《岩石硬度与塑性系数测定实验》实验指导书（模板）.docx

岩石硬度与塑性系数测定实验 一、实验目的 1.掌握岩石硬度的测定方法； 2.掌握岩石塑性系数的测定方法。 二、实验原理 岩石硬度是反映岩石表面抵抗物体压入的能力。在一定的压力下，用同一个压模对同一种岩样进行加压实验，通过记录岩石破坏时所加的压力与压头的面积可以测定该岩石的硬度。实验时，在每块岩样上重复测试三次，记录每次岩石破坏时所加的压力，求压力的平均值与压模压头底面积的比值作为该岩石的硬度值。岩石的塑性系数为岩石破碎前耗费的总功与弹性变形功的比值。根据实验数据绘制的压力与压入深度关系曲线图进行计算。 图4-1 岩石硬度仪原理图及压模结构图 三、实验设备及操作方法 图4-2 岩石硬度仪 利用手摇油泵将液压油压入液压缸，推动液压缸活塞上升，使岩样与压模接触，随着压力的增加，压模将逐渐压入岩样，压入深度由位移传感器测出，压力由载荷传感器测出，载荷与位移数据可在函数记录仪上显示并自动存入函数记录仪。将函数记录仪中数据文件转存入U盘，在计算机上利用专用软件提取“位移”和“载荷”数据，做岩石的压力与压入深度变形曲线，进行岩石硬度与塑性系数计算。 四、实验步骤 1. 将位移传感器调整到最下端。 2. 将力传感器根据岩样厚度调整到适当位置，固定岩样。 3. 加压确定零点 打开记录仪，按照菜单提示设置记录方式。摇动手摇泵，活塞慢慢上升，当记录仪显示载荷有变化时，说明岩样与压模压已经接触，停止摇动手摇泵，此时记录下位移值和压力值，作为零点。 4. 加压破坏岩石 用手摇泵均匀加压，每隔压力增量20-30公斤记录一组压力和位移值，直至岩样破碎（有响声），则该点测试完毕。 5. 卸压，上调载荷传感器，取下岩样观察破碎点现象。 6. 移动岩样，使测点相距大于10mm，重复第1～5步。 7. 实验结束，关闭记录仪，整理实验台面。 五、数据记录 表4-1 实验数据记录表 岩石编号 测试数据测点及参数 1 2 2 4 5 岩样1 压力（kg） 位移（mm） 岩样2 压力（kg） 位移（mm） 六、数据处理与分析 计算和绘图过程中将所记录的数据进行处理： （1）压力＝记录载荷×9.8（N） （2）位移＝记录位移（mm） 图4-3 压力与压入深度关系曲线 （1）对于脆性岩石和塑脆性岩石，他们最终都产生了脆性破碎，岩石硬度为： .................................................（1-1） 式中 PY—岩石的硬度，MPa； P—岩石产生脆性破碎时的载荷，N； S—压模压头的底面积，mm2； 注：1kg=9.8N ；压模压头圆柱底面直径为2mm。 （2）岩石塑性系数公式： ..........................................（1-2） 式中 AF—岩石破碎前耗费的总功，为图形OABC的面积； AE—岩石产生脆性破碎时的载荷，为图形OED的面积。 表4-2 实验结果数据表 岩石名称 硬度Py/MPa 塑性系数Kp 硬度级别 塑性级别 岩样1 岩样2 表4-3 岩石硬度等级分类表 类别 软 中软 中硬 硬 坚硬 极硬 硬度100 MPA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ≤1 1~ 2.5 2.5~5.0 5.0~10.0 10~15 15~20 20~30 30~40 40~50 50~60 60~70 70 表4-4 岩石塑性等级分类表 类别 1 2 3 4 5 6 塑性系数 1 1~2 2~3 3~4 4~5 6~ 岩石属性 脆性 脆塑性 塑性 低塑性——高塑性 七、实验注意事项 （1）一定要确定好位移传感器的位移值在进行实验； （2）实验过程中一定要保持安静，以便听到岩石破碎过程的声音； （3）数据记录时一般每隔20－30公斤记录一个点。 八、思考题 （1）测量岩石的变形曲线不规则是什么原因？ （2）测量过程中岩石可能发生大块破碎，此时计算结果是否准确？ （3）调研并简要介绍岩石的硬度、塑性系数是如何应用于钻井工程实践的？思考这些参数的其他应用？