岩石力学实验指导书

...wd...岩石力学实验指导书修订版前 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构造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，欢送读者批评指正。

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，凸出的边棱局部必须进展处理；试样数量，每组取3个1.3试样描述〔1〕岩石名称、颜色、构造、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〕烘箱和枯燥器〔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，去除试样上的尘土和松动颗粒，称其质量〔2〕将试样置于烘箱中，在105～110°C的温度下烘24h，取出后，即放入枯燥器内，冷却至室温后称重1.5.2岩石的吸水率及饱和吸水率〔1〕去除试样上的尘土和松动颗粒〔2〕将试样置于烘箱中，在105～110°C的温度下烘24h，取出后，即放入枯燥器内，冷却至室温后称重〔3〕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1/2和3/4处，6h后全部浸没试样〔4〕试样在水下自由吸水48h，取出后擦去外表水分，称重〔5〕用煮沸法或真空抽气法对试样进展强制饱和〔6〕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，煮沸时间不应少于6h。

〔7〕采用真空抽气法饱和试样时，抽气的真空度须到达740mm以上的水银柱负压力，抽气时间不得少于4h，或者抽至不再发生气泡为止〔8〕经过煮沸法或真空抽气的试样，应放置在原容器中冷却至室温或在正常压力下静置4h，然后擦去外表水分，称重1.6成果整理和计算〔1〕按以下诸式计算岩石天然含水率、吸水率、饱和吸水率和开型空隙率式中：、、——岩石天然含水率、吸水率、饱和吸水率，〔%〕；、、、、、——岩石天然质量、烘干质量、浸水48h质量和强制饱和质量，〔g〕；〔2〕计算值取小数点以后两位表1-1 岩石天然含水率、吸水率和饱和吸水率记录表工程名称__________岩石名称试样编号烘干质量〔g〕天然质量〔g〕试 样全部浸水48小时后质量〔g〕试样煮沸或真空抽气后质量〔g〕天然含水率〔%〕吸水率〔%〕饱 和吸 水 率〔%〕备注班 级 组 别 日 期试验者 计算者 二、岩石比重(颗粒密度)试验2.1概述岩石比重试验是试样干重与同体积4°C时的蒸馏水重量的比值〔岩石颗粒密度是岩石固相物质的质量与体积的比值，在数值上与比重一样〕。

本指导书主要介绍采用比重瓶法测定岩石比重除含有水溶性矿物的岩石用煤油测定外，其余岩石均采用蒸馏水测定，采用煤油测定时的方法与采用蒸馏水测定的方法一致 2.2试样制备〔1〕用于测定比重的试样需破碎成岩粉，使之全部通过0.25mm筛孔〔2〕对于非磁性岩石，采用高强度耐磨的优质钢磨盘粉碎，并用磁铁块吸去铁屑〔3〕对于磁性岩石，根据岩石的坚硬程度，分别采用磁研体或玛瑙研体粉碎样品2.3试样描述试样粉碎前的描述，包括：岩石名称、颜色、构造、矿物成分、颗粒大小和胶结物性质2.4主要仪器设备〔1〕粉碎机，研体，孔径为0.25mm筛〔2〕称重为200g，感量0.001g的天平 〔3〕烘箱和枯燥器〔4〕真空抽气机和煮沸设备〔5〕恒温水槽和砂浴〔6〕容积100ml或50ml的比重瓶2.5试验程序〔1〕将制备好的试样，置于105～110°C下烘12h，然后放在枯燥器内冷却至室温〔2〕将比重瓶置于105～110°C下烘12h，然后放在枯燥器内冷却至室温〔3〕将比重瓶编号，并称其质量〔4〕用四分法取两个试样，每个试样15g左右〔用100ml比重瓶〕或10g左右〔用50ml比重瓶〕〔5〕将取好的试样通过漏斗倒入编好号码的比重瓶内，然后称比重瓶和试样的质量。

