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第一篇 岩石常规力学试验1

第1章 绪论1

1.1岩石力学试验研究方法及内容1

1.1.1岩石力学试验研究方法1

1.1.1.1直接法1

1.1.1.2间接法2

1.1.1.3比拟法3

1.1.2岩石力学试验研究内容3

1.2岩石力学试验研究现状4

1.2.1岩体的流变试验及监测技术发展4

1.2.1.1岩体的流变试验仪器发展4

1.2.1.2软弱岩体的流变试验发展5

1.2.1.3坚硬岩体的流变试验发展5

1.2.2岩体的细观力学试验技术发展6

1.2.3岩体的高温高压力学试验技术发展7

1.2.4岩石力学试验技术发展7

1.2.4.1岩石标准试件的力学试验技术发展7

1.2.4.2大尺度岩石力学试验技术发展8

1.2.5岩石全变形特性的单轴和三轴试验技术发展8

1.2.6支护手段试验9

1.2.6.1充填、项板固化以及壁后充填试验9

1.2.6.2硐室支架力学试验9

1.3岩石力学试验研究展望9

1.4岩石力学试验学习方法11

第2章 岩块和岩体的地质特征12

2.1岩块12

2.1.1岩块的物质组成12

2.1.2岩块的结构与构造13

2.1.3岩块的风化程度14

2.2岩块的结构面14

2.2.1岩块结构面的成因类型15

2.2.1.1地质成因类型15

2.2.1.2力学成因类型16

2.2.2岩块结构面的规模与分级16

2.2.3岩块结构面特征及其对岩体性质的影响17

2.2.4岩块软弱结构面21

2.2.5结构面的力学性质21

2.2.5.1法向变形与法向刚度21

2.2.5.2剪切变形与剪切刚度22

2.2.5.3结构面的抗剪强度23

2.3岩体24

2.3.1岩体的定义与组成24

2.3.2岩体的结构特征24

2.3.3岩体成因与岩体特征25

2.4岩体的工程分类28

2.4.1岩块的工程分类28

2.4.2岩体的工程分类28

2.4.3岩体工程分类的发展趋势32

思考题32

第3章 岩石的物理、水理与热学性质33

3.1岩石的物理性质33

3.1.1岩石的密度33

3.1.2岩石的空隙性34

3.2岩石的水理性质35

3.2.1岩石的吸水性35

3.2.2岩石的软化性36

3.2.3岩石的抗冻融性36

3.2.4岩石的透水性37

3.2.5岩石的溶蚀性37

3.2.6岩石的膨胀性38

3.3岩石的热学性质38

3.3.1岩石的比热容38

3.3.2岩石的导热系数39

3.3.3岩石的热膨胀系数39

3.3.4岩石的温度效应40

3.4岩石取样及基本性质试验40

3.4.1取样取芯41

3.4.1.1一般地质条件钻芯取样41

3.4.1.2复杂地质体钻芯取样技术42

3.4.2岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验43

3.4.2.1试样制备44

3.4.2.2试样描述44

3.4.2.3主要仪器设备44

3.4.2.4试验程序44

3.4.2.5试验结果整理44

3.4.3岩石比重（颗粒密度）试验45

3.4.3.1试样制备45

3.4.3.2试样描述45

3.4.3.3主要仪器设备45

3.4.3.4试验程序45

3.4.3.5试验结果整理45

3.5岩石密度试验46

3.5.1试样制备46

3.5.2试样描述46

3.5.3主要仪器设备46

3.5.4试验程序47

3.5.5试验成果整理47

3.6岩石耐崩解试验48

3.6.1试样制备48

3.6.2试样描述48

3.6.3仪器设备48

3.6.4试验程序48

3.6.5试验结果整理49

3.7岩石膨胀试验49

3.7.1试样制备49

3.7.2试样描述49

3.7.3主要仪器设备49

3.7.4试验程序50

3.7.4.1自由膨胀率试验程序50

3.7.4.2侧向约束膨胀率试验程序50

3.7.4.3侧向膨胀压力试验程序50

3.7.5试验成果整理51

3.8岩石冻融试验51

3.8.1试样制备51

3.8.2试样描述51

