一、基本原理
岩石的变形是指岩石在外荷载作用下，内部颗粒间相对位置变化而产生与大小的变化，反映岩石变形性质的参数常用的有：弹性模量和泊松比。
岩石变形模量是指试样在单向压缩条件下，压应力与纵向应变之比，又可分为： 1、初始模量：应力应变曲线原点处的切线斜率。
2、切线模量：对应于应力应变曲线上某一点M处的切线斜率。
3、割线模量：应力应变曲线某一点M与原点O的联线的斜率；一般取单轴抗压强度的50%的应变点与原点联线的斜率代表该岩石的变形模量。
泊松比是指单向压缩条件下横向应变与纵向应变之比；一般用单轴抗压强度的50%对应的横向与纵向应变之比作为岩石的泊松比。
本试验是将岩石试样置于压力机上加压，同时用应变计或位移计测记不同压力下的岩石变形值，求得应力应变曲线，然后通过该曲线求岩石的变形模量和泊松比。目前，测记变形（或应变）的仪表很多，如电阻应变仪、千分表、线性差动变换器等等，其中以电阻应变仪使用最广，在此着重介绍这种仪器的测量方法。
电阻应变仪测量岩石应变的基本原理是将电阻应变片粘贴在试样的表面，当岩石受压变形时，电阻应变片与岩石一起变形，并使其电阻值产生变化，通过电阻应变仪的电桥装置，测出该变化的电阻值并自动转换为应变值，此值即为岩石的应变值。
二、仪器设备
1、制样设备：钻岩机、切石机、磨片机等； 2、测量平台； 3、压力机； 4、静态电阻应变仪；
5、惠斯顿电桥、万用表、兆欧表； 6、电阻片及贴片设备； 7、电线及焊接设备。
三、操作步骤 1、试样制备
（1）样品可用钻孔岩芯或在坑槽中采取的岩块，在取样和试样制备过程中，不允许发生认为裂隙。 (2)试件规格：采用直径5厘米，高为10厘米的方柱体，各尺寸允许变化范围为：直径及边长为±0.2厘米，高为±0.5厘米。
（3）试样制备的精度应満足如下要求： a沿试样高度，直径的误差不超过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 方柱体试样的相邻两面应互相垂直，最大偏差不超过0.25°。 2、试样描述
描述内容包括：岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等；加荷方向与岩石试样内层理、节理、裂隙的关系及试样加工中出现的问题； 3、试样尺寸测量
对园柱体试样：直径应沿试样整个高度上分别量测两端面和中点三个断面的直径，取其平均值作为试样直径；高度应在两端等距取三点量测试样的高，取其平均值，作为试样的高，同时检验两端面的不平整度。 对方柱体：每个边长取四个角点及中心点五处分别量测五个尺寸，取其平均值。 尺寸测量、均应精确到0.001cm。 4、试样含水状态处理
在进行试验前应按要求的含水状态进行风干、烘干或饱和处理。（1）天然状态试样：应在拆除密封后立即制样试验，并测定其含水量。（2）风干试样：在室内放置4天以上。（3）烘干试样：在105~110℃温度下烘干12h。（4）饱水试样：按实验三规定的标准进行饱水。 5、电阻应变片的粘贴及防潮处理
（1）选择电阻片 要求电阻丝平直，间距均匀，电阻片阻栅长度大于试样中最大颗粒尺寸的10倍，并小于试样的半径；作为同一试样的工作片和补偿片的规格、灵敏系数等应相同，电阻值相差不超过0.2Ω。 （2）电阻应变片应牢固贴在试样中部表面，并尽量避开裂隙和个别较大的晶体、斑晶及砾石等；纵向、横向应变片的数量不少于两片，其绝缘电阻值要大于200MΩ。
（3）贴片及防潮处理 贴片用的胶，对于烘干、风干试样可采用一般胶合剂，对天然含水状态及饱和试样，需采用防潮胶液，并作防潮处理。
（4）粘合剂干固后 用细导线与电阻应变片的引线焊接牢固，然后将导线固定并在其线头作标记以便识别。 6、电阻应变仪的调试
（1）用三芯电源线将交流电源（220V）与仪器电源插座接上，把电源开关置于“BO”短路上，预热一分钟，转动微调盘看指示电表有否偏转，如有偏转，说明仪器正常。