〔6〕向比重瓶内注入蒸馏水至比重瓶容积的一半处〔7〕采用煮沸法或真空抽气法排除气体〔8〕采用煮沸法排除气体时，煮沸时间在加热沸腾以后，不得少于1h〔9〕采用真空抽气法排除气体时，抽气的真空度须到达740mm以上的水银柱负压力，抽气时间维持1～2h，或抽至不再发生气泡为止〔10〕不管采用煮沸法或真空抽气法排除试样气体时，均按同样的方法配制未放试样的蒸馏水〔11〕试样排气之后，把煮沸或经真空抽气的蒸馏水注入比重瓶至近满，然后置于恒温水槽内，使瓶内温度保持稳定并使上部悬液澄清〔12〕塞好瓶塞，使多余水分自瓶塞毛细孔中溢出，将瓶外擦干，称瓶、水、试样合重〔13〕倒掉试液，洗净比重瓶注入与〔11〕项中同温度的蒸馏水至满，按〔11〕、〔12〕两款称瓶、水合重〔14〕本试验称重精度，要求准确至0.001g2.6成果整理和计算2.6.1按下式计算岩石比重式中：—— 岩石比重；——试样干重〔g〕；——瓶、水合重〔g〕;——瓶、水、试样合重〔g〕；——与试验温度同温的蒸馏水的比重2.6.2蒸馏水的比重，按以下方法求得：表2-1t°C下蒸馏水的比重D0值t°CD0t°CD0t°CD0t°CD0t°CD041．000000110．999633180．998623250．997074320．99505450．999992120．999525190．998433260．996813330．99473160．999968130．999404200．998232270．996542340．99439970．999930140．999271210．998021280．996262350．99405980．999876150．999127220．997799290．99597490．999809160．998970230．997567300．995676100．999728170．998802240．997326310．995369注 ： 一般试验计算时采用小数点以后三位数，第四位四舍五入。

表2-2岩 石 比 重 试 验 记 录 表试样编号瓶号瓶质量瓶+试样质量试样质量 (g)瓶+水+试样质量 (g)瓶+水质量 (g)水温(℃)蒸馏水的比重 比重班 级 组 别 日 期试验者 计算者 三、岩石密度试验3.1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展测定的岩石，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展测定3.2试样制备3.2.1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工程的规定。

〔3〕每组试验须制备3个试样，它们须具有充分的代表性3.2.2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，撤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3.3试样描述〔1〕岩石名称、颜色、构造、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3.4主要仪器设备3.4.1量积法〔1〕钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备〔2〕烘箱和枯燥器〔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3.4.2腊封法〔1〕烘箱和枯燥器〔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3.5试验程序3.5.1量积法〔1〕试样两端和中间三个断面，测量其互相垂直的两个直径或边长，计算平均值〔2〕测量均匀分布于周边的四点和中间点的五个高度，计算平均值〔3〕将试样置于烘箱中，在105～110°C的温度下烘24h，取出后，即放入枯燥器内，冷却至室温后称重〔4〕本试验要求量测准确至0.01mm，称重准确至0.01g3.5.2腊封法〔1〕将试样置于烘箱中，在105～110°C的温度下烘24h，取出后，即放入枯燥器内，冷却至室温后称重。

〔2〕用丝线缚住试样，置于温度60°C左右的熔化石蜡中1～2s，使试样外表均匀涂上一层腊膜，其厚度约1mm左右蜡封好后，发现有气泡时，用热针刺穿并用腊涂平孔口，然后称试样重〔3〕将蜡封试样置于水中称重，然后取出擦干外表水分，在空气中称重如蜡封试样浸水后的重量大于浸水前的重量，应重做试验〔4〕本试验所有称重均准确至0.01g3.6成果整理和计算〔1〕用量积法测定试样密度，按下式计算式中：——岩石烘干密度〔g/cm3〕；——试样烘干重量〔g〕；——平均面积〔cm2〕；——平均高度〔cm〕〔2〕用腊封法测定试样容重，按下式计算：式中：——岩石烘干密度〔g/cm3〕；——试样烘干重量〔g〕；——蜡封试样在空气中重量〔g〕；——蜡封试样在水中重量〔g〕；——石蜡密度〔g/cm3〕〔石蜡容重可用水中称重法测定，参见11节〕〔3〕如需天然密度时，可按下式计算：式中：——岩石天然密度〔g/cm3〕——岩石的天然含水量〔%〕〔4〕根据实测岩石比重和容重，按下式计算总孔隙率：式中：——岩石总孔隙率〔%〕；〔5〕计算值取小数点以后两位表3-1密度试验记录表〔量积法〕工程名称___________岩石名称试 样编 号试 样 尺 寸 〔cm〕试样体积(cm3)烘干试 样重量〔g〕岩石 密度 (g/cm3)备 注直 径 或 边 长高 度平均值平均值班 级 组 别 日 期试验者 计算者 表3-2密度试验记录表〔腊封法〕工程名称___________岩石名称试样编号试样重量〔g〕天然含水量(%)封蜡试样重量〔g〕蜡封试 样体积(cm3)蜡体积(cm3)试 样体 积(cm3)岩石 密度(g/cm3)岩石天然密度(g/cm3)备注天然含水状态烘干状态空气中水中班 级 组 别 日 期试验者 计算者 四、岩石耐崩解试验4.1概述岩石耐崩解试验是测定试样在经过枯燥和浸水两个标准循环后，试样残留的质量与原质量之比，以百分数表示。

