）其他应符合实验四的要求。

主要仪器包括：（1）钻石机、锯石机、磨石机、车床等。

（2）测量平台。

（3）材料试验机。

1.3 实验步骤（1）通过试件直径的两端，沿轴线方向划两条相互平行的加载基线。

将两根垫条沿加载基线，固定在试件的两端。

（2）将试件置于试验机承压板中心，调整球形座，使试件均匀受荷，并使垫条与试件在同一加荷轴线上。

（3）以每秒0.3～0.5MPa 的速度加荷直至破坏。

（4）记录破坏荷载及加荷过程中出现的现象，并对破坏后的试件进行描述。

1.4 实验过程原始记录、成果及分析岩石抗拉强度按下式进行计算：D LP R tπmax2=（1）式中 Rt —岩石的抗拉强度（kPa ） Pmax —试样破环时最大荷载值（kN ） D —试样直径（m ） L —试样厚度（m ）第二章 岩石变形试验2.1 实验目的、原理在纵向压力作用下测定试样的纵向和横向变形，然后计算岩石的弹性模量和泊松比。

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。

《岩石力学》实验指导书河南理工大学能源学院采矿工程实验室2013.9.10目录学生实验守则 (3)一.实验目的 (4)二.实验设备、仪器和材料 (4)三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 (4)四.电阻应变片的粘贴 (5)五.实验步骤 (5)六.实验结果整理 (6)七.实验报告要求 (8)八.思考题 (8)实验二岩石常规三轴压缩实验 (9)一.实验目的 (9)二.实验设备、仪器和材料 (9)三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 (9)四.实验步骤 (10)五.实验结果整理 (11)六.实验报告要求 (12)七.思考题 (12)实验三岩石抗拉强度测定 (13)一.实验目的 (13)二.实验设备、仪器和材料 (13)三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 (13)四.实验原理 (13)五.实验步骤 (14)六.实验结果整理 (14)七.实验报告要求 (15)八.思考题 (15)学生实验守则一.每次实验前必须做好复习和预习。

复习的内容为教科书上有关本次实验的教学内容；预习内容包括仔细阅读实验指导书和熟悉实验室有关仪器设备。

二.经过预习应掌握该项实验的意义、目的、操作步骤。

对辅导教师提出的检查性问题，应能回答，否则不得进行实验。

三.实验时态度应严肃认真，严格按辅导教师及实验指导书上所讲的操做步骤进行实验，每台设备的操作应按各设备的操作方法进行，以免损坏设备或造成事故。

非本次实验使用的仪器设备不得乱动。

四.每次实验前由小组长填写仪器设备领用单。

实验完毕后，应将所用仪器设备擦洗干净，放回原处，经小组长检查，辅导教师验收无误后方可离开实验室。

如有损坏，应填写仪器设备损坏报告单，待后处理。

五.实验结束后，应在规定时间内提交实验报告。

实验报告必须独立完成。

实验报告的书写、计算、制图，公式、计算过程、单位齐全、清晰整齐。

实验成绩是期终考核成绩的一部分。

六.如实验结果未能达到要求或因故未做实验者，应申请补做实验，实验室同意后，在指定日期内进行补做。

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）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45°, 面积约为5X 10mm2o（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。

