岩石力学实验指导书
岩石力学-硕士研究生课程报告-中南大学
硕士研究生课程报告 题目顺层高边坡稳定性影响因素 及工程灾害防治 姓名曾义 专业班级岩土13级 任课教师阳军生张学民 中南大学土木工程学院
引言 近年来，随着铁路公路建设步伐加快，铁路公路等级不断提高，边坡防护建设工程中所遇到的岩土边坡安全稳定性问题也相应增多，并成为岩土工程中比较常见的技术难题。由于工程建设的需要，往往在一定程度上破坏或扰动原来较为稳定的岩土体而形成新的人工边坡，因而普遍存在着边坡稳定的问题需要解决。国家实施西部大开发战略以来，西部山区高等级公路得到迅速发展。在山区修建高等级公路不可避免会遇到大量的深挖高填路基，就目前建设的高速公路情况看:一般情况下，100km长的山区高等级公路，挖填方路基段落长度占路线总长度的60%以上。已建高速公路最高的填方已达到50多米,最高的挖方边坡高度已超过100m。尽管山区高等级公路的建设越来越倡导环境保护，尽量避免深挖高填，但路基作为公路的主要结构，其边坡稳定问题不可避免。在山区复杂多变的地质条件下建设高等级公路，其边坡稳定性问题必将受到人们的普遍关注，高边坡岩土安全状况直接关系到公路交通运输安全。 虽然计算理论方法、地质探测技术、现代监测技术、边坡加固技术及施工技术不断的在进步，但顺层边坡稳定性问题和高边坡稳定性问题，时至今日依然是国内外学者研究的热点问题，并逐步涌现出许多的新的研究方向。 1、顺倾高边坡稳定性研究现状 随着人类工程活动的发展，对边坡问题的研究也在不断深入，归纳前人对边坡问题的研究大致可分为以下几个阶段： 人们对边坡稳定性的关注和研究最早是从滑坡现象开始的（张倬元等，2001）。19世纪末和20世纪初期，伴随着欧美资本主义国家的工业化而兴起的大规模土木工程建设（如修筑铁路、公路，露天采矿，天然建材开采等），出现了较多的人工边坡，诱发了大量滑坡和崩塌，造成了很大的损失。这时，人们才开始重视边坡失稳给人类造成的危害，并开始借用一般材料分析中的工程力学理论对滑坡进行半经验、半理论的研究。 20世纪50年代，我国学者引进苏联工程地质的体系，继承和发展了“地质历史分析”法，并将其应用于滑坡的分析和研究中，对边坡稳定性研究起到了推动作用（张倬元等，1994）。该阶段学者们着重边坡地质条件的描述和边坡类型的划分，采用工程地质类比法评价边坡稳定性。 20世纪60年代，世界上几起灾难性的边坡失稳事件的发生（如意大利的瓦依昂滑坡造成近3000人死亡和巨大的经济损失）（张倬元等，1994）,使人们逐渐认识到了结构面对边坡稳定性的控制作用以及边坡失稳的时效特征，初步形
岩石力学实验方案
实验方案 实验一单轴压缩试验 一、实验得目得 以白垩系软岩为研究对象，设置不同得冻结温度,分别对岩样进行一次冻融循环，并测定其冻融前后得单轴抗压强度与杨氏弹性模量，且绘出应力—应变曲线。当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时,单位面积上所承受得载荷称为岩石得单轴抗压强度,即式样破坏时得最大载荷与垂直与加载方向得截面积之比. 本次试验主要测定饱与状态下试样得单轴抗压强度。 二、试样制备 （1)样品可用钻孔岩芯或在坑槽中采取得岩块,在取样与试样制备过程中,不允许发生人为裂隙。 (2）试样规格:经过钻取岩芯、岩样尺寸切割、岩样打磨几道工序制备成直径5cｍ、高10cm得圆柱体。 (3)试样制备得精度应満足如下要求: a沿试样高度，直径得误差不超过０.03cm; b试样两端面不平行度误差，最大不超过０．00５cm; c端面应垂直于轴线,最大偏差不超过０、25°； ｄ方柱体试样得相邻两面应互相垂直，最大偏差不超过0、２5°。 三、主要仪器设备 1、制样设备：钻石机、切石机及磨石机. 2、测量平台、角尺、游标卡尺、放大镜、低温箱等。
3、压力试验机。 四、实验步骤 1、取加工好得岩石试样15块，放入抽真空设备中进行饱水处理，浸泡2４h; 2、a.(1）从饱水后得试样中取３块,进行冻结前常温（＋2０℃）条件下岩石得单轴压缩试验,并记录应力—应变曲线等信息；（2)从剩下得饱水岩样中取出6块放入低温箱中，在恒温—1０℃条件下冻结4８h；（3）取出冻结后得3块岩样,进行冻结－10℃条件下岩石得单轴压缩试验，并记录应力-应变曲线等信息；(4）取出冻结后另外3块岩样,在室内常温环境下自然解冻后，进行岩石冻结解冻后恢复到常温条件下岩石得单轴压缩试验,并记录应力-应变曲线等信息； b、以剩余得6块试样为对象，把冻结温度设置为—30℃，重复a中步骤(2)～(4）； ３、通过试验数据分析在两种冻结温度下，岩样冻结前、冻结中与冻结解冻后三种状态下三种岩石单轴压缩下强度、应力-应变曲线及弹性模量等参数得变化情况. 五.成果整理与计算 1、按下式计算岩石得单轴抗压强度： －———-岩石单轴抗压强度,ＭPａ; ———－最大破坏荷载，Ｎ； －—－—垂直于加载方向得试样横截面积,mｍ2。 2、固体材料得弹性模量就是指弹性范围内应力与应变得比值，反映材料得坚固性.计算割线弹性模量E50,即应力应变曲线零荷载点与单
岩石力学研究进展报告
岩石力学研究新进展报告 姓名：XXX 学号：XXXXXXXX 专业：岩土工程