4.2试样备制 〔1〕在现场采取保持天然含水量的试样并密封〔2〕试样制成每块质量为40～60g的浑圆形岩块，每组试验试样数量10个4.3试样描述岩石名称、颜色、矿物成分、构造、构造、风化程度、胶结物性质等4.4仪器设备〔1〕烘箱及枯燥器〔2〕天平，称量大于1000g，感量0.01g〔3〕耐崩解试验仪，见图1〔仪器主要由筛筒、水槽、马达三局部组成，筛筒是一个净长100mm，直径140mm，标准筛孔2.0mm的圆柱体，筛筒有足够的强度且耐温105°C；水槽装有由水平轴支撑并能自由旋转的试验圆筒；马达传动能使圆筒按20r/min的速度旋转〕图1 岩石耐崩解试验装置示意图4.5试验程序〔1〕将试样装入试验仪的圆柱状筛筒内，在105～110°C的温度下烘24h后，在枯燥器内冷却至室温〔2〕将装有试样的圆柱状筛筒放在水槽上，向水槽内注入清水，使水位在转动轴下约20mm，在10min内圆筒旋转200次而后将筛筒和残留的试样在105～110°C的温度下烘24h,在枯燥器内冷却至室温称量〔3〕重复第二款的程序，求得第二循环后的筛筒和残留物的质量〔4〕必要时按第二款的程序进展五个循环〔5〕试验过程中，水温应保持在20±2°C范围内。

〔6〕试验完毕后，应对残留试样和水的颜色及水中沉积物进展描述〔7〕本试验称量准确至0.01g4.6试验成果整理〔1〕按下式计算岩石耐崩解性指数式中：——岩石〔二次循环〕耐崩解性指数〔%〕；——原试样烘干质量〔g〕；——残留试样烘干质量〔g〕〔2〕计算准确至0.1%〔3〕耐崩解试验的记录，应包括岩石名称、试样编号、试样描述、水的温度、试样试验前后的烘干质量见表4-1表4-1 岩石耐崩解试验记录表工程名称___________岩石名称试样编号循环次数试样描述烘干质量〔g〕水温〔°C〕试验前试验后试验前试验后班 级 组 别 日期 试验者 计算者 五、岩石膨胀试验5.1概述〔1〕岩石膨胀试验包括岩石自由膨胀率试验、岩石膨胀率试验和岩石膨胀压力试验〔2〕岩石自由膨胀率是不易崩解的岩石试样在浸水后产生的径向和轴向变形与试样的原直径和高度之比。

以百分数表示〔3〕岩石膨胀率是岩石试样在有侧限条件下，轴向受有限荷载时，浸水后产生的轴向变形与试样的原高度之比以百分数表示〔4〕岩石膨胀压力是岩石试样在浸水后保持原形体积不变所需要的压力5.2试样备制5.2.1取样试样应在现场采取，并保持天然含水状态严禁用爆破或湿钻法取样5.2.2试样尺寸〔1〕自由膨胀率试验的试样，圆柱形，直径50mm或61.8mm，高等于直径；正方形试样的边长50～60mm，两端面不平行度不大于0.05mm〔2〕膨胀率和膨胀压力试验的试样直径61.8mm，高度20±0.2mm，两端面不平行度不大于0.05mm5.2.3其它要求〔1〕干法制样时，天然含水量的变化不得超过1%〔2〕每组试样的数量不得少于3件5.3试样描述〔1〕岩石名称、颜色、矿物成分、构造、构造、风化程度、胶结物性质等〔2〕膨胀变形和加载方向分别与层理、片理、节理裂隙之间的关系〔3〕试样加工方法5.4仪器和设备〔1〕钻石机、切石机、磨石机〔2〕测量平台〔3〕膨胀试验仪〔自由膨胀率仪如图2、膨胀率仪、膨胀压力试验仪如图3〕图2 自由膨胀试验装置示意图图3 膨胀压力试验装置示意图5.5试验程序5.5.1自由膨胀率试验1、仪器安装〔1〕将试样放入自由膨胀率仪内，在试样的上下分别放置透水板，顶部放置一块金属板。