（2）将开关转到“阻”上，用螺丝刀调“电阻平衡”电位器，使指示电表指零，然后再将开关转到“容”上，再调节“电容平衡”电位器，使指示电表的指针指零或向零靠近。重复上述步骤，反复调整几次，最后将开关转到“阻”上。
（3）观察灵敏度，旋转微调偏转10με时，指示电表也应指示现10με。
（4）预势0.5h后，再检查一次平衡，就可以进行测量工作。 7、安点接线
将准备好的试样放置在压力机的承压板中心，取另一贴有补偿片的试样置于试样附近，按半桥联线方式将试样导线与电阻应变仪连接，如图4-1，即在应变仪片，B、C之间接补偿片。 8、预调平衡箱
作多点测量时，需使用平衡箱，予以配合，使步骤如下：
（1）将转换开关放在平衡位置上； （2）选点开关调在校准上；
（3）应变仪通电并将微、中、大调盘调到零转到“阻”上，并用螺丝刀旋转“校准”电位器，
点。应变仪电源开关旋使应变仪指示表指零。 用前也应进行调试，其A、B接线柱之间测量
（4）将选点开关调到需要测量的点上，并调节预调平衡箱相应点的电位器，到使应变仪指示电表指零，再将应变仪电源开关放在“容”上，调节应变仪“电容平衡”电位器至指示电表指针指零或最靠近零，这样反复调整几次，使应变仪面板上的开关在指“容”和指“阻”时，指示电表指针均指零，最后将开关放在“阻”上。 （5）其余各点电阻平衡均按上述方法调试，调好后应变仪的电阻与电容平衡电位器不能再转动。 9、施加荷载
（1）开动试验机，使承压板与试样接触。
（2）以0.5~0.8MPa/s的速度施加荷载，直至试样破坏或至少超过抗压强度之50%，在加压过程中，测记各级压力下岩石试样的纵向和横向应变值。
（3）纵向、横向应变值的测读：加载时应变仪指示电表指针偏转，这时需调整读数盘各档，使指针指零，各读数盘所指数即为应变值，正值代表压缩，负值代表拉伸，为求得完整的应力――应变曲线，所测应变值不应小于10个。
10、计算与成果整理
（1）按下式计算各级应力值：
式中：σ――压应力值（MPa）；
P――垂直荷载（N）； A――试样横断面面积
（2）绘制应力-纵向应变曲线、应力体积应变曲线（图4-2）。
（mm2）。 -横向应变及应力-
体积应变按下式计算：
式中：εv――某一级应力下的体积应变；
εa――同一级应力下的纵向应变； εc――同一级应力下的横向应变。 （3）求变形模量及泊松比
在纵向应力——应变曲线上，作原点0与抗压强度50％点M的连线，变形模量按下式计算：
取应力为抗压强度50时的纵向应变和横向应变值计算泊松比
式中：E50——岩石割线弹性模量（MPa）；
μ σ ε ε
50――岩石泊松比；
50%的应力值（MPa）；
50――相当于抗压强度
l50―应力为σ50时的纵向应变； d50―应力为σ50时的横向应变。
岩石变形模量取3位有效数字，泊松比计算值精确至0.01。
四、试验报告内容
1、整理记录表格；格式如附表4-1。
2、根据记录资料作应力――纵向应变；应力-横向应变及就力――体积应变曲线并计算变形模量和泊松比值。 3、思考题
（1）用电阻应变仪量测岩石变形的原理是什么？电阻片及其粘贴技术对测量结果有什么影响？ （2）为什么不能将电阻应变片贴在大的晶体、斑晶、砾石及裂隙上？ （3）为什么选用E50作为岩石的变形模量？
五、注意事项
1、如压力机承压板的尺寸大于试样尺寸的两倍时，需要在试样上、下端加辅助承压板。 2、贴片时胶要涂得薄而均匀，贴后需细心检查，不能有气泡存在。
3、在试样加压之前，应检查试样是否均匀受压；其方法是给试样加上少许压力，观测两纵向应变值是否接近，如相差较大，应重新调整试样。
实验5 测定岩石的单轴抗压强度
一、基本原理
岩石的单轴抗压强度是指岩石试样在单向受压至破坏时，单位面积上所承受的最大压应力:
（MPa）