岩石力学研究新进展报告 1 引言 时光如白驹过隙，一学期的《XXXXX》课程在不知不觉间结课了。这一学期的学习，使我在岩石力学方面有了很大的启发，特别是分形理论在岩石力学中的应用令我神往。下面我对岩石力学研究的新进展做简要报告。 岩石力学可以作为固体力学的一个新分支，用以研究岩石材料的力学性能和岩石工程的特殊设计方法。岩石力学经过近50年的发展，在土木工程、水利工程、采矿工程、石油工程、国防工程等领域都得到了广泛的应用，随着科学技术的进步，岩石力学涉及的领域会进一步扩大。岩石力学是一门内涵深，工程实践性强的发展中学科。岩石力学面对的是“数据有限”的问题，输入给模型的基本参数很难确定，而且没有多少对过程（特别是非线性工程）的演化提供信息的测试手段。另一方面，对岩体的破坏机体还不能准确的解释。岩石力学所涉及的力学问题是多场（应力场、温度场、渗流场、甚至还存在电磁场等)、多相（固、液、气）影响下的地质构造和工程构造相互作用的耦合问题。这就表明，工程岩体的变形破坏特征是极为复杂的，其大多数是高度非线性的。目前，岩石力学的许多数学模型是不准确和不完整的，可以广泛接受和适用的概化模型并不多。基于此，近年来，多种数值方法、细观力学、断裂与损伤力学、系统科学、分形理论、块体理论等在岩石力学中的应用以及各种人工智能、神经网络、遗传算法、进化算法、非确定性数学等域岩石力学的交叉学科的兴起，为我们提供了全新和有效的思维方式和研究方法，更能激发研究者的创新精神，这也为突破岩石力学的确定性研究方法提供了强有力的理论基础[1]。 本报告主要对分形岩石力学、块体岩石力学、断裂与损伤岩石力学和岩石细观力学四部分的研究新进展做简要报告。由于时间和精力有限（最近导师安排的任务非常多，而且要准备英语和政治期末考试），每部分内容除第一大段的研究新进展综述外，只对近几年的三篇比较好的文献做分析说明，包括两篇中文学术论文和一篇外文学术论文，这12篇学术论文我都比较仔细的看了。以后若有机会和时间，我会在导师和各位老师同学的不吝赐教下，努力做岩石力学的创新性研究，届时会在文献综述部分查阅和介绍更多最新以及更优秀的文献。 2 分形岩石力学 从古至今，岩石已成为人们熟知的工程材料，它是由矿物晶粒、胶结物质和大量各种不同阶次、不规则分布的裂隙、薄弱夹层等缺陷构成，是一种成分和结构高度复杂的孔隙体。岩石力学经过近50年的发展，人们尝试用各种数学力学方法研究和描述岩石复杂的自然结构性状和物理力学性质，提出了多种岩石力学分析和计算方法，为解决实际工程中的岩石力学问题创造了条件。19世纪70年代Mandelbrot创立分形几何学，提出了一种定量研究和描述自然界中极不规则且看似无序的复杂结构、现象或行为的新方法，从此分形几何学广泛地应用于自然科学研究的各个领域，并且在经济学等社会科学也有很巧妙的应用。19世纪80年代，分形几何学开始应用于岩石力学研究，开始形成分形岩石力学这一门新兴交叉学科。人们逐渐发现岩石力学领域中的分形现象相当普遍，不仅岩石的自然结构性状、缺陷几何形态、分布以及地质结构产状、断层几何形态、分布都观察到分形特征或分形结构，而且岩石体强度、变形、破断力学行为以及能量耗
现场岩石力学试验报告模板
工程勘察： 证书编号 45040Ⅲ -211-U 桂林漓江**水库枢纽工程 现场岩石试验报告 广西*******勘察设计研究院
核定：审查：校核：编写：试验：
1工作概况 (1) 2 现场混凝土与岩体抗剪（断）试验 (1) 2.1 抗剪(断)试验试样布置及地质条件 (1) 2.2 抗剪（断）试验试样制备情况 (2) 2.3 抗剪(断)试验方法 (2) 2.4 抗剪(断)试验成果整理方法 (3) 2.5 抗剪(断)试验破坏机理分析 (3) 2.6 抗剪断试验成果分析 (4) 3 现场岩体变形试验 (5) 3.1 岩体变形试验试样布置及地质条件 (7) 3.2 岩体变形试点制作 (7) 3.3 岩体变形试验方法 (7) 3.4 岩体变形试验成果整理 (7) 3.5 岩体变形试验成果分析 (8) 4 建议 (9)
1 工作概况 桂林漓江**水库枢纽工程位于广西桂林市为漓江一级支流，距离桂林**km有等外公路从**至**村。该水库枢纽主要任务是调蓄讯期洪水水量，枯水期向漓江补水，并利用补水水能发电。拟建枢纽最大坝高约**m，正常高水位**m，总库容约为**万m3，通过引水隧洞到下游厂房发电，电站装机容量为**MW。 坝址现场岩体力学试验于****日至*****日坝轴线左岸及坝轴线下游200m右岸进行现场混凝土与岩体抗剪（断）试验及现场岩体变形试验，共完成工作量见表1。 表1 现场岩石试验工作量表 试验数据采集和处理采用8098多功能岩土检测系统，该微机系统于1991年4月通过广西科学技术委员会的技术鉴定，开工前经广西计量测试研究所率定。各项技术指标均符合DLJ204-81，SLJ2-81《水利水电工程岩石试验规程》（试行），DL5006-92《水利水电工程岩石试验规程（补充部分）》。 2 现场混凝土与岩体抗剪（断）强度试验 2.1抗剪(断)试验试样布置及地质条件 a) 现场混凝土与岩体抗剪（断）试验在坝址区内进行，分别选强、弱风化泥质粉砂岩各12个点（即3组），详见表2。岩层产状一般为**?/NW∠**?,周围岩石为砂岩、泥岩互层。
