结构面剪切条件下岩石声发射的三段性特征
结构面剪切条件下岩石声发射的三段性特征
摘要：简要综述岩石破坏试验过程声发射特征的研究，分析了几种岩石破坏全
过程的声发射特征。结果表明一些岩石在结构面剪切条件下声发射特征存在一定
共性，砂岩、玄武岩的剪应力曲线和累计振铃数、累积能量曲线均呈现“三段性”即：平缓段、增加段、剧增段。
关键词：声发射；斜剪试验；岩石；结构面
1 引言（前言）
岩石声发射的研究起源于美国[1]，在德国科学家Kaiser的成果下推广发展，
目前被应用于岩石内部裂纹发展监测与破坏机理的研究。我国学者对岩石单轴、
三轴受压条件下破坏过程中的声发射特征研究较多，吴刚等（1998）、李庶林等（2004）研究了岩石受压破坏过程不同的阶段中声发射事件特征。赵奎等（2019）研究花岗岩在不同应力水平下破坏产生的次声波信号特征，分析了累计振铃次数
的变化规律。
研究表明岩体强度受结构面抗剪强度影响。针对剪切荷载条件下岩体声发射
事件变化规律尚待完善，周小平和张永兴（2002）总结了岩石在直剪试验下结构
面破坏过程声发射事件数和能率呈现三种不同表现的岩样，并判断持续高水平的
能率能够作为主破坏的前兆。刘建伟（2014）对花岗岩和砂岩进行了三种剪倾角（45?、60?、75?）下岩石声发射同步剪切实验，研究了岩石加载过程中的声发射时频特性。目前岩石破坏的声发射研究中关注岩石受荷条件下声发射事件所呈现
的阶段性、破坏前兆较多，常将声发射事件数、累计振铃值与岩石应力关联，研
究在不同应力阶段声发射事件数的变化。剪切引起岩石的剪应力、剪切位移以及
声发射事件之间的关系研究较少。
2 剪切条件下声发射事件特征
从周喻等的微观试验数据可以发现剪切位移在0~0.11之前破裂频数（声发射事件数）增加较为缓慢（0.15之前几乎无），在0.11至剪切应力峰值之前快速增长，在峰值应力稍后剧烈增长。因此从微观的破裂事件出发可以将剪切位移、剪
应力和声发射特征联系起来，这方面的工作目前较为少见。
许江等[对三种不同含水量（饱和度0%、50%、100%）砂岩进行剪切试验并
分析过程中的声发射特征，同样发现了剪应力峰值之后声发射事件数激增，含水
量的增加会减小声发射活动的强度，使声发射事件峰值提前。聂百胜等在对三个
不同产地煤岩样品剪切过程中的声发射和电磁辐射变化研究发现，声发射和电磁
辐射现象呈现“初期高、中间平、破坏前逐渐增强”与“全程逐渐增强直至破坏”两
种类型，可以利用该现象对灾害进行预警。
a. 灰岩
b. 砂岩
c. 玄武岩
图1 不同岩石典型应力-剪切位移-累计振铃计数时间关系曲线
四种典型岩石在结构面剪切条件下应力、剪切位移和累计振铃计数随时间变
化情况，以及应力、剪切位移和累计能量随时间变化情况分别如图1所示。
3.结束语
砂岩、玄武岩的剪应力曲线和累计振铃数、累积能量曲线及灰岩的剪应力
（与剪切位移的关系）均呈现上文所述的“三段性”即：平缓、增加、剧增，与周
喻的0.5MPa法向荷载岩石节理直剪试验模拟结果符合，且振铃计数峰值出现在
不同加载条件下岩石材料破裂过程的声发射特性研究_李庶林
第32卷 第1期 岩 土 工 程 学 报 Vol.32 No.1 2010年 1月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Jan. 2010 不同加载条件下岩石材料破裂过程的声发射特性研究 李庶林1，唐海燕2 （1.厦门大学建筑与土木工程学院，福建 厦门 361005；2.长沙矿山研究院，湖南 长沙 410012） 摘 要：在刚性压力机上对岩石进行单轴全过程加载和加卸载试验，测试岩石材料在不同加载条件下受力变形过程的应力–应变、应力–时间–声发射事件累计值、应力–时间–声发射事件率关系曲线。在试验结果的基础上，分析了加载时岩石全过程声发射特性、加卸载时岩石在卸载和重复加载时的声发射特性。试验表明：在不同的应力水平进行人为卸载时在卸载过程中岩石都会产生明显的声发射；在应力水平低于峰值强度的50%时卸载后的重复加载过程中，在未达到前次加载应力水平之前时岩样的声发射事件数很少（事件率很小）或不产生声发射，即出现典型的Kaiser效应现象；而在超过60%峰值强度的应力水平卸载后的重复加载过程中则出现明显的声发射现象，即出现所谓的Felicity 现象；在加载和加卸载试验中，岩石峰后破坏过程中都产生大量的声发射事件。试验还表明，对于具有中压突增型声发射特性的岩样，都有峰值前出现声发射相对平静期现象的特点。 关键词：岩石声发射；加卸载；相对平静期；Kaiser效应；Felicity现象 中图分类号：TU458 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2010)01–0147–06 作者简介：李庶林(1963–)，男，江西永修人，博士，教授，主要从事岩石力学、岩土工程、声发射与微地震监测技术方面的教学和研究工作。