〔2〕在试样的上部和四侧对称的中心部位分别安装千分表，四侧千分表与试样接触处，宜放一块薄铜片2、试验及稳定标准〔1〕读计千分表读数，每10min读计一次，直至三次读数不变〔2〕缓慢的向盛水器内注入纯水，直至淹没上部透水板〔3〕在第一小时内每隔10min测读变形一次，以后每隔1h测读变形一次，直至三次读数差不大于0.001mm为止浸水后试验时间不得少于48h〔4〕试验过程中，应保持水位不变水温变化不得大于2°C3、试验过程中及试验完毕后，应详细描述试样的崩解、掉块、外表泥化或软化等现象5.5.2膨胀率试验1、仪器安装〔1〕将试样放入涂有凡士林的金属套环内，在试样的上下分别放置薄型滤纸和透水板〔2〕顶部放置固定金属荷载块并安装垂直千分表2、试验及稳定标准同5.5.1中的第2条3、试验完毕后应详细描述试样的泥化或软化等现象5.5.3膨胀压力试验1、仪器安装〔1〕将试样放入涂有凡士林的金属套环内，在试样的上下分别放置薄型滤纸和金属透水板，其上放置金属压板〔2〕安装压力传感器，并装上中心杠杆千分表〔3〕应使仪器各部位和试样在同一轴线上，不得出现偏心荷载2、试验及稳定标准〔1〕对试样施加0.01MPa的压力，测千分表的读数，每10min读数一次，直至三次读数值不变，并记录千分表读数。

〔2〕缓慢的向盛水器内注入纯水，直至淹没上部透水板观测中心杠杆千分表的变化，当变形量大于0.001mm时，调节所施加的压力，保持中心杠杆千分表读数值在整个试验过程中始终不变〔3〕稳定标准为：开场每隔10min读数一次，连续三次读数差小于0.001mm时，改为每1h读数一次，当每1h读数连续三次读数差小于0.001mm时，可改为每2h读数一次，当连续三次读数差小于0.001mm时，可认为稳定，浸水后总试验时间不得少于48h〔4〕试验过程中，应保持水位不变水温变化不得大于2°C3、同5.5.2中的第3条5.6试验成果整理〔1〕按下式计算岩石自由膨胀率、膨胀率、膨胀压力式中：—— 岩石轴向自由膨胀率〔%〕；——岩石径向自由膨胀率〔%〕；——岩石侧向约束轴向膨胀率〔%〕；——岩石膨胀压力〔MPa〕；——试样轴向变形(mm)；——试样原高度(mm)；——试样径向平均变形(mm)；——试样原平均直径或边长(mm)；——侧向约束试样轴向变形〔mm〕；——轴向膨胀力〔N〕；——试样截面积〔mm2〕〔2〕计算值取三位有效数字〔3〕膨胀性试验的记录应包括：工程名称、试样编号、试样描述、试样尺寸、温度〔4〕此外还应包括：自由膨胀率试验的记录还应包括试验的时间、轴向与径向变形；膨胀率试验的记录还应包括试验的时间、轴向变形；膨胀力试验的记录还应包括试验的时间、轴向变形，应变仪读数及压力传感器率定系数。

六、岩石冻融试验6.1概述岩石的冻融试验是指岩石在±25℃的温度区间内，反复降温、冻结、升温、融解，其抗压强度有所下降，岩石试件冻融前的抗压强度与冻融后的抗压强度的比值，即为抗冻系数6.2试样制备〔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4.8～5.2cm高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm对于非均质的粗粒构造岩石，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=2:1～2.5:1〔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0.25度6.3试样描述试验前的描述，应包括如下内容：〔1〕岩石名称、颜色、构造、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6.4主要仪器设备〔1〕钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。

