地质工程岩体力学试验报告.doc

岩体力学试验报告专业地质工程姓名学号实验时间周二7,8节目录一、 岩体密度试验2二、 岩石单轴抗压试验4三、 抗拉强度试验（劈裂试验）7四、 岩体变形试验10五、 直剪试验13六、三轴压缩实验. 16一、 岩体密度试验1.1 工程概况（略）试验时间2014年10月22日1.2规范介绍根据工程岩体试验方法标准(GB/T50266-99)，岩体密度的测定方法有颗粒密度试验和块体密度试验，本试验采用块体密度试验中的量积法。根据工程岩体试验方法标准，试件描述应包括：1） 岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等。2） 节理裂隙的发育程度及其分布。3） 试件的形态。根据工程岩体试验方法标准，量积法试验应按下列步骤进行：1） 量测试件两端和中间三个断面上相互垂直的两个直径或边长，按平均值计算截面积。2） 量测端面周边对称四点和中心点的五个高度，计算高度平均值。3） 将试件置于烘箱中，在105-110的恒温下烘24h，然后放入干燥器内冷却至室温，称试件质量。4） 长度量测精确至0.01m，称量精确至0.01g。1.3 试验方法试验采用水泥砂浆棱柱体试件，试件处于自然含水状态。使用的仪器有游标卡尺、电子天平。实验步骤如下：1） 量测试件两端和中间三个断面上相互垂直的两个直径或边长，按平均值计算截面积。2） 量测端面周边对称四点和中心点的五个高度，计算高度平均值。3） 量测试件重量。1.4 试验结果岩体密度试验数据及数据处理见表1。表1 岩体密度试验数据记录表项目编号：01 岩石名称含水状态试件编号直径/边长(mm)高度(mm)质量（g）密度(g/cm3)备注测定值平均值测定值平均值水泥砂浆棱柱体试件自然含水状态40.45 84.80 a40.51 40.53 84.32 0140.65 84.30 84.47 285.322.06 39.81 84.67 b40.10 40.3284.74 41.06 -39.81 77.98 a40.10 39.90 77.91 0239.80 77.64 77.96 260.60 2.06 40.24 77.83 b40.35 40.43 78.44 40.71 -40.05 79.31 a40.02 40.26 79.26 0340.71 79.37 79.40 267.10 2.0639.93 79.39 b39.88 39.89 79.69 39.87 -平均密度(g/cm3)2.08试 件 描 述：灰白色的水泥砂浆棱柱体试件，无风化，节理不发育，试件为底面接近正方形的长方体。试验者：、 校核者：、 试验日期：2014/10/221.5 总结从实验结果可以看出，用量积法测得的密度不仅简便，而且计算结果准确，应保证试件制备有足够的精度。二、岩石单轴抗压试验2.1 工程概况（略）试验时间2014年10月22日2.2规范介绍根据工程岩体试验方法标准(GB:T50266-99)，单轴抗压强度试验适用于能制成规则试件的各类岩石，且应符合下列要求。试件尺寸应符合下列要求：1） 圆柱体直径宜为48-55mm。2） 含水颗粒的岩石，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。试件精度应符合下列要求：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0.25。同一含水状态下，每组试验试件的数量不应少于3个。试件描述应包括下列内容：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题。3） 含水状态及所使用的方法试验应按下列步骤进行1） 将试件置于试验机承压板中心，调整球形座，使试件两端面接触均匀。2） 以每秒0.5-1MPa的速度加荷直至破坏。记录破坏荷载及加载过程中的现象。3） 试验结束后，应描述试件的破坏形态试验成果整理应符合下列要求：1） 按下列公式计算岩石单轴抗压强度：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。3） 单轴抗压强度试验记录应包括工程名称、取样位置试件、编号、试件描述、试件尺寸和破坏荷载。