E-mail: shulin.li@https://www.wendangku.net/doc/b98449512.html,。 Acoustic emission characteristics in failure process of rock under different uniaxial compressive loads LI Shu-lin1, TANG Hai-yan2 （1. Architectural and Civil Engineering College of Xiamen University, Xiamen 361005, China; 2. Changsha Institute of Mining Research, Changsha 410012, China） Abstract: Experiments on acoustic emission (AE) characteristics of full-regime rock failure are carried out with stiffness test machine (MTS) under uniaxial loading, cyclic loading-unloading conditions to obtain the relations of stress-strain, stress-time-accumulative counts of AE, stress-time-AE rates. Based on the test results, the AE characteristics of loading process, unloading and reloading of loading-unloading process are analyzed. The results show that AE phenomena can apparently appear during the process of unloading. When being reloaded under the stress level not more than 50% of the peak stress, there are less or little AE counts occurring as long as the stress level is not more than the previous loading stress level, that means the Kaiser effect occurs. While reloading is made again on the stress-level of over 60% of the peak stress, there occurs obviously AE events, that is so-called the Felicity phenomenon. Rock samples show a large amount of AE events in the post-peak region for both loading and loading-unloading processes. And the results also show that there exists a relatively tranquil period phenomenon of AE for all samples of the style of AE abruptly increasing during middle stress stage. Key words: acoustic emission of rock; loading-unloading; relatively tranquil period; Kaiser effect; Felicity phenomenon 0 前 言 岩石声发射是岩石材料受力过程中其内部原生裂纹和缺陷的扩展以及新的微破裂的孕育、萌生、演化、扩展和断裂过程所释放的弹性波。自20世纪中期以来，岩石声发射技术已广泛应用于隧道、边坡、水电等地下工程和矿山地压与安全监测中[1]。在岩石受力破坏过程的声发射特性方面，国内外一些学者进行过广泛的室内实验研究，包括岩石受压、张拉、剪切和断裂试验条件下的声发射特性研究等。50年代前苏联研究了岩石的声发射特性并用于矿山地压的监测中；60年代初期，Mogi对岩石进行了大量的声发射实验研究，探讨了受压岩石破裂过程的声发射特性[1]；70 ─────── 基金项目：国家自然科学基金项目（10572122）；国家863计划项目（2006AA06Z117）；国家科技部社会公益项目（2004DIB3J137） 收稿日期：2008–12–19