一般简称抗压强度。根据岩石的含水状态不同，又有干抗压强度和饱和抗压强度之分。
岩石的单轴抗压强度，常采用在压力机上直接压坏标准试样测得，也可与岩石单轴压缩变形试验同时进行，或用其它方法间接求得。
二、仪器设备
1、制样设备：钻岩机、切石机及磨片机； 2、测量平台、卡尺、放大镜等； 3、烘箱、干燥箱；
4、水槽、煮沸设备或真空抽气设备； 5、压力机。
三、操作步骤 1、试样制备
试样规格：一般采用直径5cm、高10cm的园柱体，以及断面边长为5厘米，高为10厘米的方柱体，每组试样必须制备3块。
试样制备精度要求同实验四： 2、试样描述
试验前应对试样进行描述，内容同实验四。 3、试样烘干或饱和处理
根据试验要求需对试样进行烘干或饱和处理。 烘干试样：在105~110℃温度下烘干24h。
自由浸水法饱和试样：将试样放入水槽，先注水至试样高度的1/4处，以后每隔2h分别注水至试样高度的1/2和3/4处，6h后全部浸没试样，试样在水中自由吸水48h。
煮沸法饱和试样：煮沸容器内的水面始终高于试样，煮沸时间不少于6h。
真空抽气法饱和试样：饱和容器内的水面始终高于试样，真空压力表读数宜为100kPa，直至无气泡逸出为止，但总抽气时间不应少于4h。 4、测量试样尺寸
按试验二量积法中的要求，量测试样断面的边长，求取其断面面积（A）。 5、安装试样、加荷
将试样置于试验机承压板中心，调整有球形座，使之均匀受载，然后以每秒0.5~1.0MPa的加载速度加荷，直至试样破坏，记下破坏荷载（P）。
6、描述试样破坏后的形态，并记录有关情况。 7、按下式计算岩石的单轴抗压强度
式中：σC――岩石的单轴抗压强度（MPa）； P――破坏荷载（N）；
A――垂直于加荷方向试样断面积（m2）。 计算值取3位有效数字。
四、试验报告内容
1、整理记录表(格式如下表)
单轴抗压强度试验记录表
试样 受力 试验 编号 方向 状态 直径(长、宽) 2、试样描述资料。 3、思考题：
影响岩石单轴抗压强度的试验条件有哪些？试样形态、高经比、加荷速度等是怎样影响岩石单轴抗压强度的？ 五、注意事项
1、当试样临近破坏时，需适当放慢加荷速度，并事先设防护罩，以防止脆性坚硬岩石突然破坏时岩屑飞射。 2、在对试样加荷前，应检查试样是否均匀受压。
附 测定岩石的软化系数
岩石在饱水状态下的抗压强度与干燥状态下的抗压强度之比，称为岩石的软化系数。若分别测出饱水试件和干燥试件的单轴抗压强度，即可求得岩石的软化系数。
岩石的饱水抗压强度，应首先对试件进行饱水处理，然后按本实验规定的步骤和要求测定其抗压强度，岩石的干燥抗压强度，可采用室内风干试样，也可用烘干试样，按本实验的方法测定，按下式计算岩石的软化系数：
试样尺寸（mm） 高 横截面积A 破坏荷载P （mm2） （N） 单轴抗压强度σ（MPa） 单 值 C平均值 试验： 计算： 校核： 年 月 日 Kd式中：
Kd——岩石的软化系数；
cw cdcw——岩石饱水抗压强度 cd——岩石干抗压强度
实验6 测定岩石的抗拉强度
岩石的抗压强度是指岩石在单向受拉条件下，受拉面上能承受的最大拉应力。目前，测定岩石抗压强度的方法很多，大致可分为直接位伸法和间接法两大类，而间接法又以劈裂法应用最为广泛。下面重点介绍直接拉伸法和劈裂法。
Ⅰ 直接拉伸法
一、基本原理
直接拉伸法是将试样夹持在夹持器内，然后平行于试样轴施加拉伸荷载直至岩石破坏，通过破坏荷载求得岩石的抗拉强度（σt）即：
二、仪器设备
1、制样设备：钻石机、锯石机、磨石机、2、万能材料试验机：出力100kN； 3、拉伸夹持器（图6-1）：不少于3套； 4、测量平台、卡尺、放大镜等； 5、烘箱、干燥器；
6、水槽、煮沸设备或真空抽气设备； 7、树脂胶及粘接设备。
车床等；
三、操作步骤 1、试样制备
试样规格采用直径为5cm，高为10cm的园柱体，每组3块，在试样制备过程中，不允许人为裂隙产生。 试样制备的精度应満足如下要求：