〔2〕游标卡尺、天平〔称量大于500g，感量0.01g〕，烘箱和枯燥箱，水槽、煮沸设备〔3〕低温试验箱6.5试验程序〔1〕岩石试件的枯燥、吸水、饱和处理应符合1.5.2条款规定〔2〕取三块饱和试件进展冻融前的单轴抗压强度试验〔3〕将另外三块试件放入铁皮盒内，一起放入低温试验箱中，在-20±2℃温度下冷冻4h，然后取出铁皮盒，望盒内注入水浸没试件，水温应保持在20±2℃，融解4h，即为一个循环〔4〕根据工程需要确定冻融的次数，以20次为宜，严寒地区不少于25次〔5〕冻融完毕后，从水中取出岩石试件，擦开外表水分并称量，进展单轴抗压强度试验6.6成果整理和计算〔1〕冻融质量损失率、冻融系数计算公式：式中：——冻融质量损失率，〔%〕；——冻融前的饱和单轴抗压强度，〔MPa〕;——冻融后的饱和单轴抗压强度，〔MPa〕;——冻融系数；——冻融试验前试件的饱和质量，〔g〕；——冻融试验后试件的饱和质量，〔g〕；——冻融前饱和试件破坏载荷，〔N〕；——冻融后饱和试件破坏载荷，〔N〕；——冻融试验后饱和单轴抗压强度，〔MPa〕；——冻融试验前饱和单轴抗压强度，〔MPa〕；〔2〕计算结果保存三位有效数字〔3〕试验记录应包括工程名称、岩石名称、取样地点、试验人员、试验日期等信息。

岩石力学性质试验七、岩石单轴抗压强度试验7.1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，也可同时进展变形试验不同含水状态的试样均可按本规定进展测定，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6h7.2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4.8～5.2cm高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm对于非均质的粗粒构造岩石，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=2:1～2.5:1〔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0.25度7.3试样描述试验前的描述，应包括如下内容：〔1〕岩石名称、颜色、构造、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7.4主要仪器设备7.4.1试样加工设备钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备7.4.2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〕，烘箱和枯燥箱，水槽、煮沸设备7.4.3加载设备压力试验机压力机应满足以下要求：〔1〕有足够的吨位，即能在总吨位的10%～90%之间进展试验，并能连续加载且无冲击〔2〕承压板面平整光滑且有足够的刚度，其中之一须具有球形座承压板直径不小于试样直径，且也不宜大于试样直径的两倍如大于两倍以上时需在试样上下端加辅助承压板，辅助承压板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7.5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7.6成果整理和计算按下式计算岩石单轴抗压强度式中：——岩石单轴抗压强度〔MPa〕；——最大破坏载荷〔N〕；——垂直于加载方向的试样横截面积〔mm2〕试验结果按表7-1记录表7-1 岩石单轴抗压强度试验记录表 工程名称______________试验时间_____年___月___日岩石名称试样编号受力方向含水状态试 样 尺 寸最大破坏载 荷(N)单轴抗压强 度(MPa)备 注直 径 (mm)高 度 (mm)横截面积(mm2)试 样 描 述 班 级 组 别 试验者 计算者 八、岩石压缩变形试验8.1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展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展计算根据需要也可以求任何应力下的泊松比8.2试样备制试样备制方法和精度要求见7.28.3试样描述试样描述见7.38.4主要仪器设备〔1〕制样设备、检查仪器和压力机要求见7.4〔2〕电阻应变片、粘结剂、万用表等〔3〕电阻应变仪〔或数据采集器〕、压力传感器、引伸仪等除用电阻应变仪外，也可用精度能到达0.1%和量程能满足变形测定需要的其他仪表岩石试件轴向应变片横向应变片图4 岩石试件贴电阻应变片示意图 图5 试件连接静态应变仪示意图8.5试验程序〔1〕选择电阻片，电阻片质量应符合产品要求，电阻丝的长度应大于组成试样的矿物最大粒径或斑晶的10倍以上同一试样用的工作片和补偿片的电阻值应不超过±0.2欧姆〔2〕电阻片应贴在试样高度的中部，每个试样贴纵向〔轴向〕和圆周向电阻片各2片，沿圆周向对称布置，贴片处应尽量避开显著的裂隙、特大的矿物颗粒或斑晶试样贴片前用零号砂纸打磨，用丙酮或酒精将贴片处擦洗干净，防止污染〔如图4所示〕。