各种常见岩石
各种常见岩石特征描述 岩石名称特征描述图片板岩slate 具特征板状构造的浅变质岩石，基本没有重结晶，沿板理方向可以剥成薄片。颜色随其所含有的杂质不同 而变化，含铁的为红色或黄色；含碳质的为黑色或灰色；含钙的遇盐酸会起泡，因此一般以其颜色命 名分类，如灰绿色板岩、黑色板岩、钙质板岩等。由黏土岩、粉砂岩和中酸性凝灰岩经轻微变质作用 所形成。可以作为建筑材料和装饰材料。 千枚岩Phyllite 千枚岩是具有千枚状构造的低级变质岩石。原岩通常为泥质岩石（或含硅质、钙质、炭质的泥质岩）、粉砂岩及中、酸性凝灰岩等，经区域低温动力变质作用或区域动力热流变质作用的底绿片岩相阶段形成。主要由细小的绢云母、绿泥石、石英等矿物组成。岩石具细粒鳞片变晶结构，片理面上具有明显的丝绢光泽，并常具皱纹构造。变质程度介于板岩和片岩之间。典型的矿物组合为绢云母、绿泥石和石英，可含少量长石及碳质、铁质等物质。 片岩schist 具有明显片状构造的区域变质岩石，原岩已全部重结晶，由片状、柱状和粒状矿物组成。岩石具鳞片变晶结构、纤状变晶结构和斑状变晶结构。石英含量一般大于长石，长石含量常少于25%~30%，按主要片状或柱状矿物的不同可分为云母片岩、滑石片岩、石墨片岩等。片岩的类型主要取决于原岩类型，也与经历的温度压力条件密切相关。主要有云母片岩类、钙硅酸盐片岩类、绿片岩类（原岩一般为中性至基性的火山岩、火山碎屑岩和钙质白云质泥灰岩等，经低级区域变质作用形成，是绿片岩相中常见的典型岩石。矿物成分主要有绿泥石、绿帘石、阳起石、钠长石、石英、方解石、白云母，副矿物有磁铁矿、榍石、磷灰石等。 ）、镁质片岩类、闪石片岩类、蓝闪片岩类等。
认识几种常见的岩石(一次修改稿)
认识几种常见的岩石 执教老师：台州市临海大洋小学徐寒英 教学目标： 科学概念： 1、初步认识板岩、砂岩、花岗岩、大理岩、石灰岩、砾岩等几种常见的显著特 征。 2、不同种类的岩石在结构和构造上有不同的特征。 过程与方法： 1、观察、记录、描述几种常见岩石的颜色、结构、构造。 2、根据岩石的特征对照有关资料识别岩石。 3、根据需要对岩石进行观察、比较、及查阅相关资料。 情感态度价值观： 1、认识到认真细致的观察、比较、记录和描述的重要。 2、通过说说猜猜的组织形式，培养学生科学交流的质疑意识和互动有效性。 3、培养收集、研究岩石的兴趣。 重点：观察、记录、描述几种岩石的特征。 难点：1、描述岩石。2、根据岩石的特征对照资料识别岩石。 分组实验：1号花岗岩、2号大理岩、3号石灰岩、4号板岩、5号砂岩、6号砾岩、镊子、滴管、滴瓶、稀盐酸、放大镜、水杯、湿毛巾、玻璃皿。演示实验：岩石标本、滴管、稀盐酸、滴瓶、玻璃皿、相关课件 课前游戏： 师：我们先来玩一个说说猜猜的游戏，老师描述出我们班某一位同学的体貌特征，请大家猜猜他是谁。他黑头发、两只眼睛、二只耳朵、一个鼻子、一张嘴，他是谁？ 师：也就是说我们无法说出他具体是谁！那你觉得老师应该怎样描述？是啊！只有描述出这位同学区别于其他同学的，最好是独一无二的明显特征，别人才容易猜出来。 师：哪位同学能描述出某位同学的明显特征。 生：描述（2个） 师：（你成功了！说明你已经描述出这位同学的明显特征了，或是：这位同学还有没有最最明显的特点）现在改变一下方式，谁来描述让老师来猜，我能猜出来，你们就成功了！谁来描述？ 生：描述。 师：说实话，老师还真不能一下子猜出来！能不能把这位同学最最明显的特点描述出来？看来说说猜猜的游戏，说的人一定要抓住明显的特征来描述。猜的人一定要熟悉、认识被猜的对象。 教学过程： 一、引入课题（1分） 有请今天说说猜猜的主角闪亮登场（出示：几种常见的岩石图片）它们是我们生活中常见的岩石，要说说猜猜这些岩石，首先得认识它们。（板书：认识几种常见的岩石） 二、观察岩石实验（9分） 1、讨论观察方法
常用岩土材料参数和岩石物理力学性质一览表
(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3
流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5） 不排水的泊松比为：
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：
岩石峰值应力前后声发射特性研究