（1）沿试样高度，直径的误差不超过0.03cm； （2）试样两端面不平行度误差，最大不超过0.005cm； （3）端面应垂直于轴线，最大偏差不超过0.25°； 2、试样描述 试验前，对试样应描述下列内容：
（1）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等；
（2）加荷方向与岩石试样内层理、节理、裂隙的关系及试样加工中出现的问题； （3）含水状态及所使用的方法。 2、试样尺寸量测及描述
按试验二量积法中的要求，量测试样断面的边长，求取其断面面积（A）。
试样描述内容：包括岩石名称、颜色，主要矿物成分、结构构造、层理、节理等裂隙发育情况及拉伸应力间的关系。
3、试样烘干或饱和处理
根据试验要求需对试样进行烘干或饱和处理。 烘干试样：在105~110℃温度下烘干24h。
自由浸水法饱和试样：将试样放入水槽，先注水至试样高度的1/4处，以后每隔2h分别注水至试样高度的1/2和3/4处，6h后全部浸没试样，试样在水中自由吸水48h。
煮沸法饱和试样：煮沸容器内的水面始终高于试样，煮沸时间不少于6h。
真空抽气法饱和试样：饱和容器内的水面始终高于试样，真空压力表读数宜为100kPa，直至无气泡逸出为止，但总抽气时间不应少于4h。
4、试样胶结
试样与夹持器胶结前，应将试样端面及夹持器接合面用丙酮洗净，然后将胶合剂均匀地涂抹在试样及夹持器端面上，胶结时，应严格对准中心。胶接后，在其上稍加重压，使两者紧密结合，静直至干燥。
5、安装试样、加荷
将胶接有岩样的拉伸夹持器安装在万能材料试验机的夹头内，注意须使试样平行于机器轴线，然后，以每秒0.3MPa的速率加荷至试样破坏，记录整个试验中荷载的最大值及试样彻底破坏的荷载值。
6、描述试样破坏情况
描述内容包括：破坏面的平直程度，与轴线的关系及破坏部位等情况，如破坏面为沿某一裂隙破坏或沿端面附近破坏时，则该次试验无效。
7、按下式计算岩石的抗拉强度
式中：σt――岩石的抗拉强度（MPa）；
Pt――试样破坏时的拉伸荷载（N）； A――试样横载面积（mm2）。
四、试验报告内容
1、整理记录表格，格式如下表：
岩石轴向拉伸试验记录表
工程名称： 岩石 名称 试样 编号 受力 方向 最大破 岩石抗 含水 平均直径 平均高度 横截面积 坏载荷 拉强度 备注 状态 （mm） （mm） （mm2） （N） （MPa） 试 样 尺 寸 试验者： 计算者： 校核者： 年 月 日 2、整理试样描述记录。
五、注意事项
试样与夹持器胶接时，要注意胶接牢靠，并注意检查夹持器轴与试样轴线是否一致。
Ⅱ 劈裂法
一、基本原理
劈裂法是在试样的直径（园柱体试样）方向上，施加一线性荷载，使之沿试样直径方向发生压致拉裂破坏，然后根据弹性理论求岩石的抗拉强度。劈裂法适用于能制成石。试验时，线性荷载是通过一个特制夹具或在试样上、下的（图6-2）。
二、仪器设备
1、压力机：要求能连续加荷没有冲击，吨位约100千牛顿（约10吨）； 2、抗拉夹具和垫条
3、测量平台、卡尺、放大镜等； 4、制样设备：钻石机、切石机、磨石机；
规则试样的各类岩各加一根压条实现
5、烘箱、干燥器
6、水槽、煮沸设备或真空抽气设备。 三、操作步骤 1、试样规格
一般采用直径为5cm，高度为5cm的园柱体，以及边长为5厘米的立方体，每组试样需3块。 试样制备精度要求同实验四。 2、试样尺寸测量及描述
按试验二中量积法的要求，量测度样的直径，高度或边长，并划出加荷中线。 试样描述内容：
（1）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等；
（2）加荷方向与岩石试样内层理、节理、裂隙的关系及试样加工中出现的问题； （3）含水状态及所使用的方法。 3、试样烘干或饱水处理
