岩石三轴剪切强度试验

 

    (一)目的与意义

 

    测定在有限侧压条件下,岩石根据强度及变形特征,并借助三轴实验,结合抗拉,抗压实验结果,确定岩石的极限应力圆包络线(强度包络线).

 

    (二)定义是指岩石在三向应力作用下,抵抗破坏的能力.

 

    岩石三轴试验是将岩石样品放在三向应力状态下的压力室内,测其强度和变形,通过试验可确定岩石的强度包络线,并计算出内聚力c和内摩擦系数.

 

    (三)基本原理

 

    岩石室内三轴实验是在三向应力状态下测定和研究岩石试件强度及变形特征的一种室内实验.本实验是在δ=δ3<δ1条件下进行的,即为常规三轴实验.

 

    (一) 设备与材料

 

    1. 实验设备:(1)岩石三轴应力实验/机(岩石三轴仪);(2)压力室;(3)油泵;(4)岩石取芯机;(5)岩石切割机;(6)岩石磨平机

 

    2. 实验材料:(1)液压油;(2)游标卡尺;(3)乳胶膜;(4)三角尺;(5)量角器;(6)活扳子;(7)螺丝刀;(8)记号笔;

 

    (9)钳子;(10)记录纸;(11)标准岩石样品50×100mm;(12)胶布;(13)电笔.

 

    三轴试验:1、真三轴:σ1>σ2>σ3;

 

    2、假三轴(常规三轴):σ1>σ2=σ3,等围压.

 

    岩石三轴试验机(岩石三轴仪)是在普通压力机上装配成符合技术要求的三轴压力室,压力室必须有保持侧压力稳定的稳压装置.

 

    (二) 试验步骤

 

    1. 三轴试验样品数量不少于5块,不同围压1块;

 

    加工精度,测量试件尺寸:

 

    1)尺寸:(1)圆柱体试件直径Φ48~54mm,高100mm;

 

    (2)试件直径与高度,或边长之比为1:2.00~2.50.

 

    2)精度:(1)、两端面的平行度最大误差不超过0.05mm;

 

    (2)、在试件整个高度上,直径误差不超过0.3mm;

 

    (3)、端面应垂直试件轴,最大偏差不超过0.25度.

 

    2 .测量好试件尺寸后,用耐油橡胶或乳胶质保护套,能有效防止油液与样品接触.然后放入压力室内,打开排气阀,盖上压帽,拧紧,向压力室注油,直至油液达到预定位置.排静压力室空气,关闭排气阀.(如在三轴条件下测其变形,同试验二变形试验).

 

    3.侧压力(围压)的选择,应考虑下列条件:

 

    ①最小侧压力的选择,应根据工程实际情况,并考虑测向压力装置的精度;

 

    ②选定的侧压力需使求出的莫尔包络线能明显的反映出所需要的应力区间;

 

    ③适当照顾包络线的各个阶段.

 

    我们选择侧压力5、10、15、20、25MPa.

 

    4.试验开始,以每秒0.05MPa的加荷速率施加侧向压力和轴向压力,待到加至预定压力值时,使其保持稳定,然后再以每秒0.8-1.0MPa的加荷速率施加轴向荷载,直至试件破坏,记录破坏时的最大轴向荷载及侧向压力值.

 

    5.试验结束后,取出试样进行描述,量出最大主应力作用面和破坏面之间的夹角.

 

    (三)资料整理:

 

    目前国内外对于三轴试验成果整理的方法不太统一,国际岩石力学学会和现场标准化委员会在岩石力学试验建议方法中曾对资料整理作出规定.考虑到和国际标准化的一致性,采用国际岩石力学学会的建议方法,用下列方法整理资料:

 

    1、 按下式计算不同侧向压力下的轴向应力:σ1=P/A×10(5-1)

 

    式中:σ1--不同侧压力下的应力值  MPa;

 

    P--破坏时的最大轴向荷载  N或kN;

 

    A--试件横截面积  cm2.

 

    2、根据轴向应力σ1和侧向应力σ3求出岩石的c,φ值,以1/2(σ1-σ3)为纵坐标,以1/2(σ1+σ3)为横坐标.将各测点绘在直角坐标图上,然后用图解法或最小2乘法,确定绘出最佳关系曲线,在最佳关系曲线上选定若干点,以每一个点的1/2(σ1+σ3)为圆心,以1/2(σ1-σ3)为半径,在τ-σ坐标图上绘制应力圆,作应力圆的包络线.据此,确定它们c,φ值.