岩石峰值应力前后声发射特性研究-工程论文 岩石峰值应力前后声发射特性研究 段晓亮DUAN Xiao-liang；鲁会军LU Hui-jun （昆明理工大学国土资源工程学院，昆明650093） （Faculty of Land Resource Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China） 摘要：采用TAW-2000D微机控制电液伺服岩石三轴试验机和SDAES型数字声发射仪组成的动态测试系统，对云南大红山铜矿白云岩进行了单轴压缩条件下的声发射试验，研究岩石在峰值应力前后声发射特性。试验结果表明：加载早期就有声发射活动，岩样在试验接近峰值强度时单位时间内的应力增长速度减小、声发射事件率出现明显下降，即出现相对平静期，峰值强度后的声发射现象仍然明显。 Abstract：This paper uses the TAW-2000D computer to control the dynamic testing system consisting of servo triaxial testing machine and SDAES digital acoustic emission analyzer，conducts the acoustic emission test of the Yunnan Dahongshan copper mine dolomite under the uniaxial compression condition，and studies the acoustic emission characteristics of rock before and after reaching the peak stress. The results show that：there is acoustic emission activity in the early loading period，the per unit time stress growth rate of rock sample decreases when the test near peak intensity，acoustic emission rate decreases significantly，namely appears the relatively quiet period，and the
三大岩石的主要特征以及类型
地球科学概论 地球上的岩石千变万化，它是一种或多种矿物的集合体，它是构成地壳的基本部分。按其成因可分为三大类：岩浆岩(火成岩)、沉积岩和变质岩。 一、三大岩石的主要特征以及类型 （一）、岩浆岩 岩浆岩又称火成岩，是由地壳下面的岩浆沿地壳薄弱地带上升侵入地壳或喷出地表后冷凝而成的。岩浆是存在于地壳下面高温、高压的熔融状态的硅酸盐物质(它的主要成分是SiO2，还有其他元素、化合物和挥发成分)。岩浆内部的压力很大，不断向压力低的地方移动，以至冲破地壳深部的岩层，沿着裂缝上升，喷出地表；或者当岩浆内部压力小于上部岩层压力时迫使岩浆停留下，冷凝成岩。 1、岩浆岩的主要特征 ①构造特征：岩浆岩中有一些自己特有的结构和构造特征，比如喷出岩是在温度、压力骤然降低的条件下形成的，造成溶解在岩浆中的挥发份以气体形式大量逸出，形成气孔状构造。当气孔十分发育时，岩石会变得很轻，甚至可以漂在水面，形成浮岩等； ②冷凝特征：岩浆岩是由岩浆直接冷凝形成的岩石，因此，具有反映岩浆冷凝环境和形成过程所留下的特征和痕迹，与沉积岩和变质岩有明显的区别。2、岩浆岩的分类 依冷凝成岩时的地质环境的不同，将岩浆岩分为三类： 喷出岩(火山岩)：岩浆喷出地表后冷凝形成的岩浆岩称为喷出岩。在地表的条件下，温度下降迅速，矿物来不及结晶或者结晶差，肉眼不易看清楚。如流纹岩、安山岩、玄武岩等; 浅成岩：岩浆沿地壳裂缝上升至距地表较浅处冷凝形成的岩浆岩。由于岩浆压力小，温度下降较快，矿物结晶较细小。如花岗斑岩、正长斑岩、辉绿岩等; 深成岩：岩浆侵入地壳深处(约距地表3公里)冷凝形成的岩浆岩。由于岩浆压力大，温度下降缓慢，矿物结晶良好。如花岗岩、正长岩、辉长岩等。 其中，深成岩和浅成岩又统称侵入岩。
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
阅读理解-秦四清 《岩石声发射技术概论》
秦四清 《岩石声发射技术概论》 大部分材料都是非均质的和有缺陷的，在外应力作用下 ，内部强度较低的微元体在局部应力集中到某一程度时发生破坏（产生塑性变形），使局部应力松弛，产生应力降，造成局部区域快速卸载，因而产生声发射。材料产生声发射的必要条件是：（1）局部塑性变形或断裂产生应力降；（2）快速卸载，如果卸载的时间较长，释放的能量减小，就可能使灵敏度较低的检测仪器检测不到声发射信号。此外，仪器能否接受到信号还与材料的性质有关，如果材料的衰减系数很大，也有可能接受不到信号。P8 一个瞬变信号的能量定义为201()E V t dt R ∞=?，式中R 是电压测量电路的输入阻抗，()V t 为与时间有关的电压。