根据试验要求需对试样进行烘干或饱和处理。 烘干试样：在105~110℃温度下烘干24h。
自由浸水法饱和试样：将试样放入水槽，先注水至试样高度的1/4处，以后每隔2h分别注水至试样高度的1/2和3/4处，6h后全部浸没试样，试样在水中自由吸水48h。
煮沸法饱和试样：煮沸容器内的水面始终高于试样，煮沸时间不少于6h。
真空抽气法饱和试样：饱和容器内的水面始终高于试样，真空压力表读数宜为100kPa，直至无气泡逸出为止，但总抽气时间不应少于4h。
4、安装试样、加荷
通过试样直径的两端，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，固定在试样两端。 将试样置于试验机承压板中心，调整球形座，使试样均匀受荷，并使垫条与试样在同一加荷轴线上。 以每秒0.3~0.5MPa的加荷速度加荷，直至试样破坏，记录下破坏荷载，描述试样破坏后的形态。 5、按下式计算岩石的抗拉强度 对园柱体试样：
对立方体试样：
t式中：σt――岩石的抗拉强度（MPa）；
P――破坏荷载（N）；
2P 2a D――试样直径（mm）； l――试样高度（mm）； a——立方体试件边长（mm）。 计算值取3位有效数字。
四、试验报告内容
1、整理记录表格，格式如下表：
抗拉强度试验（劈裂法）记录表
试样 编号 试验 状态 受力 方向 试样尺寸（mm） 高h 直径D 破坏荷载P（N） 抗拉强度（MPa） 单 值 平均值 2、整理试样描述资料。 3、思考题
（1）同一岩性的岩石分别用直接拉伸法和劈裂法进行试验，如果不考虑其它因素的影响，求得的抗拉强度是否相同？为什么？
（2）试比较直接拉伸法与劈裂法间的异同点。
五、注意事项
1、试样上、下两根垫条应与试样中心面位于同一平面内，以免产生偏心荷载。 2、破坏面必须通过上、下两加荷线，如果只产生局部破坏，须重新试验。
实验7 测定岩石的剪切强度
一、基本原理
岩石的剪切强度是岩石抵抗剪应力破坏的最大能力， 根据试验时的应力状态和试验条件，又可将岩石剪切强度细分为如下三种：
1、抗剪断强度 指岩石在一定法向应力下沿某一剪切面能抵抗的最大剪应力，试验证明，岩石的抗剪断强度与法向应力近似地服从于库仑定律即：
tgc （7－1）
式中内摩擦角和内聚力是反映岩石剪切强度的参数，本次试验的目的在于求这两个参数。
2、抗切强度 指岩石在法向应力为零时，能抵抗的最大应力，根据（7－1）式，由于法向应力为零，所以抗切强度等于内聚力。
3、抗剪强度 指岩石沿原有破坏面，在一定法向应力作用下能抵抗的最大剪应力。这时的岩石剪切强度主要取决于内摩擦阻力，而内聚力则很小甚至趋于零。
目前室内测定岩石剪切强度的试验方法很多，如单面和双面剪切等直接剪切试验和变角板法，冲孔试验以及三轴试验等，本节主要介绍国内外常用的变角板及双面（单面）剪切试验，三轴试验将在第十一节中介绍。
Ⅰ 变角板法
一、基本原理
变角板法是利用压力机施加垂直荷载，通过一套特制的夹具使试样沿某一剪切面产生剪切破坏，然后通过静力平衡条件解析剪切面上的法向压应力和剪应力，从而绘制法向压应力（σ）与剪应力（τ）之关系曲线，求得岩石的内聚力（c）和内摩擦角（υ）。 二、仪器设备
1、制样设备：钻石机、切石机、磨石机； 2、压力机：技术要求同试验五；
3、变角板剪切夹具一套，要求在45°-70°范围内有4-5个角度可供调整，见下图；
4、卡尺：精度为0.002cm。
三、操作步骤
1、试样制备
本试验彩边长为5cm的立方体试样，每组加工4-8块，试样加工精度要求：相邻面间应互相垂直，偏差不超过0.25°；相对两面须互相平行，不平行度不得大于0.005cm。
2、试样描述及尺寸量测
试样描述内容同试验四；描述后测量预定剪切面的边长，求出剪切面面积，并做好标记。 根据试验要求对试样进行烘干或饱水处理，处理方法与要求同试验五。