〔3〕贴片用的胶，一般情况下可用502快速粘结剂，914粘结剂等脆性胶；饱和试样还需配置防潮胶液〔4〕将贴好片的试样置于压力机上，对准中心，以全桥或半桥的方式联入应变仪〔或数据采集器，如图5所示〕，接通电源以每秒0.5～0.8MPa的加载速度对试样加载，直至破坏〔5〕在施加载荷的过程中，由数据采集系统同步记录各级应力及其相应的纵向和横向应变值为了绘制应力~应变关系曲线，记录的数据应尽可能多一些，通常不少于10组数据〔6〕描述试样的破坏形式，并记下与试验有关的的情况试验记录格式见表8-18.6试验成果整理和计算8.6.1计算各级应力下的应变值〔1〕分别将纵向、横向各二片的数值进展平均，求得纵向、横向应变，〔也可试验前将二片串联，直接测得纵向、横向应变值〕〔2〕用下式计算体积应变值：式中：——某一应力下的体积应变值；——某一应力下的纵向应变值；——某一应力下的横向应变值〔3〕绘制应力～应变曲线图，如图6所示图6 岩石压缩应力应变关系曲线8.6.2计算弹性模量和泊松比〔1〕在纵向应变曲线上，做通过原点与应力相当于50%抗压强度处的应变点的连线，其斜率即为所求的弹性模量〔或称割线模量〕式中：——弹性模量〔MPa〕；——相当于50%抗压强度的应力值〔MPa〕；——应力为抗压强度50%时的纵向应变值。

〔2〕取应力为抗压强度50%时的横向应变值和纵向应变值计算泊松比式中：——泊松比；——应力为抗压强度50%时的横向应变值；——应力为抗压强度50%时的纵向应变值8.6.3计算岩石单轴抗压强度式中：——岩石单轴抗压强度〔MPa〕；——最大破坏载荷〔N〕；——垂直于加载方向的试样横截面积〔mm2〕8.6.4计算值取值弹性模量取至百位数；泊松比取至小数点以后两位；单轴抗压强度取至整数位表8-1 岩石变形试验记录表 工程名称 试样直径〔mm〕 = 〔MPa〕 岩石名称 试样高度〔mm〕= 试样编号 试样面积〔mm2〕= 〔MPa〕载荷〔N〕应力〔MPa〕纵向应变横向应变体积应变备 注班 级 组 别 日期 试验者 计算者 九、岩石抗拉强度试验〔巴西法〕9.1概述巴西法〔劈裂法〕是在圆柱体试样的直径方向上，施加相对的线性载荷，使之沿试样直径方向破坏的试验〔如图7〕。

本方法可用于测烘干、自然枯燥、饱和的试样本方法不适用于软弱岩石9.2试样备制〔1〕试样可用钻孔岩芯或岩块，在取样和试样制备过程中，不允许人为裂隙出现〔2〕采用圆柱体作为标准试样，直径为5cm，高度为直径的0.5～1.0倍试样尺寸的允许变化范围不宜超过5%〔3〕对于非均质的粗粒构造岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许使用非标准试样，但高径比必需满足标准试样的要求〔4〕试样个数视所要求的受力方向或含水状态而定，一般情况下至少制备3个〔5〕试样制备精度整个厚度上，直径最大误差不应超过0.1mm两端不平行度不宜超过0.1mm端面应垂直于试样轴线，最大偏差不应超过0.25度9.3试样描述试样描述同7.39.4主要仪器设备〔1〕试样加工设备、量测工具与有关仪器详见7.4〔2〕加载设备：压力试验机应符合7.4的规定，因岩石的抗拉强度远低于抗压强度，为了提高试验精度，所以选择压力试验机的吨位不宜过大半球座〔3〕垫条：在岩石劈裂试验中，目前国内外规程中，有加垫条、劈裂压模、不加垫条三种，《水利电力规程》建议采用电工用的胶木板或硬纸板，其宽度与试样直径之比为0.08～0.1；《国际岩石力学学会》建议采用压模，压模圆弧直径为试样直径的1.5倍〔如图7〕；日本、美国等矿业规程建议采用不加垫条，使试样与承压板直接接触。

三种方法相比，最后一种比拟简单所以用的较广泛下加载鄂试件上加载鄂图7 岩石抗拉强度测定示意图9.5试验程序〔1〕根据所要求的试样状态准备试样〔2〕将试样平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载〔3〕以每秒0.3～0.5MPa的加载速度加荷，直到试样破坏为止，并记录最大破坏载荷〔4〕观察试样在受载过程中的破坏开展过程，并记录试样的破坏形态表9-1 岩石劈裂法试验记录表 工程名称________岩石名称试样编号受力方向含水状态试 样 尺 寸破坏最大载 荷 (N)岩石抗拉强 度(MPa)备 注平均直径〔mm〕平均厚度 (mm)劈裂面积〔mm2〕试 样 描 述班 级 组 别 日期 试验者 计算者 9.6成果整理和计算〔1〕按下式计算岩石的抗拉强度式中：——岩石的抗拉强度〔MPa〕；——试样破坏时的最大载荷〔N〕；——试样直径(mm)；——试样厚度(mm)。