据此，将声发射信号的幅度平方，然后进行包络检波，求出检波后的包络线所围的面积，作为信号所包含的能量的量度。P13 塑性变形及微裂纹成核产生的声发射： 在应力作用下，位错源的作用使一个晶粒内的屈服强度降低了，由此释放的能量是 22 3()2i q E d E σσ-= 微裂纹成核时释放的能量为： 15222[()]th q i Gb E k d d σσ=+，式中12[]2(1) th b k E σγ=+ 在微裂纹成核时释放的能量比塑性变形时大，且此时起作用的位错源也最多，那么有可能在微裂纹成核时，即在屈服应力处，声发射率出现峰值。（对真三轴也成立）P23 脆性岩石中晶粒断裂产生的声发射释放的能量： 232q E d E σ=，式中E 为弹性模量。若把阀值应力视为晶粒开始断裂所对应的应力，则初始声发射（应力为0σ）释放的能量为：2 302q E d E σ= P25 声发射不仅取决于材料所处的应力状态，而且取决于材料的力学性质，即强度特性。声发射总数与加载速率无关，声发射率与加载速率有关。P26 低脆性岩石裂纹尖端塑性变形过程产生的声发射释放的能量： 23 442232212364(1)(3) m s q I I A m B E K A K m m σπ-==+-，3A 为常数。2A 为与材料性质有关的常数，2m 为硬化指数的倒数。P30 脆性岩石中裂纹扩展产生的声发射释放的能量： 试验数据表明，晶粒断裂对声发射的贡献很小，声发射主要来自于原有裂纹的增量。对于脆性岩石，声发射主要与裂纹扩展有关。 当裂纹扩展a ?时，释放的应变能：'2 q I E AK a =? P34 由于声发射率与应力强度因子及裂纹长度增量有较弱的对数依赖关系，一旦充分超过声发射的应力强度因子阀值，则声发射率主要与裂纹扩展速率有关。
认识几种常见的岩石
《认识几种常见的岩石》教学设计 【设计意图】 自然界的岩石种类是数不胜数的，面对这些岩石，学生该如何去辨别呢？这节课的标题是《认识几种常见的岩石》，通过观察，对比资料，这节课认识了这几种常见的岩石，但是时间一久，学生又马上会忘记。所以，这节课我在设计时把核心目标定位在“方法”上——通过观察几种常见的岩石，初步尝试像科学家那样用科学系统的方法来辨别岩石。希望通过活动，学生能认识其中的几种岩石，但最重要的还是学生尝试并初步学会这种方法的使用。 【教材分析】： （一）背景和目标 本课指导学生认识几种常见的岩石一页岩、砂岩、花岗岩、石灰岩、大理岩的特征。在观察上，不再只停留在颜色、光滑还是粗糙、是否透明等这些常见的物质属性方面，而是要进一步从岩石的结构、构造等方面进行观察。这是由于岩石是在各种不同地质条件作用下产生的，是按一定的结构和构造构成的，由矿物组合而成的矿物集合体。页岩、砂岩、花岗岩、石灰岩、大理岩这几种岩石从成因上分类分别属于沉积岩、岩浆岩、变质岩，在结构和构造上有显著的不同。通过本课教学，不仅认识这几种岩石的特性，还要进一步提高学生的观察能力和探究能力。这将为今后理解岩石的特性和成因之间的关系奠定一定的基础。 本课内容分为两部分:一是“进一步观察岩石”，二是“怎样识别它们”。 (二)教学准备： 1、分组实验器材：标签或记号笔。 2、教师演示器材:页岩、砂岩、花岗岩、石灰岩、大理岩，滴管、稀盐酸、放大镜、岩石标本，滴管、稀盐酸，有关岩石用途的课件。 (三)教材说明 本课的重点是观察、记录几种岩石的特征。难点是根据岩石的特征对照资料识别它们。 第一部分:进一步观察岩石 在第一课初步了解到岩石的外部特征后，本课通过对几种常见岩石的观察和识别，指导学生进一步学习观察岩石的方法。教材选用的是页岩、砂岩、石灰岩、砾岩、花岗岩、大理岩。为什么选用这几种岩石呢，因为这几种岩石比较普遍又容易找到，还被人们在生产和生活中广泛应用。从成因上分类，它们分属沉积岩、岩浆岩、变质岩，在结构和构造上特征明显。 “进一步观察岩石”的活动有两个目的:一是指导学生学习新的观察方法，二是引导学生关注岩石的本质特征，比如结构、构造等。结构主要指组成岩石的矿物颗粒的颜色、形状、大小，以及相互关系等。构造主要指各组成岩石的矿物的排列方式和充填方式所赋予
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
单轴压缩下岩石声发射定位实验的影响因素分析_许江