3、安装试样
将变角板剪切夹具用绳子栓在压力机承压板间，应注意使夹具的中心与压力机的中心线相重合，然后调整夹具上的夹板螺丝，使刻度达到所要求的角度，将试样安装于变角板内。
4、加荷
开动压力机，同时降下压力机横梁，使剪切夹具与压力机承压板接触上，然后调整压力表指针到零点，以每秒0.5-0.8MPa的加荷速度加荷，直至试样破坏，记录破坏荷载（P）。
5、破坏试样描述
升起压力机横梁，取出被剪破的试样进行描述，内容包括破坏面的形态及破坏情况等。 6、重复试验
变换变角板夹具的角度（α），一般在45°-70°内选择，以5°为间隔如45°、50°、55°、60°、65°、70°，重复步骤3-6进行试验，取得不同角度下的破坏荷载。
7、成果整理
（1）按下式计算作用在剪切面上的剪应力和正应力：
式中：τ――剪应力（MPa）；
σ――正应力（MPa）； P――试样破坏荷载（N）； A――试样剪切面面积（mm2）；
α――试样放置角度（变角板角度），度； f――滚轴摩擦系数：
，n为滚轴根数，d为滚轴直径（mm）。
（2）按下式计算岩石的抗剪断强度参数
式中：υ――岩石内摩擦角（°）；
C――岩石的内聚力（MPa）；
σ――第i块试样的破坏正应力（MPa）； τ――第i块试样的破坏剪应力（MPa）； n――试样块数。
计算结果精确至小数点后一位。
（3）以剪应力（τ）为纵坐标，法向应力（σ）为横座标，将每一试样的σ、τ标在坐标系中，以最佳方法拟合一直线（强度包络线），并在图中求得岩石的内摩擦角（υ）和内聚力（c）（图7－2）。 以上两种求内摩擦角（υ）和内聚力（c）的方法可任选一种，也可两种同时用，以便比较。
四、试验报告内容
1、整理记录表格。 2、整理试样描述记录。 3、思考题
（1）试样放置角为什么要在45°-70°内选择，从应力分布分析，该角度太小会出现什么结果。 （2）试比较变角板法、双面（单面）剪切及三轴剪切等试验方法间异同点。 五、注意事项
1、试验时夹具周围应用木板或其它板材，护住压力机立柱，以避免试样突然破坏，夹具滑出而打坏压力机。 2、在变动变角板角度时，应先调整上剪切板，同时调整过程中要用手托住变角板以防止变角板掉下来，上剪切板角度整好后，再调下剪切板，这时须放一块四方柱形铁块代替试样。
Ⅱ 双面（单面）剪切法
一、基本原理
双面剪切的夹具是三块钻有园孔的钢块构成的，试验时，用园柱形试件放入园孔中，在中间部分加载，试件沿两个面被剪断(图7一3)。
单面剪切的夹具则由试件固定框架和加荷剪切刀具组成，试验时，由加荷刀具将固定在框架中的试件切断(图7—4)，以求岩石的抗剪强度。
双面(单面)剪切试验的目的是测定岩石的抗切强度，由于剪切面上的法向应力为导，因此抗剪强度仅取决于岩石的内聚力。
二、仪器设备
1、制样设备：切石机、钻石机及磨石机等； 2、压力机：技术要求同实验五；
3、双面剪切夹具或单面剪切夹具(参见图7一3，图7—4)； 4、测量平台、卡尺、放大镜等； 5、其它：烘箱、干燥器 三、操作步骤 1、试样制备
双面剪切试验采用直径9厘米，长为20厘米的岩芯柱体。
单面剪切试验采用长12厘米，宽4厘米，高2厘米的长方柱体。 以上试样每组须制备3块，试样加工精度同实验四。 2、试样描述及尺寸量测
试样描述内容同实验四；描述后须根据实验要求对试样进行烘干或饱和处理，处理方法同实验五。
根据实验二量积法中规定要求，测量试样尺寸，求得预定剪切面的面积(A)，并作好标记。 3、安装试样
用双面剪切夹具时，将试样放在剪切夹具内，旋紧两边的固定螺丝，并将加荷板对准试样中间受剪切的标记处。
用单面剪切夹具时，将试样放在固定框架内固定好，并将剪切刀具对准试样受剪切的标记处，然后固定螺丝。 4、加荷
将安装有试样的剪切夹具置于压力机承压板中心，开动压力机并调整读数指针到零，然后以每秒0.3一0.5MPa的加荷速度加荷，直至试样破坏，记下破坏荷载(P)。 5、按下式计算岩石的抗切强度 对双面剪切时： c对单面剪切时：