2.3 试验方法试验采用的试件为水泥砂浆棱柱体试件，同试验一。试验方法与计算方法同工程岩体试验方法标准，试验过程：1）将试件置于试验机承压板中心，调整球形座，使试件两端面接触均匀。2）以每秒0.5-1MPa的速度加荷直至破坏。2.4 试验结果 岩体单轴抗拉强度数据及数据处理见表2。表2 岩石单轴抗压强度试验记录表项目编号：02 岩石名称含水状态试样编号试样直径（mm）破坏荷载（KN）抗压强度（MPa）备注测定值平均值水泥砂浆棱柱体试件自然含水状态139.8839.8147.429.939.8139.74239.8839.8654.634.439.8639.85339.8739.8534.121.539.8639.83试件抗压强度最大为34.4，最小为21.5，平均为28.8试 件 描 述：灰白色的水泥砂浆棱柱体试件，无风化，节理不发育，试件为底面接近正方形的棱柱体试验者：、 校核者：、 试验日期：2014/10/252.5 总结从实验结果可以看出，材料相同的水泥砂浆试件单轴抗压强度有很大差异，试件01单轴抗压强度仅为试件03的一半。分析原因可能为：1） 试件01的高径比和尺寸都比其他两个试件大，由于尺寸效应和高径比的影响，试件01的单轴抗压强度远小于其他两个试件。2） 试件01本身在加工过程中出现结构面或含水率较高，使得试件01单轴抗压强度降低。三、 抗拉强度试验（劈裂试验）3.1 工程概况（略）试验时间2014年10月22日3.2规范介绍根据工程岩体试验方法标准(GB:T50266-99)，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，试件描述同抗拉强度试验。圆柱体试件的直径宜为试件的厚度宜为48-54mm，直径的0.5-1.0倍，并应大于岩石最大颗粒的10倍。试验应按下列步骤进行：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2根垫条沿加载基线，固定在试件两端。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。试验成果整理应符合下列要求：1） 按下列公式计算岩石抗拉强度：式中 岩石抗拉强度（MPa）；P试件破坏荷载（N）； D试件直径（mm）； H试件厚度（mm）。2） 计算值取位有效数字。3） 抗拉强度试验的记录应包括工程名称、取样位置、试件编号、试件描述试件尺寸破坏荷载3.3 试验方法采用圆柱体试件，按照工程岩体试验方法标准，实验步骤为：1） 在圆柱体试件底面圆的直径上两端点和中点对圆柱体高分别测量三次，对圆柱体上中下直径测量三次，取平均值。2） 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2根垫条沿加载基线，固定在试件两端。3） 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。4） 以每秒0.3-0.5MPa的速度加荷直至破坏。5） 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。6） 计算方法同工程岩体试验方法标准。3.4 试验结果岩石单轴抗拉强度试验实验数据及数据处理见表3。表3 岩石单轴抗拉强度试验(劈裂法)记录表 项目编号：03 岩石名称含水状态试件编号受力方向试件直径(mm)试件厚度(mm)破坏荷载(kN)抗拉强度(MPa)备注测定值平均值测定值平均值圆柱体试件自然含水率0128.73 29.19 51.09 51.726.22.16 29.20 51.70 29.65 51.76 0229.59 29.54 52.87 52.88 8.6 3.5029.08 52.87 29.95 52.90 0326.92 28.33 52.87 52.88 6.0 2.55 28.33 52.90 29.73 52.87 最大值为3.55MPa，最小值为2.16MPa，平均值为2.75MPa试 件 描 述：圆柱体试件，节理不发育，无风化试验者：、 校核者：、 试验日期：2013/10/25破坏形态照片3.5 总结由实验结果可看出试样的抗拉强度不高，而且试件02与其他两组有较大差别。分析产生差别的原因可能为：1） 试件内部存在结构面降低了试件的抗拉强度。