岩石力学试验报告-2010
长沙理工大学 岩石力学试验报告 年级班号姓名同组姓名实验日期月日理论课教师：指导教师签字：批阅教师签字： 实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七
试验一、岩石单向抗压强度的测定 一、试验的目的： 测定岩石的单轴抗压强度Rc。当无侧限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。 本次试验主要测定天然状态下试样的单轴抗压强度。 二、试样制备： 1、试料可用钻孔岩心或坑槽探中采取的岩块。在取料和试样制备过程中，不允许人为裂隙出现。 2、本次试验采用圆柱体作为标准试样，直径为5cm，允许变化范围为4.8～5.4cm，高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm。 3、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，但高径之比宜为2.0～2.5。 4、制备试样时采用的冷却液，必须是洁净水，不许使用油液。 5、对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石，应采用干法制样。 6、试样数量：每组须制备3个。 7、试样制备的精度。 (1)在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。 (2)两端面的不平行度，最大不超过0.05mm。 (3)端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25。 三、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，风化程度，胶结物性质等特征。 2、节理裂隙的发育程度及其分布，并记述受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。 3、量测试样尺寸，检查试样加工精度，并记录试样加工过程中的缺陷。 试件压坏后，应描述其破坏方式。若发现异常现象，应对其进行描述和解释。 四、主要仪器设备：
岩石力学实验指导书
岩石力学实验指导书 修订版 王宝学杨同张磊编 北京科技大学 土木与环境工程学院 2008 年3 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“2005年教学大纲”，并结合我校的实验条件而编写，主要内容有：1、岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验；2、岩石比重试验；3、岩石密度试验；4、岩石耐崩解试验5、岩石膨胀试验；6、岩石冻融试验；7、岩石单轴抗压强度试验，8、岩石压缩变形试验，9、岩石抗拉强度试验(巴西法)，10、岩石抗剪强度试验(变角剪法)，11、岩石三轴压缩及变形试验，12、岩石弱面抗剪强度试验，13、岩石点载荷指数测定试验，14、岩石纵波速度测定试验，15、岩石力学伺服控制刚性试验；16、岩石声发射试验。 本指导书的内容主要参照《水利水电工程岩石试验规程》（SL264-2001）；《水利电力工程岩石试验规程》DLJ204-81，SLJ2-81；同时参考了国际岩石力学会《岩石力学试验建议方法》，中华人民共和国国家标准《岩石试验方法标准》以及《露天采矿手册》等，由于我们水平有限，文中如有不当之处，欢迎读者批评指正。 编者：王宝学、杨同、张磊 2007年12月
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)
岩石力学数值试验实验报告
岩石力学数值试验实验报告 姓名：郑周立学号： 1108010103 班级：采矿111班指导教师：左宇军 同组人：郑周立、周义现、胡斌、朱红伟、高言、 王坤 实验名称：圆孔对岩石力学性质影响的数值加载 试验 2014年5月16日
圆孔对岩石力学性质影响的数值加载试验 一、实验目的: 1.通过对RFPA2D学习，知道RFPA2D基本使用方法。 2.了解RFPA2D模拟试验的条件和RFPA2D的基本功能。 3.通过操作端部效应对岩石力学性质影响的数值实验，了解每一步操作以及岩石破裂过程，最终完成实验得到结果。 二、实验原理: RFPA-2D是一种基于有限元应力分析和统计损伤理论的材料破裂过程分析数值计算方法，是一个能够模拟材料渐进破裂直至失稳全过程的数值试验工具。 三、 1、试样尺寸： 100mm*51mm 2、基元数: 100*51 3、应力分析模式: 平面应变 4、圆孔：半径10mm 5、加载方式：单轴压缩 6、加载条件：竖向位移加载 7、均质度m=2 8、加载量：每步0.002mm
9、实验内容： （1）、应力-应变曲线； （2）、强度； （3）、破坏模式 四、实验内容： (一)、操作步骤： 第一步启动RFPA，新建模型建立存放的根目录 第二步划分网格，单击在弹出的窗口中设置模型的大小，单击确定第三步选择施加荷载模式... （二）实验结果 弹性模量图 第1步