第27卷第4期岩石力学与工程学报V ol.27 No.4 2008年4月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April，2008单轴压缩下岩石声发射定位实验的影响因素分析 许江，李树春，唐晓军，陶云奇，姜永东 (重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆 400044) 摘要：应用声发射及其定位技术，在单轴压缩载荷作用下，采用实验方法观察重庆细砂岩试样破裂失稳过程中其内部微裂纹孕育、发展的三维空间演化模式，研究岩石声发射定位实验的影响因素。实验结果表明：(1) 端部摩擦对岩石破裂过程中的声发射特征影响显著，采用1∶1(质量比)硬脂酸和凡士林的混合物作为减摩剂进行AE定位实验，在试样初始压密阶段基本没有AE事件，取得较好的效果。(2) 重庆细砂岩的AE定位事件主要分布在中部，呈散漫分布，两端没有明显的条带丛集现象，中部没有得到声发射定位事件的“空白区”，通过与相关成果的对比，说明岩石的种类、构造和均匀程度是AE定位实验的主要影响因素之一。(3) 加载方式和加载的控制方式会直接影响岩石试样破坏的进程和程度，从而影响AE事件。(4) 通过重庆细砂岩试样疲劳荷载AE定位实验说明加载历史对AE时间序列及AE事件均有影响。以上实验和分析结果可以为岩石声发射定位实验的方案设计提供参考。 关键词：岩石力学；声发射；岩石破裂；裂纹；单轴荷载 中图分类号：TU 458+.3 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)04–0765–08 INFLUENTIAL FACTORS OF ACOUSTIC EMISSION LOCATION EXPERIMENT OF ROCK UNDER UNIAXIAL COMPRESSION XU Jiang，LI Shuchun，TANG Xiaojun，TAO Yunqi，JIANG Yongdong (Key Laboratory for the Exploitation of Southwestern Resources and the Environmental Disaster Control Engineering，Ministry of Education，Chongqing University，Chongqing400044，China) Abstract：Acoustic emission(AE) technique can be used to monitor the microcracks development in the rock test samples continuously in real-time；it is better than other methods. AE location technique is employed to study crack initiation and propagation process of Chongqing sandstone. Also，the crack spatial evolution mode with loading time has been observed and the influential factors of AE location experiment of the sandstone have been discussed. The experimental results are displayed as follows. (1) The attrition of the tip of the sample has remarkable influence on AE characteristic in the rock failure process；and the mixture of the stearic acid and the vaseline(weight ratio 1∶1) is used as attrition-reduced agent to the AE location experiment. No AE event is found when the initial crack is closed；it will obtain a better effect. (2) The AE location of the Chongqing sandstone test sample mostly is distributed in central-section and assumes dispersion. No void space is shown in the central-section of the sample. Contrasted with the relevant studies，it is shown that the rock type，the structure and the level of uniformity are the major influential factors. (3) The load mode and the load control mode can directly affect