计算值取至小数点以后一位十、岩石抗剪强度试验(变角剪切)10.1概述标准岩石试样在有正应力的条件下，剪切面受剪力作用而使试样剪断破坏时的剪力与剪断面积之比，称为岩石试样的抗剪强度利用几个不同角度的抗剪夹具做试验，得出试样沿剪断面破坏的正应力和剪应力之间的关系，以确定岩石抗剪强度曲线的一局部10.2试样备制试样为50´50´50mm或70´70´70mm的立方体，误差小于0.2～0.3mm，试样各端面严格平行，不平行度小于0.07mm，四面凸起小于0.03mm每组试验至少3个角度，每个剪切角度的试样数目应不少于2～3个，所以一组试验的试样数目至少应有6～9个以上图8岩石变角剪示意图 图9 岩石变角剪加载示意图10.3试验设备、用具压力试验机，抗剪夹具〔20°、30°、40°三个〕，卡尺及其它辅助设备10.4试验程序〔1〕描述试样的颜色、颗粒、层理方向、加工精度等情况，在试样上划出剪切线〔2〕用游标卡尺量测试样的高、宽、长的尺寸，准确到0.05mm，并计算剪切面的面积〔3〕把试样和抗剪夹具一起放在压力试验机的承压板上，夹具与垫板之间放滚轴以消除摩擦力，试样和抗剪夹具周围放防护罩。

〔4〕以每秒0.5～1.0MPa 的速度加载，直到试样剪断为止，记录下破坏时的载荷，格式见表10-1〔5〕按20°、30°、45°不同夹具，分别逐个进展试验，每个角度做3件10.5试验成果整理和计算〔1〕试样受力状态如图8、9所示，根据下式计算试样所受的正应力和剪应力式中：——抗剪断面上平均正应力〔Mpa〕；——抗剪断面上平均剪应力〔MPa〕；——抗剪夹具的角度〔剪力与竖直方向〕〔度〕；——试样破坏时的载荷〔N〕；——剪断面积〔mm2〕〔2〕绘制岩石抗剪强度曲线图通过改变夹具的剪切角剪切试样，对于每一个角度可以确定试样的一对剪应力t、正应力s值，把这些值标在t～s坐标图中，连接求得的各点，即可得到如图10所示的岩石抗剪强度曲线图10 岩石抗剪强度局部曲线图表10-1 岩石抗剪强度试验记录表岩 石名 称试 样编 号岩 石特 征试 样 尺 寸夹具 角度破坏载荷 〔N〕剪应力(MPa)正应力(MPa)备 注长 (mm)宽 (mm)高 (mm)面积(mm2)试 样 描 述班 级 组 别 日期 试验者 计算者 十一、岩石三轴压缩及变形试验11.1概述岩石三轴试验，是在三向应力状态下测定岩石的强度和变形的一种方法。

本指导书介绍的是侧向等压的三轴试验本规定可用于测定烘干和饱和状态的的试样，试样的含水状态用以下方法处理：〔1〕烘干状态的试样，在105～110°C下烘24h〔2〕饱和状态的试样，按7.1规定的进展饱和为了便于资料分析，在进展三轴试验的同时，应制样测定岩石的抗拉强度和单轴抗压强度11.2试样备制〔1〕试样可用钻孔岩心或坑槽探中采取的岩块，试样备制中不允许人为裂隙出现〔2〕试样为圆柱体，直径不小于5cm，高度为直径的2～2.5倍试样的大小可根据三轴试验机的性能和试验研究要求选择〔3〕试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，每种情况下必须制备5～7个〔4〕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0.25度11.3试样描述试样描述见7.311.4主要仪器设备〔1〕试样加工设备，量测工具与有关检查仪器见7.4.1，7.4.2〔2〕电阻应变片、粘结剂、万用表等〔3〕电阻应变仪〔或数据采集器〕、压力传感器、引伸仪等除用电阻应变仪外，也可用精度能到达0.1 %和量程能满足变形测定需要的其它仪表〔4〕三轴应力试验机〔见图11〕。