岩石力学实验指导书主编：周生跃主审：阮波中南大学土木建筑学院岩土工程试验室二00五年五月学生实验须知1. 岩石力学性能实验是《岩石力学》课程中实践性教学环节。

要求每个学生掌握所开设的实验原理，使用的仪器设备，采用的实验方法及操作步骤，独立完成所开设的各项实验。

2.实验前应预习，实验时应认真领会、思考，明确各个环节。

如需几人协作时，小组成员应具体分工，相互配合，并在实验报告上写上同组成员名单。

3.实验的原始记录不得随意涂改。

实验报告要文字工整，计算正确，图表清晰，并在规定的时间内完成、上交。

4.实验时应保持安静，不得干扰他人实验，爱护公共财物，注意仪器的使用安全。

实验完毕后，应将实验后的费料倒入指定地点，将设备、器具清洗干净并恢复到原来状态。

一、单轴抗压强度试验1.1适用范围适用于能制成规则试件的各类岩石。

1.2 加工要求试件可用岩芯或岩块加工制成。

试件在采取、运输和制备过程中，应避免产生裂缝。

1.3试件尺寸要求（1） 圆柱体直径宜为48~54mm。

（2） 含大颗粒的岩石，试件的直径应大于岩石最大颗粒尺寸的10倍。

（3） 试件高度与直径之比宜为2.0~2.5。

1.4试件精度要求（1） 试件两端面不平整度误差不得大于0.05mm。

（2） 沿试件高度，直径的误差不得大于0.3mm。

（3） 端面应垂直于试件轴线，最大偏差不得大于0.250。

1.5主要仪器和设备（1） 钻石机、锯石机、磨石机、车床等。

（2） 测量平台。

（3） 检测合格并能按规定速率连续而均匀地加荷的200KN压力试验机。

1.6试验步骤（1） 将试件置于压力机承压板中心，使试件两端面接触均匀。

（2） 以每秒0.5~1.0MPa的速度加荷直至破坏，记录破坏荷载及加载过程中出现的现象。

（3） 试验结束后，应描述试件的破坏形态。

1.7试验成果整理（1）按下列公式计算岩石单轴抗压强度：PR=A式中R——岩石单轴抗压强度（MPa）P——试件破坏荷载(N)A——试件截面积(mm2)（2）计算值取3位有效数字。

《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。

《岩石力学》实验指导书河南理工大学能源学院采矿工程实验室2012.9.10煤和岩石物理力学性质测定的采样一般规定1、在选择采样方法时，以及在采样操作过程中，应使试样原有结构和状态尽量不受破坏，一般采用打钻取样，也可以在巷道中或回采工作面采空区及煤壁直接采样。

2、采样地点应该符合研究的目的要求，并应特别注意岩（煤）样的代表性。

在研究某一局部地点的岩石性质时，应在所研究地点附近，找具有代表性的采样点采样；在研究较大范围内的岩石性质时，应根据岩性变化情况，分别在几个具有代表性的采样点采样；当沿层厚变化较大时应分别在上、中、下不同部位采样。

每组岩（煤）样应采自岩性相同的同一层位。

对岩性变化很大的岩层，禁止将在不同地点和不同部位采取的岩（煤）样编为一组。

3、钻孔取样应尽量垂直层面打钻，偏斜不大于5º。

有特殊困难不能做到上述要求，应注明偏斜角度。

尽量不采样爆破方法采样，以产生大量人为裂隙。

如只能用爆破方法时，也应降低炮眼的装药量，以减小其影响。

所采煤块和岩块的规格大体为长×宽×高＝20cm×20cm×15cm 的立方体。

4、采样时应有专人做好岩（煤）样描述记录和编号工作。

岩块岩样编号方式采用⎪⎭⎫ ⎝⎛-II 21，⎪⎭⎫ ⎝⎛-21II …等标记，其中罗马数字表示煤层别，前一个阿拉伯数字表示煤层顶板（底板）之第几层，后一个阿拉伯数字表示该岩层之第几块岩样。

阿拉伯字在上（分子）表示为顶板岩样，在下（分母）表示底板岩样。

煤块煤样编号方式可采用（II-1），（II-2），罗马数字表示煤层别，阿拉伯数字表示第几块煤样。

钻孔采样时应附柱状图，岩芯岩（样）编号可采用柱状图上的岩层层序号。

编号用颜色漆写在岩（煤）样上，同时在岩（煤）样上用符号“ ╧”表明其层理方向。

5、每组煤样或岩样的数量，应满足试样制备的需要，按要求测定的项目确定。

考虑到加工是的损耗以及偏离度大于20％是试样数量要适当增高等因素，采样时一般应按表列数量的两倍采取。

实验一岩石单轴抗压强度试验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。

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～5.2cm。

高度为10cm，允许变化范围为～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～: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，最大偏差不超过度。

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。

主要仪器设备试样加工设备：钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。

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。

加载设备：压力试验机。

压力机应满足下列要求：（1）有足够的吨位，即能在总吨位的10%～90%之间进行试验，并能连续加载且无冲击。