3.8.3主要试验仪器设备52

3.8.4试验程序52

3.8.5试验结果整理52

思考题52

第4章 岩石强度试验53

4.1岩石的抗压强度试验53

4.1.1岩石单轴抗压强度试验53

4.1.1.1试件几何形状及加工精度53

4.1.1.2试验仪器设备54

4.1.1.3试验操作步骤54

4.1.1.4试验报告内容55

4.1.1.5影响岩石单轴抗压强度的因素56

4.1.2岩石饱水抗压强度试验56

4.1.3岩石假（常规）三轴抗压强度试验56

4.1.3.1试样制备57

4.1.3.2假三轴压缩试验仪器及加载方式57

4.1.3.3试验步骤57

4.1.3.4试验数据处理58

4.1.3.5试验报告60

4.1.3.6试验注意事项60

4.2岩石的抗拉强度试验60

4.2.1试样制备61

4.2.2试件描述62

4.2.3主要仪器设备62

4.2.4试验程序62

4.2.5试验结果整理62

4.3岩石的抗剪强度试验62

4.3.1变角板法63

4.3.1.1试样制备63

4.3.1.2主要仪器设备63

4.3.1.3试验步骤63

4.3.1.4试验数据整理64

4.3.1.5试验报告内容65

4.3.1.6试验注意事项65

4.3.2双面（单面）剪切法65

4.3.2.1主要仪器设备65

4.3.2.2试验步骤65

4.3.2.3试验数据整理66

4.3.3结构面的抗剪切强度试验66

4.3.3.1试样制备66

4.3.3.2主要仪器设备67

4.3.3.3试验步骤67

4.3.3.4试验数据整理68

4.3.3.5试验报告内容69

4.3.3.6注意事项69

4.3.4不规则试件抗剪强度试验69

4.4岩石的点载荷试验70

4.4.1试样制备70

4.4.2主要仪器设备70

4.4.3试验程序71

4.4.4试验数据整理72

4.4.5试验报告内容72

4.4.6试验注意事项74

思考题74

第5章 岩石变形试验75

5.1岩石在单轴静态压缩条件下的变形试验75

5.1.1试样制备75

5.1.2仪器设备75

5.1.3试验程序76

5.1.4试验数据整理77

5.1.5试验报告内容78

5.1.6试验注意事项78

5.2岩石在动载荷条件下的变形试验78

5.2.1试样制备78

5.2.2仪器设备78

5.2.3操作步骤79

5.2.4试验数据整理79

5.2.5试验报告内容80

5.2.6试验注意事项80

5.3岩石在特殊条件下的变形试验80

5.3.1岩石在高（低）温条件下的应变测量80

5.3.1.1高（低）温应变片的结构和类型80

5.3.1.2高（低）温应变测量的加热装置82

5.3.2岩石在高压条件下的应变测量83

5.3.2.1应变片和引出导线在高压水下的防护83

5.3.2.2应变片引出导线的密封装置84

5.3.2.3应变片的压力效应85

思考题86

第6章 岩石弯曲拉伸试验87

6.1岩石的三点弯曲试验87

6.1.1试件制备87

6.1.2主要仪器设备88

6.1.3试验程序88

6.1.4试验报告内容89

6.1.5注意事项90

6.2岩石的四点弯曲试验90

6.2.1试验原理90

6.2.2试验程序92

6.2.3试验仪器设备93

6.2.4试验数据整理93

6.3岩石的偏心拉压试验94

思考题95

第7章 岩石流变试验96

7.1岩石单轴压缩流变力学试验96

7.1.1试件选取96

7.1.2试验设备96

7.1.3试验方法97

7.2软岩压缩蠕变特性97

7.3硬岩压缩蠕变特性99

7.4岩体结构面剪切流变力学试验100

7.4.1室内岩体结构面剪切蠕变试验100

7.4.2现场岩体结构面剪切蠕变试验101

7.4.3结构面剪切的蠕变经验方程102

7.4.4应力水平对结构面剪切蠕变变形的影响102

7.4.5蠕变断裂试验104

7.5现场岩体承压板法蠕变试验105

7.5.1承压板蠕变试验原理105

7.5.2承压板蠕变试验地点选择106

7.5.3承压板蠕变试验程序106

7.6岩石变载荷、变温度流变力学试验107

7.6.1阶梯加载蠕变试验107

