实验一岩石硬度及塑性系数的测定1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。2实验仪器、设备岩石硬度仪示意图见图1，由函数纪录仪、载荷传感器、位移传感器和其主体组成。岩石硬度仪主体由手摇泵、液压罐、支柱、上板、下板、压模组成，并可固定载荷传感器、位移传感器及岩样，位移传感器的转换器固定在函数纪录仪的外罩上。载荷传感器位移传感器上板压模支柱夜压罐函数记录仪手摇泵下板图1岩石硬度仪示意图（1）手摇泵：手摇泵容积为100mL，最大压强为20MPa，主要由泵桶、丝杠、丝杠压帽、活塞、堵头、堵头压帽、手轮、手柄组成。（2）液压罐：液压罐的目的是将手摇泵施加的压力通过液缸内的液体推动活塞，带动岩心托盘上的岩样与压模接触、压裂，进而实现实验目的。液压罐主要由液缸、压帽、活塞、活塞压盘、垫块、岩心托盘组成
实验一 岩石硬度及塑性系数的测定 1 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。 2 实验仪器、设备 岩石硬度仪示意图见图 1，由函数纪录仪、载荷传感器、位移传感器和其主体 组成。岩石硬度仪主体由手摇泵、液压罐、支柱、上板、下板、压模组成，并可 固定载荷传感器、位移传感器及岩样，位移传感器的转换器固定在函数纪录仪的 外罩上。 图 1 岩石硬度仪示意图 （1）手摇泵：手摇泵容积为 100mL，最大压强为 20MPa，主要由泵桶、丝杠、 丝杠压帽、活塞、堵头、堵头压帽、手轮、手柄组成。 （2）液压罐：液压罐的目的是将手摇泵施加的压力通过液缸内的液体推动活 塞，带动岩心托盘上的岩样与压模接触、压裂，进而实现实验目的。液压罐主要 由液缸、压帽、活塞、活塞压盘、垫块、岩心托盘组成 液压罐 压模 位移传感器 载荷传感器 上板 支柱 手摇泵 函数记录仪 下板
（3）压模：压模是由高强度钢制成胚体后镶入硬质合金压头，将硬质合金锥磨成柱体，压头直径d=2mm。硬质合金图2平底圆柱压头（4）支柱与上下板：支柱与上下板都有高强度钢制成，支柱的直径和上下板的厚度具有足够的强度满足实验的需求。（5）位移传感器、载荷传感器：载荷传感器固定在上板上。位移传感器固定在左支柱上，可上下移动。位移传感器用来测定压模压入岩样的深度，载荷传感器用来测定压模压碎岩样所用的力。（6）函数记录仪：采用多通道液晶数显仪，可实时观看图形显示或数字显示，并具有记忆功能，可将实验的数据记录下来，用U盘导入计算机进行编辑。3实验原理利用手摇泵加压，压力传递给压模（硬质合金压头），岩样与压头和位移传感器接触后，用手摇泵慢速均匀加载，压头吃入岩样直至破碎，函数记录仪记录整个过程的载荷与位移值，通过载荷与位移的关系曲线计算岩石硬度和塑性系数。4实验步骤（1）岩样制备：将岩石切割成正方（圆柱）体，其高度不小于50mm，被测量断面应加以研磨，使岩样平滑且互相平行（直径50mm的岩样两端面不平行度不应超过5mm），岩样制备后应在低于100℃的烘箱中烘干2-2.5小时，然后放在干燥箱内备用。（2）用读数显微镜测出压模压头的直径并记录
（3）压模：压模是由高强度钢制成胚体后镶入硬质合金压头，将硬质合金锥 磨成柱体，压头直径 d=2mm。 图 2 平底圆柱压头 （4）支柱与上下板：支柱与上下板都有高强度钢制成，支柱的直径和上下板 的厚度具有足够的强度满足实验的需求。 （5）位移传感器、载荷传感器：载荷传感器固定在上板上。位移传感器固定 在左支柱上，可上下移动。位移传感器用来测定压模压入岩样的深度，载荷传感 器用来测定压模压碎岩样所用的力。 （6）函数记录仪：采用多通道液晶数显仪，可实时观看图形显示或数字显示， 并具有记忆功能，可将实验的数据记录下来，用 U 盘导入计算机进行编辑。 3 实验原理 利用手摇泵加压，压力传递给压模（硬质合金压头），岩样与压头和位移传 感器接触后，用手摇泵慢速均匀加载，压头吃入岩样直至破碎，函数记录仪记录 整个过程的载荷与位移值，通过载荷与位移的关系曲线计算岩石硬度和塑性系数。 4 实验步骤 （1）岩样制备：将岩石切割成正方（圆柱）体，其高度不小于 50mm，被测 量断面应加以研磨，使岩样平滑且互相平行（直径 50mm 的岩样两端面不平行度 不应超过 5mm），岩样制备后应在低于 100℃的烘箱中烘干 2-2.5 小时，然后放在 干燥箱内备用。 （2）用读数显微镜测出压模压头的直径并记录
（3）打开记录仪开关，调整零点：按菜单，选择输入，按设置，输入密码选择零点修正。（4）将岩样置于硬度仪的岩心托盘上，摇动手摇泵，活塞慢慢上升，移动位移传感器，使岩样先与位移传感器接触，当记录仪显示压力有变化时，说明岩样与压头已接触上，停止摇动手摇泵，此时记录下位移值和压力值，作为零点。（5）用手摇泵慢速均匀加载，直到岩石破碎（有响声），则该点测试完毕，卸压。（6）按设置键两次，出现报警界面，再按V键，根据提示插入U盘，导出数据（两个数据文件存入U盘，第一路数据是位移，第二路数据是载荷）按菜单键返回，拔除U盘。（7）移动岩样，使第一点的破碎坑与第二点相距大于10mm，按以上方法测试第二点，每块岩样做2-3次。岩样制备压头直径测量压头、位移传感器与岩样接触均匀加载直至岩样破碎数据处理实验报告记录仪中读取数图3实验步骤5数据处理（1）在计算机上进行数据编辑U盘上的数据可通过专用软件打开，具体操作如下：①将U盘上的数据分系软件打开，选择setup.exe安装数据处理系统（按提示进行安装），安装完毕后，双击桌面上的“JLFX100”图标。②点击“文件》打开”，选择所需的文件即可进入“曲线分析”窗口；横轴为时间，纵轴为位移传感器（或载荷传感器）数据。③点击“数据报表”弹出一窗体，输入“开始时间”和“结束时间”“取样间隔”点击“开始生成报表（按准确时间）