第4步（开始破坏） 第7步（开始横向破坏） 第32步（彻底破坏） 第200步
最大剪应力图第1步
第4步（开始破坏） 第33步（彻底破坏） 第200步 最大主应力图
实验五 岩石单轴压缩实验(DOC)
实验五岩石单轴压缩实验 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。 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。 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 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 图5-2 试样轴向偏差度检测示意图 图5-3 电阻应变片粘贴
岩石力学试验报告
岩石力学实验指导书及实验报告 班级 姓名 山东科技大学土建学院实验中心编
目录 一、岩石比重的测定 二、岩石含水率的测定 三、岩石单轴抗压强度的测定 四、岩石单轴抗拉强度的测定 五、岩石凝聚力及内摩擦角的测定（抗剪强度 试验） 六、岩石变形参数的测定 七、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 g d 1 2-+= 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
中南大学ANSYS上机实验报告
ANSYS上机实验报告 小组成员：郝梦迪、赵云、刘俊 一、实验目的和要求 本课程上机练习的目的是培养学生利用有限单元法的商业软件进行数值计算分析，重点是了解和熟悉ANSYS的操作界面和步骤，初步掌握利用ANSYS建立有限元模型，学习ANSYS分析实际工程问题的方法，并进行简单点后处理分析，识别和判断有限元分析结果的可靠性和准确性。 二、实验设备和软件 台式计算机，ANSYS10.0软件 三、基本步骤 1）建立实际工程问题的计算模型。实际的工程问题往往很复杂，需要采用适当的模型在计算精度和计算规模之间取得平衡。常用的建模方法包括：利用几何、载荷的对称性简化模型，建立等效模型。 2）选择适当的分析单元，确定材料参数。侧重考虑一下几个方面：是否多物理耦合问题，是否存在大变形，是否需要网格重划分。 3）前处理（Preprocessing）。前处理的主要工作内容如下：建立几何模型（Geometric Modeling），单元划分（Meshing）与网格控制，给定约束（Constraint）和载荷（Load）。在多数有限元软件中，不能指定参数的物理单位。用户在建模时，要确定力、长度、质量及派生量的物理单位。在建立有限元模型时，最好使用统一的物理单位，这样做不容易弄错计算结果的物理单位。建议选用kg，N，m，sec；常采用kg，N，mm，sec。 4）求解（Solution）。选择求解方法，设定相应的计算参数，如计算步长、迭代次数等。 5）后处理（Postprocessing）。后处理的目的在于确定计算模型是否合理、计算结果是否合理、提取计算结果。可视化方法（等值线、等值面、色块图）显
岩石力学实验
专业：年级姓名 指导老师 《岩石力学》实验报告书 西南科技大学环境与资源学院中心实验室
试验1、岩石单向抗压强度的测定 一、仪器设备 材料试验机、游标卡尺。 二、标准试件规格：采用直接为50mm 的圆柱体，高径比为2 ：1；也可采用50×50×100mm 的长方体。 三、测定步骤： 1、 测试件尺寸（试件直径应在其高度中部两个互相垂直的方向量测，取算术平均值） 填入记录表内。 2、 选择压力机度盘：一般应满足0.2P ＜P max ＜0.8P 式中：P max ——预计最大破坏载荷，KN P ——压力机度盘最大值，KN 3、 开动压力机，使其处于可用状态，将试件置于压力机承压板中心，调整球形坐，使 试件上下受力均匀，0.5~1.0MPa 的速度加载直至破坏。 四、测定结果的计算： 试件的抗压强度： F P R 式中：R ——试件抗压强度，MPa P ——试件破坏载荷，N F ——试件面积，mm 2
试验2、岩石抗拉强度的测定（劈裂法） 一、仪器设备： 材料试验机、劈裂法实验夹具、游标卡尺。 二、试件规格 标准试件采用圆盘形，直径50mm 、厚25mm ；也可采用50×50×50mm 得方形试件。 三、测定步骤： 1、2同抗压强度相同。 3、通过试件直径的两端，沿轴线方向画两条互相平行的线作为加载基线，把试件放入夹具内，夹具上下刀刃对准加载基线，放入试验机的上下承压板之间，使试件的中心线和试验机的中心线在一条直线上。 4、开动试验机，以每秒0.03~0.05MPa 的速度加载直至破坏。 四、测定结果计算： DL P R L 14.32 式中：R L ——岩石单向抗拉强度，MPa P ——试件破坏载荷，N D ——试件直径，mm L ——试件厚度，mm 抗拉强度测定记录表
岩层实验报告
中国矿业大学矿业工程学院实验报告