2） 试件在加载时线荷载没有通过试件的圆心，最终破裂面没有通过试件的直径，使得抗拉强度偏低。四、 岩体变形试验4.1 工程概况（略）试验时间：2014年10月28日4.2规范介绍根据工程岩体试验方法标准(GB:T50266-99),岩体变形试验有承压板法试验和钻孔变形试验，本试验采用承压办法。承压板法适用于各类岩体，安装时应使整个系统所有部件的中心保持在同一轴线上并与加载方向一致。试验及稳定标准应符合下列规定：1） 试验最大压力不宜小于预定压力的1.2倍，压力宜分为5级，按最大压力等分施加。2） 加压前应对测表进行初始稳定读数观测，每隔10min同时测读各测表次，连续3次读数不变，方可开始加压试验，并将此读数作为各测表的初始读数值。钻孔轴向位移计各测点观测，可在表面测表稳定不变后进行初始读数。3） 加压方式宜采用逐级一次循环法，或逐级多次循环法。当采用逐级一次循环法加压时，每一循环压力应退至零。4） 每级压力加压后应立即读数，以后每隔10min读数1次，当刚性承压板上所有测表或柔性承压板中心岩面上的测表相邻两次读数差与同级压力下第一次变形读数和前一级压力下最后一次变形读数差之比小于5%时，可认为变形稳定，并进行退压。退压后的稳定标准与加压时的稳定标准相同。5） 在加压、退压过程中，均应测读相应过程压力下测表读数一次。6） 中心孔中各测点及板外测表可在读取稳定读数后进行一次读数。采用刚性承压办法量测岩体表面变形时，按按下列公式计算变形参数：式中 E岩体弹性（变形）模量（MPa）；W岩体变形（cm）；P按承压板面积计算的压力（MPa）；D承压板直径（cm）；泊松比4.3 试验方法本试验采用刚性承压板法，主要实验仪器为岩体刚性试验机，在试件的纵向与横向分别贴两个应变片，数据采集传输到电脑。其他步骤同工程岩体试验方法标准。4.4 试验结果岩石单轴压缩变形试验实验数据及处理见表4。表4 岩石压缩变形记录表项目编号：04试件编号：01岩石名称：含水状态：试件直径(mm)：48.97试件高度(mm)：100.51=23188.940.1402序号加载纵向应变(10-6)横向应变(10-6)备注载荷应力测量值平均测量值平均(kN)(MPa)121200011111117592.304-46-40-43735215184.608-99-81-9013810.5322776.9112-154-119-136.5201216430369.2216-209-155-182291517537961.5220-264-188-226371928645553.8224-316-220-268452434.5753146.1328-367-254-310.5542941.5860738.4432-417-287-352633448.5968330.7436-467-318-392713854.51075923.0540-514-349-431.5794260.5残余应变-7-6-6.5-1-3-2试 件 描 述：灰白色圆柱体试件，节理不发育，无风化。试验者：、 校核者：、 试验日期：2014/10/28岩石变形试验试件尺寸数据见表5。表5 岩石变形试验试件尺寸试件直径(mm)平均值(mm)试件高度(mm)平均值(mm)48.9548.97100.58100.5148.98100.4348.96100.52岩石变形试验曲线见图1。图1 岩体变形试验曲线4.5 总结试验准备时，应变片的粘贴方法十分重要，试件表面要用砂纸打磨，然后用酒精擦拭，然后才能用502胶水将应变片贴在打磨过的试件上。试验过程中，有一个不加载的试件作相同处理，作为对照，消除环境因素对试验的影响。五、 直剪试验5.1 工程概况（略）试验时间：2014年11月4日。5.2规范介绍根据工程岩体试验方法标准(GB:T50266-99), 直剪试验适用于岩块、岩石结构面以及混凝土与岩石胶结面。试件安装应符合下列规定：1） 将试件置于金属剪切盒内，试件与剪切盒内壁之间的间隙以填料填实，使试件与剪切盒成为一个整体。预定剪切面应位于剪切缝中部。2） 安装试件时，法向荷载和剪切荷载应通过预定剪切面的几何中心。法向位移测表和水平位移测表应对称布置，各测表数量不宜少于2只。法向荷载的施加方法应符合下列规定：1） 在每个试件上，分别施加不同的法向应力，所施加的最大法向应力，不宜小于预定的法向应力。