三轴试验机加载架侧向应力控制台轴向应力控制台三轴压力室图11 TYS-500岩石三轴试验机11.5试验程序11.5.1试样的防油处理首先在准备好的试样外表上涂上薄层胶液〔如聚乙烯醇缩醛胶等〕，待胶液凝固后，再在试样上套上耐油的薄橡皮保护套或塑料套，与试样两端的密封件配合，以防止试样试验中进油及试样破坏后碎屑落入压力室11.5.2安装试样把密封好的试样放置于保护筒中，将压力室顶部的螺旋压帽组件卸下并吊装在横梁上升起，然后将放置于保护筒中的试样，用卡杆吊放入三轴试验机的压力室内保护筒的下端有一凸出的球柱，此时要注意使球柱对准压力室底部中心的圆销孔，并放置平稳试样在压力室中安置好后，即可向压力室内注油，直至油液到达预定的位置为止，然后用螺旋压帽组件封闭压力室11.5.3安装测量变形仪表〔1〕用测微表或位移传感器适用于测定试样的纵向变形，测表可按装在压力室顶部，三轴试验机压力室构件的变形，应在试验前率定，在计算变形时予以扣除〔2〕用电阻应变仪可测定试样的纵向和横向应变试验前在试样上贴上电阻应变片，将试样上焊接好的导线从压力室的导线孔中引出，与应变仪连接图12 三轴试件示意图11.5.4侧向应力选择须考虑下述条件：〔1〕所选定的侧向应力须使所求的莫尔包络线能明显的反映出所需要的应力区。

〔工程试验中，岩样所在位置的侧向应力一般由实测而确定，也可由计算而给出〕〔2〕应适当地照顾到莫尔包络线的各个阶段〔3〕最小侧压力的选定，应考虑试验机的精度11.5.5选择轴向载荷量程根据已选定的侧向应力值，按下述经历公式选择轴向载荷量程：式中：—— 可能的轴向破坏载荷〔N〕；——试样的单轴抗压强度〔MPa〕；——侧向应力〔MPa〕；——系数，其值为4～7；——试样的横截面积〔mm2〕11.5.6加载速度试验时，先施加侧向压力到预定值，其加载速度宜控制在每秒0.05MPa左右，以保持侧向压力稳定性，整个试验过程中侧向压力的变化范围不得超过预定值的2%，然后以每秒0.8—1.0MPa的加载速度施加轴向荷载，直至破坏，并记录破坏时的最大载荷及相应的侧向压力值11.5.7变形记录在施加轴向荷载的过程中，同步记录下各级应力下的纵向和横向应变〔采用电阻应变仪〕或纵向变形值〔采用测微表〕为了绘制应力～应变曲线〔如图15〕，测点应尽量多一些，一个试样通常不少于10组测值，记录表格见表11-111.5.8破裂形式描述试验完毕后，取出试样，进展破坏形式描述11.6成果整理和计算11.6.1计算不同侧向应力下的轴向应力值式中：——不同侧向应力时的轴向应力值〔MPa〕；——轴向破坏载荷〔N〕；——试样的横截面积〔mm2〕。

11.6.2根据轴向应力σ1和侧向应力σ3求岩石的内摩擦角j和粘聚力C图13～最正确关系曲线图14 莫尔应力圆〔1〕以为纵坐标，为横坐标绘制～最正确关系曲线〔直线〕，如图13所示，按下式直接求，值：式中：——岩石的粘聚力〔MPa〕；——岩石的内摩擦角〔度〕；——～最正确关系曲线纵坐标的应力截距〔MPa〕；——～最正确关系曲线的斜率〔2〕在～最正确关系曲线〔直线〕上选定假设干组对应的值，在剪应力与正应力坐标图上以为圆心，以为半径绘制莫尔应力圆〔如图14〕，根据莫尔～库仑强度理论确定三轴应力状态下岩石的抗剪强度参数11.6.3绘制应力--应变曲线〔1〕用测微表测定变形时，轴向应变按下式计算：式中：——轴向应变值；——试样高度〔mm〕；——试样压缩变形值〔mm〕；——测定的总变形值〔mm〕；——三轴压力室构件的变形值〔mm〕〔2〕用电阻应变仪测定应变时，按下式计算试样的体积应变值式中：——某一应力下的体积应变值；——某一应力下的纵向应变值；——某一应力下的横向应变值〔3〕绘制应力--应变关系曲线，如图15所示图15 。