7.6.2卸载蠕变试验108

7.6.3卸荷三轴压缩流变力学试验109

思考题110

第8章 岩石真三轴力学试验111

8.1真三轴试验仪器及加载方式111

8.1.1刚性板加载112

8.1.2柔性加载112

8.1.3复合加载113

8.2真三轴试验步骤114

8.2.1试件尺寸114

8.2.2试验程序115

思考题115

第二篇 岩石研究性力学试验116

第9章 岩石声波试验116

9.1岩石声波试验基本原理及概念116

9.1.1岩石应力声波分类116

9.1.2岩石弹性波理论117

9.1.3影响岩石声波速度的因素117

9.2岩石的应力-应变过程中的声波试验118

9.2.1岩块声波传播速度室内试验118

9.2.1.1试验装置和试验系统118

9.2.1.2试件制备119

9.2.1.3试验步骤119

9.2.1.4数据整理119

9.2.1.5试验结果120

9.2.2岩块全应力-应变过程与各项声学参数的相关性121

9.3岩体声波现场试验122

9.3.1硐室围岩声波现场试验122

9.3.2围岩松动圈声波现场试验124

9.3.2.1围岩松动圈声波现场试验原理124

9.3.2.2围岩松动圈声波现场试验方法125

思考题128

第10章 岩石冲击倾向性试验129

10.1岩石准静态条件下单轴抗压冲击倾向性试验130

10.2岩石动态条件下单轴抗压冲击倾向性试验132

10.3岩石的冲击倾向试验评判132

10.4岩石冲击倾向性组合试验研究134

思考题134

第11章 岩石渗透力学试验135

11.1岩石渗透基本力学概念及原理135

11.1.1岩石渗透基本力学概念135

11.1.2岩石渗透试验方法136

11.1.2.1瞬态法136

11.1.2.2稳态法137

11.1.2.3两种渗透试验方法的适用范围137

11.1.2.4两种渗透试验方法试验误差分析137

11.2全应力-应变过程的渗透性试验研究138

11.2.1试验仪器设备及其原理138

11.2.2试验操作步骤139

11.2.3试验结果分析139

11.2.3.1砾岩全应力应变过程中的渗透规律139

11.2.3.2粗砂岩全应力应变过程中的渗透规律140

11.2.3.3中砂岩全应力应变过程中的渗透规律140

11.2.3.4细砂岩全应力应变过程中的渗透规律140

11.2.3.5粉砂岩全应力应变过程中的渗透规律140

11.3承压破碎岩石的渗透特性试验140

11.3.1试验原理与方法141

11.3.2试验仪器工作原理142

11.4低渗透岩样的渗透性常规试验143

思考题143

第12章 岩石动态力学试验144

12.1岩石低速冲击应力-应变试验144

12.1.1试验方案144

12.1.2理论计算145

12.1.3试验结果整理146

12.1.4试验报告146

12.2岩石高速冲击应力-应变试验147

12.2.1 SHPB试验147

12.2.1.1 SHPB试验方法和技术147

12.2.1.2 SHPB试验原理147

12.2.2轻气炮冲击试验148

12.2.2.1气炮的选择148

12.2.2.2气炮结构149

12.2.2.3试验方法150

思考题151

第13章 岩体原位试验152

13.1岩层抗拉强度原位试验153

13.1.1试验原理153

13.1.2试验装置155

13.1.3试验方法155

13.1.4试验结果及其分析155

13.2岩体原位应力试验156

13.2.1掌子面的应力场原位试验157

13.2.1.1底板突水预测原位试验157

13.2.1.2岩层水力学特性原位试验159

13.2.2岩体直接剪切试验160

13.3岩体变形原位试验163

13.3.1承压板法163

13.3.1.1试验仪器设备165

13.3.1.2试验步骤166

13.3.2千斤顶法171

13.3.3径向荷载试验173

13.3.4狭缝压力枕荷载试验173

13.3.5环形加载法174

13.4岩体力学性质原位声波试验175

13.4.1单孔法波速试验175

13.4.2跨孔法波速试验175

