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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