《岩层控制》实验报告 实验一矿山岩体力学实验 注：包括岩石抗拉、抗压、抗剪三个内容。 岩石的抗拉强度试验 一、实验目的与要求 岩石在单轴拉伸载荷作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度。由于进行直接拉伸实验在准备试件方面要花费大量的人力、物力和时间，因此采用间接拉伸实验方法来测试岩石的抗拉强度。劈裂法是最基本的方法。 二、实验仪器 （1）钻石机或车床，锯石机，磨石机或磨床。 （2）劈裂法实验夹具，或直径2.0mm钢丝数根。 （3）游标卡尺（精度0.02mm），直角尺，水平检测台，百分表架和百分表。（4）材料实验机。 三、实验原理 图3-1显示的是在压应力作用下，沿圆盘直径y-y的应力分布图。在圆盘边缘处，沿y-y方向（σy）和垂直y-y（σx）方向均为压应力，而离开边缘后，沿y-y方向仍为压应力，但应力值比边缘处显著减少，并趋于平均化；垂直y-y方向变成拉应力。并在沿y-y的很长一段距离上呈均匀分布状态。虽然拉应力的值比压应力值低很多，但由于岩石的抗拉强度很低，所以试件还是由于x方向的拉应力而导致试件沿直径的劈裂破坏，破坏是从直径中心开始，然后向两端发展，反映了岩石的抗拉强度比抗压强度要低得多的事实。 χy r/R 0.5 -0.5x σyσx y 压缩拉伸应力值/MPa 160120804040 图3-1 劈裂实验应力分布示意图四、实验内容
(1) 了解试件的加工机具、检测机具，规程对精度的要求及检测方法； (2) 学会材料实验机的操作方法及拉压夹具的使用方法； (3) 学会间接测试岩石抗压强度及数据处理方法。 五、 实验步骤 （1） 测定前核对岩石名称和岩样编号，对试件颜色、颗粒、层理、裂隙、风 化程度、含水状态机加工过程中出现的问题进行描述，并填入记录表1-1内。 （2） 检查试件加工精度，测量试件尺寸，填入记录表内。 （3） 选择材料实验机度盘时，一般应满足下式：0.2 P 0< P max <0.8P 0 （4） 通过试件直径两端，沿轴线方向画两条互相平行的线作为加载基线。把试件放入夹具内，夹具上、下刀刃对准加载基线，用两侧夹持螺钉固定好试件，或用两根直径2.0mm 的钢丝放在加载基线上，钢丝间用橡皮筋固定。 （5） 把夹好试件的夹具或夹好钢丝的试件放入材料实验机的上、下承压板之间，使试件的中心线和材料实验机的中心线在一条直线上。 （6）开动材料实验机，施加数百牛载荷后，松开夹具两侧夹持螺钉，然后以0.03~0.05MPa/s 的速度加载，直至试件破坏。 （7）记录破坏载荷，对破坏后的试件进行摄影或描述。 六、 注意事项 （1） 记录试件的完整状态， （2） 选择合适的材料实验机及合适的实验机度盘值， （3） 夹具对试件的加载方向要与试件的轴线在一平面上， （4） 选择合适的加载速率。 七、 数据处理 表1-1 计算试件单向抗拉强度： R 1= 102?DL P π=5.98MPa 式中 R 1—试件的抗拉强度，MPa ； P —试件破坏载荷，kN; D —试件直径，cm; L —试件厚度，cm 。 八、误差分析 （1）试件自身各方面的影响； （2）系统误差；
岩石力学复习题及参考答案
中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案 岩石力学(专科) 一、名词解释： 1.岩体 2.围岩 3.稳定蠕变 4.柔性支护 5.塑性破坏 6.稳定蠕变 7.剪胀 8.长期强度 9.脆性破坏 10.端部效应 11.构造应力 12.松脱地压 13.非稳定蠕变 14.结构面充填度 15.变形地压 16.延性 17.蠕变 18.岩体结构 19.真三轴试验 20.扩容 21.剪胀率 二、问答题： 1.解释锚杆支护的挤压加固作用，并指出其适用条件。 2.说明不连续面的起伏对不连续面抗剪强度的作用，写出无充填规则齿状不连续面的抗剪强度表达式。 3.解释锚杆支护的组合作用，并指出其适用条件。 4.什么是常规三轴压缩试验？试指出在常规三轴试验中，随围压增大，岩石的抗压强度和变形特征。 5.解释断层和水对露天矿边坡稳定性的作用。 6.说明岩石单轴压缩试验中产生端面效应的原因，如何消除端部效应对试验结果的影响？ 7.岩石有哪些基本破坏方式？莫尔-库论理论和格里菲斯理论分别适用于哪种破坏方式？ 8.对岩石进行三轴压缩试验，试问在不同的围压条件下，岩石的变形性质、弹性模量和强度可能发生的变化是什么？ 9.简述采用喷射混凝土对巷道进行支护的力学作用。 10.如何根据岩石的单轴压缩试验曲线确定岩石的三种弹模？岩石的三种弹模分别反映岩石的什么特征? 11.岩石在普通试验机上进行单轴压缩试验，试问有哪几种典型的应力应变曲线形式（要求画出相应的曲线）？ 三、判断题： 1.图1所示为被一组节理切割的岩体所处的受力状态（应力圆）以及组成岩体的岩石的强度曲线（a ）和节理强度曲线（b ），图中节理面法线与最大主应力之间的夹角为α。试判别图中表示的分析结果是否正确。 [ ] a.岩体沿节理剪切破坏( ) b. 岩体沿节理剪切破坏( ) 图1 2.设计一条水平坑道断面如图2所示，其长轴与原岩应力分量p 平行，短轴与原岩应力分量q 平行。已知1/>q p 。这样的坑道断面布置将使围岩处于较好的应力状态或是不好的应力状态。 [ ]
岩体力学实验..