2） 对于岩石结构面中具有充填物的试件，最大法向应力应以不挤出充填物为宜。3） 不需要固结的试件，法向荷载一次施加完毕，即测读法向位移，55min后再测读一次，即可施加剪切荷载。4） 需固结的试件，在法向荷载施加完毕后的第一小时内，每隔15min读数1次，然后每半小时读数1次，当每小时法向位移不超过15min时，即认为固结稳定，可施加剪切荷载。5） 在剪切过程中，应使法向荷载始终保持为常数。剪切荷载的施加方法应符合下列规定：1） 按预估最大剪切荷载分12级施加。每级荷载施加后，即测读剪切位移和法向位移，5min后再测读一次即施加下一级剪切荷载直至破坏。当剪切位移量变大时，可适当加密剪切荷载分级。2） 将剪切荷载退至零。根据需要，待试件充分回弹后，调整测表，按上述步骤进行摩擦试验。试验成果整理应符合下列要求：1） 按下列公式计算各法向荷载下的法向应力和剪应力：式中 作用于剪切面上的法向应力（MPa）；作用于剪切面上的剪应力（MPa）；P作用于剪切面上的总法向荷载（N）；Q作用于剪切面上的总剪切荷载（N）；A剪切面积（mm2）。2） 绘制各法向应力下的剪应力与剪切位移及法向位移关系曲线，根据曲线确定各剪切阶段特征点的剪应力。3） 根据各剪切阶段特征点的剪应力和法向应力绘制关系曲线，按库伦表达式确定相应的岩石抗剪强度参数。4） 直剪试验记录应包括工程名称、取样位置、试件编号试件描述、剪切面积、各法向荷载下各级剪切荷载时的法向位移及剪切位移。5.3 试验方法试验仪器采用了油压千斤顶，位移计等实验器材，加载方式同工程岩体试验方法标准。5.4 试验结果直剪试验数据及数据处理见表6表6直剪试验记录表岩石含水剪切法向法向剪切剪切备注名称状态面积荷载应力荷载应力(cm2)(kN)(kPa)(kN)(kPa)自然含水状态72810.4142.8579.2126.37420.2277.47215.9218.40629.8409.34018247.25340.6557.69225.5350.27549.8684.06631.3429.945直剪试验岩石强度线见图3。图3 直剪试验岩石强度线5.5 总结直剪试验适用于岩块、岩石结构面以及混凝土与岩石胶结面。节理剪切扩容效应指节理在剪切过程中,由于节理面的起伏不平引起节理体积和厚度增加的作用。在试验过程中，由于横向位移过大，使下面的竖向位移计脱落，故得到的u-v曲线图在后来竖向位移很大。六、三轴压缩强度试验6.1规范介绍根据工程岩体试验方法标准(GB/T50266-2013),岩石三周压缩强度试验是测定一组岩石试件在不同侧压条件下的三向压缩强度，据此计算岩石在三轴压缩条件下的强度参数c，值。本实验采用等侧压条件下的三轴压缩试验，是指适用于三向应力状态中的特殊情况，2=3。能制成圆柱体试件的各类岩石均可进采用等侧向压力三轴压缩试验。岩石试件应满足：圆柱体试件直径应为试验机承压板直径的0.96-1.00。试件的高度与直径的笔直宜为2.0-2.5。其他条件同单轴压缩试验。应包括主要的仪器设备有：a) 钻石机，切石机，磨石机和车床等；b) 测量平台；c) 三轴试验机。试验程序可分为：1. 在进行三轴压缩试验的同时，应进行岩石单轴抗压强度、抗拉强度的实验。2. 侧向压力可按等差级数或等比级数进行选择。3. 根据三轴试验机要求安装试件。试件应采用防油措施。4. 以0.05MPa/s的加荷速度同时施加侧向压力至预定侧压力值，并使侧压力在实验过程中保持为常数。5. 以0.5-1.0MPa/s的加荷速度施加轴向荷载，直至试件完全破坏，记录破坏载荷。6. 对破坏后的试件进行描述。当有完整的破裂面时应测量破坏面与最大主应力作用面之间的夹角。按照下列公式计算不同侧向压力条件下的轴向压力：1=式中 1不同侧压条件的轴向压力，MPa；P试件轴向破坏载荷，N；A试件截面积-，mm2。6.2试验方法实验采取与岩石的单轴抗压强度试验相同的岩石试件，放入岩石的三轴压缩实验机中，在侧向压力相同的情况下展开操作，其他各项操作参考工程岩体试验方法标准。6.3实验结果由图中可以计算得出=12.93解得=58.8c=解得c=26.81 MPa6.4总结实验设备较复杂，实验过程中出现时间不够的问题，下一次实验前必须做好充分准备才能准时完成实验，根据后续数据，实验比较成功，岩石的内摩擦角和内聚力符合实际。