岩体力学实验
更新时间:2023-11-06 04:54:01 阅读量: 教育文库 文档下载
岩体力学实验
一.实验目的
岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法,学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法;了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。
二.实验设备、仪器和材料
1.钻石机、锯石机、磨石机; 2.游标卡尺,精度0.02mm;
3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架; 4.YE-600型液压材料试验机; 5.JN-16型静态电阻应变仪; 6.电阻应变片(BX-120型);
7.胶结剂,清洁剂,脱脂棉,测试导线等。
三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态
1. 试样规格:采用直径为50 mm,高为100 mm的标准圆柱体,对于一些裂隙比较发育的试样,可采用50 mm×50 mm×100 mm的立方体,由于岩石松软不能制取标准试样时,可采用非标准试样,需在实验结果加以说明。
2. 加工精度:
a 平行度:试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。检测方法如图5-1所示,将试样放在水平检测台上,调整百分表的位置,使百分表触头紧贴试样表面,然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。
b 直径偏差:试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm,用游标卡尺检查。 c 轴向偏差:试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2所示,将试样放在水平检测台上,用直角尺紧贴试样垂直边,转动试样两者之间无明显
缝隙。
3.试样数量: 每种状态下试样的数量一般不少于3个。
4.含水状态:采用自然状态,即试样制成后放在底部有水的干燥器内1~2 d,以保持一定的湿度,但试样不得接触水面。
1—百分表 2-百分表架 3-试样 4水平检测台
图5-1 试样平行度检测示意图
1—直角尺 2-试样 3- 水平检测台
1 1 2 3 4 2 3 图5-2 试样轴向偏差度检测示意图
四.电阻应变片的粘贴
1.阻值检查:要求电阻丝平直,间距均匀,无黄斑,电阻值一般选用120欧姆,测量片和补偿片的电阻差值不超过0.5Ω。
2.位置确定:纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部,纵向、横向应变片排列采用“┫”形,尽可能避开裂隙,节理等弱面。
3.粘贴工艺:试样表面清洗处理→涂胶→贴电阻应变片→固化处理→焊接导线→防潮处理。
图5-3 电阻应变片粘贴
试样 电阻片 五.实验步骤
1. 测定前核对岩石名称和试样编号,并对岩石试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。
2. 检查试样加工精度。并测量试样尺寸,一般在试样中部两个互相垂直方向测量直径计算平均值。
3. 电阻应变仪接通电源并预热数分钟后, 连接测试导线,接线方式采用公
共补偿半桥连接方式。
4. 将试样放置在试验机的承压板中心,然后对纵向、横向应变片分别进行反复预调平衡。
5. 施加初载荷,检查试验机和应变片工作情况,正常后以1.0~2.0 kN/s的加载速度均匀加载,按估计破坏载荷的十分之一间隔读数,纪录相应载荷下的纵向、横向应变,均匀加载直至试样完全破坏。每个测试过程读数不得少于7个点,同一试样的纵向、横应变尽可能同时读出。
6. 记录破坏载荷值及加载过程中出现的现象,并对试样破坏形态进行描述。
六.实验结果整理
1. 岩石单轴抗压强度:
R C ?PS式中: RC—试样单轴抗压强度,MPa;
P—试样破坏载荷,N; S—试样初始截面积,mm2。 岩石单轴抗压强度测定结果填入表5-1。
表5-1 岩石单轴抗压强度测定结果
岩石名称 试件编号 1 2 3 岩性描述 试样尺寸 D×L/mm 破坏载荷 /kN 抗压强度 /MPa 单值 均值 2. 绘制岩石单轴压缩应力-应变曲线
实验结束后检查每一组的实验结果,废弃可疑数据,分别计算试样所受应力σ和与之对应的纵向应变ε1、横向应变ε2以及体积应变值εv,体积应变值按下式计算:
?v??1?2?2将单轴压缩实验记录与计算结果填入表5-2。然后以纵向应力为纵坐标,以
应变为横坐标描出并光滑连接测点。岩石试样单轴压缩实验的应力-应变曲线,如图5-4。
表5-2 岩石单轴压缩变形测定纪录
试样 载荷/kN 编号 项目 轴向应力σ/MPa 1 纵向应变ε1 横向应变ε2 体积应变εv 轴向应力σ/MPa 2 纵向应变ε1 横向应变ε2 体积应变εv 轴向应力σ/MPa 3 纵向应变ε1 横向应变ε2 体积应变εv 20 σ 1/MPa 40 60 80 100 120 140 160 180 200 200
3.弹性模量:
ε3/10-3 σ1-ε2 σ1-εv σ1-εC 1 B D
A ε1/10
图5-4 岩石单轴压缩实验的应力-应变曲线
-3 根据岩石单轴压缩实验的应力-应变曲线计算变形参数。由于岩石压缩过程中各个阶段的变形情况有所不同,弹性模量又分为切线模量Eτ(又称弹性模量或杨氏模量)和割线模量E50(又称变形模量),分别按下式计算:
? ? E???? ?
E50?50?50式中: △σ—纵向应力-应变曲线中直线段的纵向应力增量,MPa;
△ε—纵向应力-应变曲线中直线段的纵向应变增量;
σ50—单向抗压强度的50%的应力值,MPa; ε50—试样与σ50对应的纵向应变值。 4.泊松比:
岩石在单轴压缩过程中纵向变形的同时横向也发生相应变形,在轴向应力-纵向应变与轴向应力-横向应变曲线上,对应直线段纵向应变和横向应变的平均值计算泊松比μ:
???2p?1p
式中:μ—岩石的泊松比;
ε1p—纵向应力-纵向应变曲线中对应直线段部分的应变的平均值; ε2p—纵向应力-横向应变曲线中对应直线段部分的应变的平均值。 弹性模量Eτ、变形模量E50及泊松比μ测定结果填入表5-3:
表5-3 弹性模量Eτ、变形模量E50及泊松比μ测定结果
岩石 名称 试样 编号 岩 性 描 述 弹性模量Eτ/GPa 单值 均值 变形模量E50/GPa 单值 均值 泊松比μ 单值 均值 七.实验报告要求
实验结束后认真独立填写实验报告,实验报告应包括以下内容:
1. 实验目的; 2. 主要实验仪器; 3. 实验步骤;
4. 原始数据及实验数据整理;
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