P 2AcP A式中： τc一一岩石的抗切强度，(MPa)； P一一试件破坏荷载，(牛顿)； A——剪切面的面积，(毫米2)。
计算结果准确至小数点后一位。 四、实验报告内容
1、整理记录表格，格式如附表7—2； 2、思考题
试比较角板法，双面剪切及单面剪切试验各自的优缺点。
实验8 测定岩石的抗折强度
一、基本原理
岩石的抗折强度是指岩石受弯曲至折断时所能随的最大压力，测定岩石抗折强度的方法是将岩石加工成条形试件，置于固定的两个支点上，然后在其中点施加集中荷载，直至试件破坏，从而通过弹性力学方法求得岩石的抗折强度。
二、仪器设备
1、制样设备：切石机、磨石机等； 2、测量平台、卡尺、放大镜等； 3、万能材料试验机，应满足下列要求： （1）有足够的出力； （2）能连续加荷而没有冲击； （3）测力示值误差应小于2%； （4）附有简支梁弯曲试验装置（如同84、其它：烘箱、干燥器等。
三、操作步骤
1、试件制备
试件规格采用长12cm，宽4cm，高2cm的长条形柱体，每组3块，加工精度要求：宽、高的误差不大于0.1cm；长度误差不大于1mm，受力的上、下两面应平行，相邻面应互相垂直，并且在试件上不允许有肉眼可见的裂纹。
2、试件描述
试验前应详细描述试件的岩性、结构构造、结构面特征；试件端部和边角形态等，并按试验要求对试件进行烘干或饱水处理。
3、量测试件尺寸
按量积法中的规定测量试件的长（l）、宽（b）和高（h），并在中心及距中心5cm的部位作出标记。
4、安装试件
调节材料试验机弯曲试验装置上的两个下支点，使其间距为10cm，然后将试件放置在该两支点上（参见图8-1），安装时应使支点分别对准试件两端的标记，并使加荷支点（上支点）对准试件中心部位。
5、加荷
试件安装好后，开动试验机，同时调整压力表指针达到零位，然后以每秒0.1~0.2MPa的加荷速度加荷，直至试件破坏，记下试件破坏，记下破坏荷载（P）。
6、按下式计算岩石的抗折强度
式中：Rb――试件抗折强度（MPa）；
P――试件破坏荷载（N）； L――支点的跨距（mm）； b――试件的宽度（mm）； h――试件的高度（mm）。 计算结果精确至小数点后二位。
－1）。
四、试验报告内容
1、整理记录表格，格式下表。
抗折强度试验记录表
试 序 试 受 试件尺寸 样 编 样 力 （mm） 状 方 （N） 号 号 态 向 宽（b） 高（h） 单 值 平均值 P （MPa） 备 注 破坏荷载 抗折强度 试验： 计算： 校核： 年 月 日 2、整理试件描述记录；
3、思考题：抗折强度试验是模拟怎样一种应力状态？试举几例实际工程中的例子。
五、注意事项
1、在安装试件中，应特别注意要使试件中心与试验机中心相重合，不应有偏心存在。 2、应严格控制加荷速度，切忌加荷速度过快而产生冲击。
实验12 测定结构面的抗剪强度参数
一、基本原理
本试验采用XJ-1型携带式剪切仪测定岩体中结构面剪切强度参数。该仪器由上、下剪切盒、水平和垂直向千斤顶以及测微器件和钢丝绳组成。
试验时将制备好的试样装入剪切盒中，先通过垂向千斤顶加预定的法向应力，然后通过水平千斤顶分级施加剪应力至破坏，测得破坏时的极限剪应力（τmax），若分别用多个试样，在不同正应力下，求取其破坏极限剪应力，便可根据库仑定律τ＝σtgυ＋C，来确定剪切面的抗剪强度参数（内摩擦角υ和内聚力C）。
二、仪器设备
1、携带式剪切仪（如图12－1），由三部分组成： （1）上、下剪切盒：最大剪切面为16×16cm2；
（2）加荷和测力装置：包括2个油泵、3个千斤顶，每个千斤顶出力78.4kN，2个压力表； （3）6个百分表。
2、制样模具（5套）及开缝垫条（10根）；