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。 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。 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 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 图5-2 试样轴向偏差度检测示意图 图5-3 电阻应变片粘贴
岩石力学
1、岩石的强度与矿物颗粒、胶结类型与程度的关系：1岩石的强度与矿物颗粒的关系包括两个方面：一是结晶程度和颗粒大小，岩石的结晶程度和颗粒大小对其抗压强度的影响是显著的。一般来说，结晶岩石比非结晶岩石强度高，细粒结晶的岩石比粗粒结晶的岩石强度高。二是矿物成分，不同矿物组成的岩石，具有不同的抗压强度，这是由于矿物本身的特点 2 岩石的强度与胶结类型与程度的关系：对沉积岩来说，胶结程度类型和胶结物类型对强度的影响很大。在胶结程度类型方面，分为基质胶结、接触胶结和孔隙胶结。基质胶结，岩石颗粒彼此不直接接触，完全受胶结物的包围，岩石强度取决于胶结物的性质；接触胶结，只有岩石颗粒接触的地方才有胶结物胶结，胶结一般不牢固，岩石强度低，透水性强；孔隙胶结，胶结物完全或部分的充填于岩石颗粒之间孔隙中，胶结一般较牢固，岩石强度和透水性较弱。在胶结物类型方面，石灰质胶结的岩石强度较低，而硅质胶结的具有很高的强度，泥质胶结的岩石强度最低。 2、碎屑质沉积岩非均质性与各向异性对岩石力学性质的影响：非均质性指组成不同，非均质岩石的力学特性由细观单元力学特性和其非均质特性共同决定，岩石的非均质性对其极限强度具有弱化影响；各向异性指储层岩石沿各个方向的物性、电性、热力学性质等不同。由于碎屑质沉积岩的各向异性明显，所以不能用常规的单轴抗压实验来测定岩石力学性态，而必须在一定的围压下（必要时还要考虑温度的作用）进行试验测定，通常采用的是三轴抗压试验 3、围压、液体介质对于砂岩强度的影响：对于砂岩，随着围压的增加，岩石的杨氏弹性模量、剪切模量和泊淞比均有一定程度的提高。液体介质的存在，减弱了岩石的胶结，从而降低了岩石的强度。 4、牙轮钻头与PDC 钻头破岩时岩石的破坏形式：牙轮钻头：冲击压力（动载）的作用下，岩石的三向压缩状态下发生剪切破坏，形成破碎坑；PDC钻头：钻压作用下切削吃入岩石，扭矩作用下的岩石发生剪切破坏。 5、弹性变形、塑性变形与蠕变的定义：弹性变形：弹性是指在一定的应力范围内，物体受外力作用产生变形，而去除外力（卸荷）后能够立即恢复其原有的形状和尺寸大小的性质。其产生的变形称为弹性变形。塑性变形：塑性是指物体受力后，在应力超过屈服应力时仍能继续变形而不即行断裂，撤去外力（卸荷）后，变形又不能完全恢复的性质。不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形、残余变形。蠕变：指在恒定荷载作用条件下，变形随时间逐渐增长的现象 6、蠕变过程根据应力状态的变化可将此蠕变过程划分为四个阶段。1瞬时变形：即常应力刚刚作用于岩石试件上就出现的弹性应变。2初始蠕变或阻尼蠕变，也称第一蠕变阶段：对应着区域Ⅰ。在此区域应变ε最初随时间增长较快，但增长速率随时间逐渐降低。这个过程可能伴随着“稳定的”微裂隙以逐渐减小的速率慢慢扩展;3稳态蠕变或等速蠕变，也称第二蠕变阶段：对应着区域Ⅱ。在此区域曲线有近似常数的斜率，即应变随时间呈近于等速的增长；4加速蠕变（第三蠕变阶段：对应着区域Ⅲ。其应变速率加快并迅速导致破坏。这个过程可能伴随着“不稳定的微裂隙的快速张开。 