13.4.3面波法波速试验175

13.4.4断层原位波速试验176

13.4.4.1断层两侧围岩静力学特征176

13.4.4.2断层两侧围岩动力学特征176

13.4.4.3试验程序177

13.4.4.4试验结果分析177

13.4.5硐室围岩松动圈原位波速试验177

13.4.5.1试验基本原理178

13.4.5.2试验仪器设备178

13.4.5.3试验准备178

13.4.5.4试验步骤178

13.4.5.5试验数据整理179

思考题180

第三篇 岩石综合性、设计性力学试验183

第14章 非标准岩样室内力学试验的处理方法183

14.1压缩试验中的圆柱形非标准岩样183

14.1.1单轴压缩试验中的圆柱形非标准岩样183

14.1.2三轴压缩试验中的小直径非标准岩样185

14.2其它规则非标准岩样185

14.2.1立方体、方柱体非标准岩样185

14.2.2梁形非标准岩样185

14.3不规则非标准岩样处理方法186

思考题187

第15章 电阻应变片粘贴技术188

15.1电阻应变片选择188

15.2电阻应变片粘贴方法189

15.2.1电阻应变片粘贴步骤189

15.2.2电阻应变片粘贴注意事项190

15.3电阻应变片连接、布局方法190

15.3.1电桥电路190

15.3.2应变片温度效应及补偿试验192

思考题192

第16章 射流冲击试验193

16.1高压水射流破岩试验193

16.1.1试验方法193

16.1.2试验装置设计194

16.2高压水射流试验195

16.2.1现场试验方法195

16.2.2室内试验方法195

16.3试验结果讨论195

思考题196

第17章 基于数字散斑方法的岩石破坏试验197

17.1数字散斑相关方法力学试验原理及方法197

17.1.1数字散斑相关方法原理197

17.1.2数字散斑方法试验系统200

17.1.3数字散斑方法试验步骤200

17.2数字散斑相关方法在岩层移动相似模拟试验中的应用202

思考题202

第四篇 岩石力学试验新进展203

第18章 岩石扰动效应力学试验203

18.1扰动加载及测量系统的设计选型204

18.1.1扰动加载方式204

18.1.2扰动载荷测量204

18.2岩石流变扰动效应试验系统研制的目的与要求205

18.3岩石流变扰动效应试验系统的结构设计205

18.3.1试验系统的整体结构205

18.3.2试验系统的设计依据205

18.3.3试验系统设计的技术要求206

18.4岩石流变扰动的试验研究206

18.5应变极限邻域及蠕变扰动效应试验208

18.6岩石单轴压缩蠕变扰动效应试验209

18.6.1扰动加载方式209

18.6.2蠕变载荷选择209

18.6.3扰动载荷的确定210

18.7爆破扰动载荷下岩石变形扰动效应试验210

18.7.1试验方法与步骤210

18.7.2试验结果及分析211

18.8岩梁弯曲蠕变扰动效应试验212

18.8.1单级恒载弯曲蠕变试验212

18.8.2分级加载静载弯曲蠕变试验213

18.8.3弯曲蠕变扰动试验213

18.8.3.1连续扰动试验213

18.8.3.2间隔扰动试验214

思考题214

第19章 复杂环境下的岩石力学试验215

19.1水-岩化学作用下的岩石力学试验215

19.1.1水-岩化学作用下的岩石单轴抗压强度试验215

19.1.1.1岩石试件215

19.1.1.2水溶液配置215

19.1.1.3试验方法215

19.1.1.4试验原理及结果分析216

19.1.2水-岩化学作用下的岩石三轴抗压强度试验216

19.2岩石在高渗透压和高地应力环境作用下的力学试验217

19.2.1试验仪器及其原理217

19.2.2试验方法217

19.2.3高渗透水-饱水的岩石三轴抗压强度试验218

19.2.3.1试验设计218

19.2.3.2试验结果分析219

思考题219

第20章 岩石细观、微观力学试验220

20.1岩石细观结构的试验研究220

20.1.1岩石细观结构试验原理221

