岩石硬度及塑性系数的测定-石工11-10-于洋(11021455).doc

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1、中国石油大学（岩石硬度及塑性系数的测定）实验报告实验日期：2014-10-08成绩：班级：石工11-10班学号：11021455姓名：于洋教师：郭辛阳同组者：杨阳、陈曦、肖良飞岩石硬度及塑性系数的测定一、实验目的1．通过实验了解岩石的物理机械性质；2．通过实验，学习掌握岩石硬度、塑性系数的测定方法。二、实验原理1．测量原理利用手摇油泵将液压油压入液压罐，推动液压罐的活塞上升，使位移传感器与岩心托盘侧面伸出的铁片接触、岩样与压模接触，随着压力的增加，压模将逐渐压入岩样，压入的深度由位移传感器测出，压力由载荷传感器测出，测出的数据自动存入函数

2、记录仪。将函数记录仪中的数据文件转存入U盘，在计算机上利用专用软件提取“位移”和“载荷”数据，作岩石的变形曲线，如图1所示。其中，a为脆性岩石，其特点是OD段为弹性变形阶段，达到D点后即发生脆性破碎；b为塑脆性岩石，其OA段为弹性变形阶段，AB段为塑性变形区，到达B点时产生脆性破碎；c为塑性岩石，施加不大的载荷即产生塑性变形，其后变形随变形时间的延长而增加，无明显的脆性破坏现象图1压模压入岩石时的变形曲线对于脆性岩石和塑脆性岩石，它们最终都产生了脆性破碎，岩石的硬度为：(1)式中：——岩石的硬度，MPa；p——岩石产生脆性破坏时的载荷，N

3、；S——压模压头的底面积，mm2。岩石的屈服极限是指使岩石发生塑性变形所需的应力。对于塑脆性岩石和塑性岩石，取其产生屈服（即从弹性变形开始向塑性变形转化）时的载荷Po，则屈服极限的计算公式为：(2)式中：——岩石的屈服极限，MPa。对于塑性岩石，由于岩石未发生脆性破坏，用屈服极限来衡量岩石的抗压入强度。岩石的塑性系数是定量表征岩石塑性及脆性大小的参数。塑性系数为岩石破碎前耗费的总功AF与岩石破碎前弹性变形功AE的比值，计算依据图1中岩石的变形曲线。以塑脆性岩石为例，计算公式为：（3）2.实验设备实验中使用岩石硬度仪来测量岩石的压入硬度及塑

4、性系数，如下图2和图3所示。该设备主要由手摇泵，液压罐，压模，载荷传感器，位移传感器，下板，支柱，上板和函数记录仪等构成。图2岩石硬度仪结构示意图图3岩石硬度仪实物图三、实验步骤1．岩样制备：本实验中岩样已制备好，直接使用即可。2．测量压模压头直径：本实验中压模压头直径统一为2mm。3．打开岩石硬度仪，放置岩样，调整位移传感器位置。4．缓慢加载压入岩石表面：顺时针操作手摇泵，使液压罐活塞推动岩心托盘和岩样慢慢上升，当函数记录仪显示载荷数据有变化时，说明岩样与压头已接触上。用手摇泵慢速均匀加载，直到岩石表面破碎（破碎时载荷数据突然下降，操作

5、手柄的阻力突然减小），停止加载，逆时针缓慢卸载。该点测试完毕。（注意：载荷传感器量程为2000kg，防止超量程损坏传感器。）5．测量岩石表面不同点的硬度。6．导出数据：按函数记录仪面板上的“设置”键两次，出现报警界面，再按“V”键4次，根据提示插入U盘，导出数据文件（文件为“.dat”数据文件，包含位移和载荷数据），完毕后按“菜单”键返回，拔出U盘。7．提取测量数据，作“位移—载荷”关系曲线。四、实验数据表1原始数据表位移/mm-1.043-0.987-0.92-0.88-0.859-0.844-0.825载荷/kg-4-4-204611

6、位移/mm-0.805-0.778-0.764-0.755-0.748-0.742-0.736载荷/kg15212732374349位移/mm-0.73-0.723-0.711-0.703-0.697-0.686-0.679载荷/kg567085102114130147位移/mm-0.662-0.646-0.636-0.616-0.6-0.586-0.567载荷/kg172205235264297332362位移/mm-0.55-0.534-0.513-0.4920.1170.1450.152载荷/kg399421445480596766

7、图4位移载荷曲线五、数据处理（1）、岩石的硬度由图上可以读出载荷的最大值是P=481Kg,且压膜d=2mm，则岩石硬度为：按照岩石硬度六类12级的依据分类，该岩石的硬度为中硬6级。（2）、岩石的塑性系数岩石的塑性系数的计算公式为：由图可知，两面积非常接近，比值约等于1。故塑性系数为：=1由岩石的塑性系数分类标准知：实验中所用的岩石属于脆性1级（3）、岩石的屈服极限P由载荷—位移曲线可以读出:P0=481Kg,因此有（4）、综合上述知岩石的性质如下表：岩石名称硬度Py屈服极限塑性系数k硬度级别塑性级别灰岩1501.2MPa1501.2MPa

8、1中硬6级脆性1级六、思考题1．测量的岩石变形曲线不规则是什么原因，分析与操作的关系？答：在操作过程中使用手摇泵进行加载，很难实现匀速转动，难以达到均匀加载的效果，所以载荷变化不稳定，导致曲线