7、蠕变对于钻井工程的影响井径缩小的影响及其措施－钻柱遇阻、下套管遇阻；安全施工时间段－加速蠕变前完成下套管、注水泥作业；套管抗外挤载荷的确定－考虑上覆岩层压力为最大外挤载荷 8、三轴应力试验方法模拟地层应力环境、温度条件下的试验测试，将圆柱状的岩样置于一个高压容器中，首先用液压使其四周处于均匀压缩的应力状态，然后保持此压力不变，对岩样进行纵向加载，直到破坏，记录下纵向的应力和应变关系曲线，获得地层条件下的岩石力学性质，强度特征，变形特征 9、摩尔强度准则：材料在极限状态下，剪切面上的剪应力就达到了随法向应力和材料性质而定的极限值时，发生破坏。也就是说，当材料中一点可能滑动面上的剪应力超过该面上的剪切强度时，该点就产生破坏，而滑动面的剪切强度［τ］又是作用于该面上法向应力σ的函数。三向压应力作用下，岩石出现剪切破坏，且仅与最大、最小主应力相关；最大最小主应力差值到达极限，摩尔圆与强度曲线相切，出现破坏；强度曲线－滑动面的剪切强度［τ］是作用于该面上法向应力σ的函数。 10、库伦－摩尔强度准则：三向应力作用下，岩石出现剪切破坏，且仅与最大最小主应力有关，岩石内任一点发生剪切破坏时，破坏面上的剪应力(τ)应等于或大于材料本身的固有强度(C)和作用于该面上由法向应力σ引起的摩擦阻力之和。 11、应用密度测井的垂直地应力计算中如何考虑地层压力的影响？水平地应力的来源与 计算？出现最大、最小水平地应力的原因： 垂直地应力来源于上覆岩层压力，还受地层 压力的影响。水平地应力：垂直地应力作用 下岩体受到位移约束，产生水平地应力分量， 且与泊淞比有关。还受到构造应力的影响。 水平地应力为构造地应力和垂直地应力产 生，构造地应力在不同方向上大小不同，所 以产生最大最小水平地应力 12、水力压裂试验测试方法及典型测试曲线 确定最小水平地应力、抗拉强度方法:水力压 裂裂缝面垂直于最小主应力;对于垂直裂缝 面，破裂压力为水力压裂试压时的最高压力; 已经压开地层形成人工裂缝后，停泵再次压 开地层的压力为闭合压力，其等于最小水平 地应力;破裂压力=闭合压力+岩石的抗拉强 度 1破裂压力Pf :压力最大之点，反映了液压 克服地层的抗拉强度使其破裂，形成井漏， 造成压力突然下降。 2 延伸压力 Ppro ，压 力趋于平缓的点，为裂隙不断向远处扩展所 需的压力。3瞬时停泵压力Ps ：当裂缝延伸 到离开井壁应力集中区，进行瞬时停泵，从 压降曲线找出裂缝的闭合压力Ps.此时，Ps 与最小水平地应力相平衡。4裂缝重张压力 Pr ，瞬时停泵后重新开泵向井内加压。使闭 合的裂缝重新张开。由于张开闭合裂缝所需 的压力 Pr 与破裂压力Pf相比不需克服岩 石的拉伸强度， 因此可以认为破裂层的拉伸强度等于这两个 压力的差值，即有: St=Pf-Pr。因此，只要 通过破裂压力试验测得地层的破裂压力、瞬 时停泵压力和裂缝重张压力，结合地层孔隙 压力的测定，利用1、2、3式即可以确定出 地层某深处的最大、最小水平主地应力:① St=Pf-Pr②σh = Ps③σH=3σh-Pf-αPp+St 13、声发射（凯赛尔）实验测试与确定地应 力的原理和方法：原理：岩石的声发射现象 最重要的特征是七对受过的应力履历的一种 记忆效应，这种效应称为凯赛尔效应。声发 射活动的频率和振幅与应力有一定的关系， 岩石受力发生微破裂，微破裂发生的频率随 着应力的增加而增加，在单调增加应力作用 下，当应力达到过去已施加过的最大应力时， 声发射现象明显增加。在声发射信号随载荷 的变化曲线上找出声信号突然明显增加处， 记录下此处的载荷，即为岩石在该地下该方 向上所受的地应力。方法：通过定向取心、 古地磁定向等，测试岩心水平面不同方向的 凯赛尔应力点即可确定最大最小水平地应 力，也可通过水平面与垂直方向凯赛尔实验 测试确定三个地应力的大小 14、声波测井资料确定地层孔隙压力的原理 与方法：泥质沉积物不平衡压实造成的地层 前压实并产生异常高压，正常压实情况下， 泥质沉积物的垂直有效应力随着埋深的增加 而逐渐增大，孔隙度减小，对于欠压实泥页 岩地层，孔隙度比正常压实情况偏大，即偏 离了正常压实曲线，按照不平衡压实造成地 层欠压实并产生高压的机制，则认为该处存 在异常高压。