20.1.2岩石细观结构试验步骤221

20.1.2.1岩样切片制备221

20.1.2.2岩石细观结构图像采集及处理223

20.1.2.3 SEM试验加载224

20.1.3岩石细观结构信息分析224

20.1.3.1岩相分析225

20.1.3.2裂隙识别225

20.1.3.3矿物颗粒边界的识别225

20.1.3.4颗粒形状参数的测量225

20.1.4岩石细观结构变形破坏225

20.2岩石细观力学特性CT试验研究228

20.2.1 CT试验基本原理及CT分析方法228

20.2.1.1 CT试验基本原理228

20.2.1.2 CT分析方法230

20.2.2岩石细观力学CT识别230

思考题231

第21章 固流耦合相似材料模拟力学试验232

21.1固流耦合相似理论232

21.2固流耦合相似材料配比234

21.3三维固流耦合相似模拟试验234

21.3.1试件制作235

21.3.2相似参数235

21.3.3相似材料配比235

21.3.4模型可视性236

21.3.5不同介质材料相似比的耦合236

思考题236

第22章 深部岩体分区破裂、等间距破裂试验237

22.1深部岩体分区破裂试验237

22.1.1双向加载试验方法237

22.1.2三向加载试验方法238

22.1.3围岩分区碎裂化现象相似模拟力学试验238

22.1.3.1试验模型几何尺寸的选取239

22.1.3.2材料配比241

22.1.3.3试验装置241

22.1.3.4试验方法241

22.1.3.5试验结果及分析241

22.2深部岩体等间距破裂相似模拟试验242

22.2.1岩体等间距破裂二维相似模拟试验243

22.2.2岩体等间距破裂三维相似模拟试验244

思考题244

第23章 岩石破坏的红外信息试验及热辐射试验245

23.1岩石破坏过程中的红外辐射力学试验245

23.1.1岩石加载过程中红外辐射变化的机理245

23.1.2岩石破坏热红外观测试验系统的组成与应用条件246

23.1.2.1红外测温246

23.1.2.2红外成像246

23.1.2.3观测频段248

23.1.2.4视场角（聚焦范围）248

23.1.2.5温度分辨率、测温精度与模数转换分辨率248

23.1.2.6空间分辨率与焦平面阵列（FPA）像素数248

23.1.2.7温度场动态连续记录速度249

23.1.2.8温度测量系统249

23.1.2.9试验环境监测与控制249

23.1.2.10试验样本比辐射率参数250

23.1.3岩石破坏热红外观测试验结果251

23.1.3.1微波辐射亮度温度随应力的变化251

23.1.3.2红外辐射波谱随应力的变化252

23.1.3.3红外热像随应力和变形的变化252

23.1.3.4可见光观测结果253

23.2岩梁弯曲热辐射试验254

23.2.1简支梁横弯循环加载试验254

23.2.2岩梁单轴压缩试验254

思考题255

第24章 软岩力学特性试验256

24.1软岩基本属性256

24.1.1可塑性256

24.1.2膨胀性256

24.1.3崩解性257

24.1.4流变性258

24.1.5易扰动性261

24.2软岩分类与分级试验262

24.3软岩的常规力学试验263

24.3.1地质软岩室内试验263

24.3.2软岩抗拉强度试验265

24.3.2.1完整岩样的单轴抗拉特性265

24.3.2.2裂隙岩样的单轴抗拉特性265

24.3.3软岩剪切试验266

24.3.4软岩三轴抗压试验266

24.3.5软岩膨胀性试验267

24.3.6软岩流变性常规试验267

24.3.7工程软岩力学特性试验267

24.4软岩流变大变形模拟试验268

思考题269

第25章 岩石峰后破坏注浆加固试验270

25.1岩石破裂后水泥注浆加固试验270

25.1.1破碎岩石注浆加固试验原理270

25.1.2岩石注浆试验装置270

25.1.3试验过程271

25.1.4试验结果分析271

25.1.5试验结论273

25.2岩石破裂后化学注浆加固试验273

思考题275

参考文献276