3、其它：调土刀、钢锯条、大剪刀、求积仪、红色仪、红色铅笔、细铁丝、高标号水泥、粗砂及碎石、黄油、牛皮纸及透明纸等。
三、操作步骤
1、试样制备
（1）采样：现场采取试样，其规格为长轴8-10cm，高约7-8cm的近似方块体，也可采大块回室内加工成前述规格的试样，注意应使试样保持原状，并在现场用油漆标出剪切方向，用细铁丝将试样捆扎好，以保证试样不被扰动，并现场进行编号登录，取出试样后，立即在试样表面涂1-2凡士林；
（2）受剪面积的粗测：若试样不规则，可用细铁丝紧贴试样受剪面绕一周，获得一个用铁丝圈成的与受剪面轮廓相应的面积，并将它绘在纸上，用求积仪求出受剪面的粗略面积；
（3）试样浇注：浇注前，在样模内壁涂上一层薄黄油层，并复上一张牛皮纸，以使浇注好的试样易与样模脱离，然后，在半个样模内加少量的水泥砂浆，将式样居中放入，使受剪面高出样模边框4-5mm，并使之水平；同时保持剪切方向与模具框长边方向一致，随后注入水泥砂浆填满捣实，待水泥砂浆凝固（约12h）后，在另一
半空样模内先加适量砂浆，在模具边框两端各放一根开缝垫条，将已凝固的那一半样模倒转，盖在另一半样模上对齐；然后从开缝中向空模注入砂浆，填满捣实，24h，拆去取出试样，进行养护，每组需制备4-6块（图12－2）。
2、安装试样
将制好的试样置于剪切仪的下剪切盒中，盖上上剪切盒；将油泵与千斤顶连接，稍加垂直和水平荷载，使钢丝绳拉直，剪断（或锯断）捆扎试样的铁丝，注意勿伤及试样，最后，安装垂向和水平百分表，并调零。
3、加正应力
用垂直加荷系统加预定的正应力，预定的正应力按下式换算成压力表读数：
式中：Iσ――垂直压力表读数（MPa）；
σˊ――预定的正应力（MPa）； Ajˊ――粗测的受剪切面面积（mm2）；
G――上剪切盒，垂直千斤顶和上半试样的总质量（N）； AV――垂直千斤顶活塞面积（mm 2）。
在加正应力过程中，分级记录各垂直百分表读数。 4、加剪应力
将正应力保持恒定，逐级施加剪应力，每30s加一级，直至试样剪断，剪断标志：水平压力表指针不再上升，甚至下降，或者剪切位移持续增大，每级剪应力的大小，可按正应力的2-5%取值，在施加每级剪应力之前，应测记剪切位移（Lh）和垂直位移（Lv）。
5、剪切面积量测与描述
试验结束后，掀去试样上半部分，称取其质量，并测量剪切面积，测量时，可用透明纸覆于剪切面上，用笔勾画出剪切面周围的轮廓线，用求积仪计算出剪切面积的精确面积Aj。
6、重复试验
改变不同的正应力，重复步骤2-5，对其余试样进行试验。
7、计算及资料整理
（1）按下式计算正应力和剪应力
式中：σ――正应力（MPa）；
τ――剪应力（MPa）；
Aj――剪切面实测面积（mm2）； Iτ――横赂压力表读数（MPa）； Ah――横向千斤顶活塞面积（mm2）； 其余符号意义同前。
（2）以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标绘制剪应力（τ）-剪切位移（Lh）关系曲线（图12－3），同时，选取曲线上的峰值或稳定值作为抗剪强度（τmax）值。
（3）以抗剪强度为纵坐标，正应力为横坐标绘制抗剪强度（τmax）-正应力（σ）关系曲线，然后拟合最佳直线，并求取其结构面的内摩擦角（υ）和内聚力（C）。
四、试验报告内容
1、整理记录表格；
2、绘制τ-σ关系曲线，并求结构面的内察角（υ）和内聚力（C）。
3、思考题
对有一定起伏度的结构面进行试验时，正应力保持恒定，随着剪切位移的增加，垂直位移会有什么变化？ 五、注意事项
1、为使水泥砂浆的强度和快速凝固，需在砂浆加入速凝剂，水泥：砂（加碎石）：水的配比大致是1：0.5：0.4。
2、如需进行饱水试验，还需将试样先行饱和，饱和方法同试验三；试验时，需将剪切仪放入水中，并使水浸过剪切面。
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