方法：声波时差测井 15、泥页岩地层井壁失稳：泥页岩地层岩石 强度低，抗剪切强度很低；水基泥浆为常用 泥浆体系，粘土水化膨胀促使岩石强度降低， 局部压应力增大；井壁岩石的应力状态发生 变化，低营地最大主应力大于原始地应力， 由于是非渗透泥页岩，地应力最小主力为井 筒内的液柱压力，最大最小主应力差增大， 可能出现剪切破坏。 16、井壁失稳影响因素：影响因素：水化膨 胀是主因－泥页岩粘土含量与成份、泥浆的 抑制性；力学方面 －泥浆密度、井内波动压力的影响等 17、坍塌压力对于井壁稳定的重要性：坍塌 应力是指水基泥浆钻井条件下，泥页岩地层 保持井壁稳定所需要的最小泥浆液柱压力， 通常用当量密度表示。坍塌应力的确定需要 考虑井壁应力条件下岩石的抗剪切强度，通 常最大主应力为垂直地应力或最大水平地应 力，井筒形成后对于非渗透的泥页岩地层， 井壁岩石最小主应力为井筒液柱压力，从力 学角度，为防止井壁岩石发生三向压缩状态 下的剪切破坏，实际泥浆密度应大于坍塌应 力的当量密度 18、水力压裂中砂岩地层破裂压力与地应力、 岩石强度的关系：砂岩地层破裂压力=裂缝重 张压力+岩石抗拉强度。裂缝重张压力，瞬 时停泵后重新开泵向井内加压。使闭合的裂 缝重新张开。由于张开闭合裂缝所需的压力 与破裂压力相比不需克服岩石的拉伸强度， 因此可以认为破裂层的拉伸强度等于这两个 压力的差值，即有St=Pf-Pr 19、低强度地层出砂的原因：上覆岩层压力 石油岩石骨架与岩石内流体压力共同承担 的，由于地层压力降低，施加在岩石骨架上 的压力就越来越大，当茶果地层抗压强度时， 地层就会发生破坏而造成出砂。 20、地层天然裂缝与地应力的关系：天然裂 缝通常是指由于构造运动，在历史地应力作 用作用下，地层岩石产生破坏形成的裂 缝。一般可以分为：显裂缝，微裂缝，成岩 缝，层理缝。形式上可以分为：垂直缝、高 角度缝、低角度缝、水平缝。现今地应力与 历史地应力相关，多为垂直缝和高角度缝， 天然裂缝面也通常垂直于最小水平地应 力。
岩石力学课程复习资料(1406)
《岩石力学》课程复习资料 一、名词解释： 1.岩体 2.围岩 3.稳定蠕变 4.柔性支护 5.塑性破坏 6.稳定蠕变 7.剪胀 8.长期强度 9.脆性破坏 10.端部效应 11.构造应力 12.松脱地压13.非稳定蠕变 14.结构面充填度 15.变形地压 16.延性 17.蠕变 18.岩体结构19.真三轴试验 20.扩容 21.剪胀率 二、问答题： 1.解释锚杆支护的挤压加固作用，并指出其适用条件。 2.说明不连续面的起伏对不连续面抗剪强度的作用，写出无充填规则齿状不连续面的抗剪强度表达式。 3.解释锚杆支护的组合作用，并指出其适用条件。 4.什么是常规三轴压缩试验？试指出在常规三轴试验中，随围压增大，岩石的抗压强度和变形特征。 5.解释断层和水对露天矿边坡稳定性的作用。 6.说明岩石单轴压缩试验中产生端面效应的原因，如何消除端部效应对试验结果的影响？ 7.岩石有哪些基本破坏方式？莫尔-库论理论和格里菲斯理论分别适用于哪种破坏方式？ 8.对岩石进行三轴压缩试验，试问在不同的围压条件下，岩石的变形性质、弹性模量和强度可能发生的变化是 什么？ 9.简述采用喷射混凝土对巷道进行支护的力学作用。 10.如何根据岩石的单轴压缩试验曲线确定岩石的三种弹模？岩石的三种弹模分别反映岩石的什么特征? 11.岩石在普通试验机上进行单轴压缩试验，试问有哪几种典型的应力应变曲线形式（要求画出相应的曲线）？ 三、判断题： 1.图1所示为被一组节理切割的岩体所处的受力状态（应力圆）以及组成岩体的岩石的强度曲线（a）和节理 强度曲线（b），图中节理面法线与最大主应力之间的夹角为α。试判别图中表示的分析结果是否正确。[ ] a.岩体沿节理剪切破坏( ) b. 岩体沿节理剪切破坏( ) 图1 2.设计一条水平坑道断面如图2所示，其长轴与原岩应力分量p平行，短轴与原岩应力分量q平行。已知 1 /> q p。这样的坑道断面布置将使围岩处于较好的应力状态或是不好的应力状态。 [ ] p 图2 3.岩石的基本破坏方式有( )和( )；莫尔理论适用于( )，格里菲斯理论适用于( )。 [ ]