（3）打开记录仪开关，调整零点：按菜单，选择输入，按设置，输入密码， 选择零点修正。 （4）将岩样置于硬度仪的岩心托盘上，摇动手摇泵，活塞慢慢上升，移动位 移传感器，使岩样先与位移传感器接触，当记录仪显示压力有变化时，说明岩样 与压头已接触上，停止摇动手摇泵，此时记录下位移值和压力值，作为零点。 （5）用手摇泵慢速均匀加载，直到岩石破碎（有响声），则该点测试完毕， 卸压。 （6）按设置键两次，出现报警界面，再按 V 键，根据提示插入 U 盘，导出 数据（两个数据文件存入 U 盘，第一路数据是位移，第二路数据是载荷）按菜单 键返回，拔除 U 盘。 （7）移动岩样，使第一点的破碎坑与第二点相距大于 10mm，按以上方法测 试第二点，每块岩样做 2-3 次。 图 3 实验步骤 5 数据处理 （1）在计算机上进行数据编辑 U 盘上的数据可通过专用软件打开，具体操作如下： ①将 U 盘上的数据分系软件打开，选择 setup.exe 安装数据处理系统（按提 示进行安装），安装完毕后，双击桌面上的“JLFX100”图标。 ②点击“文件〉打开”，选择所需的文件即可进入“曲线分析”窗口；横轴为 时间,纵轴为位移传感器（或载荷传感器）数据。 ③点击“数据报表”弹出一窗体，输入“开始时间”和 “结束时间”,“取样间 隔”点击“开始生成报表（按准确时间）” 岩样制备 压头直径测量 压头、位移传感器与岩样接触 均匀加载直至岩样破碎 记录仪中读取数 实验报告 据 数据处理
④把生成的数据拷贝到Excel进行处理，在Excel文档中进行编辑时，先逐个选中通道1数据中的序列号，在编辑栏将序列号和时间删除，只留下数据，同样将通道2中的数据进行处理，处理后的数据只剩下位移和载荷，通道1记录的是位移数据，如果载荷数据开始变化时，相应位移数据不在零点，需减去该值。（2）用Excel画出位移一一载荷曲线选中数据，点击图表向导，在图表向导图框选XY散点图，在子图表类型中选择平滑线散点图，然后按提示做下去，出现如下所示曲线：ABPsPo(N)吃入深度（mm）0Dc图4平底圆柱压头压入岩石时的典型变形曲线（3）根据每点所做出的曲线求出硬度PyPP,=s式中，P一所加载荷（查表），kg：S一压模面积，mm2。（4）求塑性系数KK=4F_面积OABCAE面积OED式中，AF一岩石破碎前耗费的总功，面积OABC：AE一一弹性变形功，相当于面积OED；P——屈服极限，kg；OC——压入岩样深度，mm。（5）求屈服极限PoyP.-
④把生成的数据拷贝到 Excel 进行处理，在 Excel 文档中进行编辑时，先逐个 选中通道 1 数据中的序列号，在编辑栏将序列号和时间删除，只留下数据，同样 将通道 2 中的数据进行处理，处理后的数据只剩下位移和载荷，通道 1 记录的是 位移数据，如果载荷数据开始变化时，相应位移数据不在零点，需减去该值。 （2）用 Excel 画出位移——载荷曲线 选中数据，点击图表向导，在图表向导图框选 XY 散点图，在子图表类型中 选择平滑线散点图，然后按提示做下去，出现如下所示曲线： 图 4 平底圆柱压头压入岩石时的典型变形曲线 （3）根据每点所做出的曲线求出硬度 Py S P Py 式中， P —所加载荷（查表），kg； S —压模面积，mm2 。 （4）求塑性系数 K OED OABC AE AF K 面积 面积 式中， AF —岩石破碎前耗费的总功，面积 OABC； AE ——弹性变形功，相 当于面积 OED； P0 ——屈服极限，kg；OC ——压入岩样深度，mm。 （5）求屈服极限 P0 y S P P y 0 0
（6）将各实验结果的P,、Po,及K值进行平均得出该岩样的硬度及塑性系数。6实验报告（一）实验目的（二）实验仪器（三）实验原理（四）实验结果硬度P,屈服极限P。岩石名称塑性系数K硬度级别塑性级别7思考题（1）为什么要求被测岩样两端必须平行？（2）画出的曲线有不规则的现象是何原因？（3）在塑性岩石中，它没有破碎点，如何求它的硬度？
（6）将各实验结果的 Py 、P0 y 及 K 值进行平均得出该岩样的硬度及塑性系数。 6 实验报告 （一）实验目的 （二）实验仪器 （三）实验原理 （四）实验结果 岩石名称 硬度 Py 屈服极限 P0 塑性系数 K 硬度级别 塑性级别 7 思考题 （1）为什么要求被测岩样两端必须平行？ （2）画出的曲线有不规则的现象是何原因？ （3）在塑性岩石中，它没有破碎点，如何求它的硬度？