the rock failure process so as to affect the AE events. (4) AE location experiment of the Chongqing sandstone test sample under fatigue load shows that the load history affects the AE time series and the AE events. The experimental and analytical results can afford useful help for the program design of AE location experiment of 收稿日期：2007–10–16；修回日期：2007–11–27 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50574108)；国家自然科学基金重点项目(50534080)；教育部博士点基金资助项目(20060611006) 作者简介：许江(1960–)，男，博士，1982年毕业于重庆大学采矿系矿山工程物理专业，现任教授、博士生导师，主要从事岩石力学与工程方面的教学与研究工作。E-mail：jiangxu@https://www.wendangku.net/doc/b98449512.html,
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；
几种常见岩石的辨别和描述
几种常见岩石的辨别和描述（野外编录） 三种常见的岩浆岩： 1．花岗岩是分布最广的深成侵入岩。主要矿物成分是石英、长石和黑云母，颜色较浅，以灰白色和肉红色最为常见，具有等粒状和块状构造。花岗岩既美观抗压强度又高，是优质建筑材料。 2．橄榄岩侵入岩的一种。主要矿物成分是橄榄石及辉石，深绿色或绿黑色，比重大，粒状结构。是铂及铬矿的惟一母岩，镍、金刚石、石棉、菱铁矿、滑石等也同这类岩石有关。 3．玄武岩一种分布最广的喷出岩。矿物成分以斜长石、辉石为主，黑色或灰黑色，具有气孔构造和杏仁状构造，玄武岩本身可用作优良耐磨的铸石原料。 (沉积岩) 又叫“水成岩”。是在常温常压条件下岩石遭受风化作用的破坏产物，或生物作用和火山作用的产物，经过长时间的日晒、雨淋、风吹、浪打，会逐渐破碎成为砂砾或泥土。在风、流水、冰川、海浪等外力作用下，这些破碎的物质又被搬运到湖泊、海洋等低洼地区堆积或沉积下来，形成沉积物。随着时间的推移，沉积物越来越厚，压力越来越大，于是空隙逐渐缩小，水分逐渐排出，再加上可溶物的胶结作用，沉积物便慢慢固结而成岩石，这就是沉积岩。沉积岩分布极广，占陆地面积的75％，是构成地壳表层的主要岩石。四种常见的沉积岩： 1．砾岩一种颗粒直径大于2毫米的卵石、砾石等岩石和矿物胶结而成的岩石，多呈厚层块状，层理不明显，其中砾石的排列有一定的规律性。 2．砂岩颗粒直径为0．1～2毫米的砂粒胶结而成的岩石。分布很广，主要成分是石英、长石等，颜色常为白色、灰色、淡红色和黄色。
3．页岩由各种黏土经压紧和胶结而成的岩石。是沉积岩分布最广的一种岩石，层理明显，可以分裂成薄片，有各种颜色，如黑色、红色、灰色、黄色等。 4．石灰岩俗称“青石”，是一种在海、湖盆地中生成灰色或灰白色沉积岩。主要由方解石的微粒组成，遇稀盐酸会发生化学反应，放出气泡。石灰岩的颜色多为白色、灰色及黑灰色，呈致密块状。 变质岩：地壳中的火成岩或沉积岩，由于地壳运动、岩浆活动等所造成的物理、化学条件的变化，使其成分、结构、构造发生一系列改变，这种促成岩石发生改变的作用称为变质作用。由变质作用形成的新岩石叫做变质岩，例如由石英砂岩变质而成的石英岩，由页岩变质而成的板岩，由石灰岩、白云岩变质而成的大理岩。变质岩常有片理构造。三种常见的变质岩： 1．大理岩由石灰岩或白云岩重结晶变质而成。颗粒比：石灰岩粗，矿物成分主要为方解石，遇酸剧烈反应，一般为白色，如含不同杂质，就有各种不同的颜色。大理岩硬度不大，容易雕刻，磨光后非常美观，常用来做工艺装饰品和建筑石材。 2．板岩由页岩和黏土变质而成。颗粒极细，矿物成分只有在显微镜下才能看到。敲击时发出清脆的响声，具有明显的板状构造。板面微具光泽，颜色多种多样，有灰、黑、灰绿、紫、红等，可用做屋瓦和写字石板。 3．片麻岩多由岩浆岩变质而成。晶粒较粗，主要矿物成分为石英、长石、黑云母、角闪石等。矿物颗粒黑白相间，呈连续条带状排列，形成片麻构造。岩性坚，但极易风化破碎。 C、(矿物) 是地壳内外各种岩石和矿石的组成部分，是具有一定的化学成分和物理性质的自然均一体。大部分矿物是固体，也有的是液体(如自然汞、石油)或气
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。