Báo cáo thí nghiệm Cơ học đá và khối đá

Xác định khối lượng thể tích tự nhiên băng phương pháp ngâm bão hòa...9 1.1.4.. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định khối lượng thể tích tự nhiên...10 1.3... Ngoài phương pháp đun s

MỤC LỤC

1. Các tính chất vật lý của đá 3

1.1. Xác định khối lượng riêng 3

1.1.1 Phương pháp bình tỷ trọng 3

1.1.2 Phương pháp ngâm bão hòa 5

1.2 Xác định khối lượng thể tích tự nhiên của đá 6

1.1.1 Xác định khối lượng thể tích với mẫu có hình dạng xác định 6

1.1.2 Xác định khối lượng thể tích tự nhiên băng phương pháp bọc nến 7

1.1.3. Xác định khối lượng thể tích tự nhiên băng phương pháp ngâm bão hòa 9

1.1.4 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định khối lượng thể tích tự nhiên 10

1.3 Xác định độ ẩm tự nhiên, độ hút nước, độ rỗng của đá 10

1.3.1 Độ ẩm tự nhiên 10

1.3.2 Xác định độ hút nước toàn phần 12

1.3.3 Xác định độ rỗng của đá 13

2 Các tính chất cơ học của đá 15

2.1 Thí nghiệm xác định độ bền nén đơn trục của đá 15

2.1.1 Thiết bị thí nghiệm 15

2.1.2 Trình tự thí nghiệm 15

2.1.3 Kết quả thí nghiệm 16

2.1.4 Nhận xét kết quả thí nghiệm 16

2.2 Thí nghiệm xác định cường độ kháng cắt của đá 17

2.2.1 Dụng cụ thí nghiệm 17

2.2.2 Trình tự thí nghiệm 17

2.2.3 Kết quả thí nghiệm 18

2.2.4 Nhận xét kết quả thí nghiệm 19

2.3 Thí nghiệm xác định độ bền kéo (thí nghiệm Brazil) 19

2.3.1 Thiết bị thí nghiệm 19

2.3.2 Trình tự thí nghiệm 19

2.3.3 Kết quả thí nghiệm 20

2.3.4 Nhận xét kết quả thí nghiệm 20

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Giã đá và rây lấy cỡ hạt 0.2mm 4

Hình 1 2: Lấy mẫu và đun bột đá trong bình tỷ trọng 4

Hình 1 3: Gia công và đánh số mẫu 7

Hình 1 4: Cân mẫu tự nhiên và cân nổi 8

Hình 1 5: Gia công và đánh số hiệu mẫu 11

Y Hình 2 1: Mẫu nén đơn trục 15

Hình 2 2: Hình dạng mẫu đá sau khi phá hủy 16

Hình 2 3: Đường bao Mohr-Cloumb của mẫu đá 16

Hình 2 4: Lắp bộ ngàm cắt 17

Hình 2 5: Hình dạng mẫu bị phá hủy sau thí nghiệm cắt 18

Hình 2 6: Đường bao Morh-Cloumb sau thí nghiệm cắt 18

DANH MỤC BẢNG BIỂ Bảng 1 1: Kết quả thí nghiệm xác định khối lượng riêng bằn phương pháp bình tỷ trọng ……… 5

Bảng 1 2: Xác định khối lượng riêng bằng phương pháp ngâm bão hòa……… 6

Bảng 1 3: Kết quả thí nghiệm xác định khối lượng thể tích tự nhiên………10

Bảng 1 4: Kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm……… 12

Bảng 1 5: Kết quả thí nghiệm xác định độ hút nước……….13

Bảng 1 6: Kết quả thí nghiệm xác định độ rỗng………14

Bảng 2 1: Kết quả thí nghiệm nén đơn trục……… 16

Bảng 2 2: Kết quả thí nghiệm cắt biến góc……… 18

Bảng 2 3: Kết quả thí nghiệm nén Brazil … ………20

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

CƠ HỌC ĐÁ VÀ KHỐI ĐÁ

1 Các tính chất vật lý của đá.

1.1 Xác định khối lượng riêng.

Khối lượng riêng của đá là khối lượng của một đơn vị thể tích của đá ở trạng tháihoàn toàn đặc

1.1.1 Phương pháp bình tỷ trọng.

a) Dụng cụ thí nghiệm:

-Cân phân tích độ chính xác 0,001 g-Bình tỷ trọng dung tích 100 ml-Nước cất

-Tủ sấy 200℃

-Thiết bị nghiềm đá: máy nghiềm đá, cối đồng, chày

-Cốc sứ dung tích 50 ml-Rây 0,2mm

-Bếp cát, bình hút ẩm, phễu, ống nhỏ giọt-Chổi lông

Bột đá đem sàng qua rây 0,2mm, những hạt trên sàng tiếp tục giã đến khi lọt hếtqua rây thì thôi.

Hình 1 1 Giã đá và rây lấy cỡ hạt 0.2mm

c) Các bước tiến hành

không đổi, thời gian sấy từ 10-12 giờ Bột đá sau khi đã sấy cho vào bình hút ẩm,

để nguội bằng nhiệt độ phòng

(g) sau đó cho vào bình tỷ trọng

Hình 1 2: Lấy mẫu và đun bột đá trong bình tỷ trọng.

nước chiếm chỗ hoàn toàn lỗ rỗng Trong khi đun phải theo dõi để khi sôi nướctrong bình không bị tràn ra ngoài

 Sau khi đã đun sôi lấy bình ra để nguội bằng nhiệt độ phòng, cho thêm nước cấtvào bình: Nếu bình tỉ trọng cổ dài thì đổ nước đến vạch khắc sẵn, nếu bình cổ ngắnthì thì đổ nước đến ngang miệng bình để yên cho bột đá lắng xuống đóng nút mao

lượng nước ở trong bình đúng vạch đối với bình tỉ trọng cổ cao và ngang miệngvới bình cổ thấp rồi đóng nút mao dẫn Lau khô bình và đem cân ta được khốilượng g3 (g)

Khối lượng riêng của đá được tính theo biểu thức:

khối lượngkhô g1 (g)

khối lượngbình+nước+bột

đá g2 (g)

khối lượngbình + nước

1.1.2 Phương pháp ngâm bão hòa.

Ngoài phương pháp đun sôi người ta còn có thể dùng số liệu những mẫu cân

ở cách tính khối lượng thể tích theo phương pháp ngâm bão hòa để tính khối lượngriêng mà vẫn cho kết quả chính xác Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại

đá cứng, ít rỗng , không bị hòa tan khi gặp nước khi đó khối lượng riêng của đáđược tính theo công thức :

γ0= g k

(g b h−g cn)−(g b h−g k) (g /cm3)

Trong đó:

Bảng 1 2: Xác định khối lượng riêng bằng phương pháp ngâm bão hòa.

Sốhiệumẫu

Khối lượngkhô gk (g)

Khối lượngbão hòa gbh(g)

Khối lượngcân nổi gcn(g)

Khốilượngriêng γ(g/cm3)

1.2 Xác định khối lượng thể tích tự nhiên của đá.

Khối lượng thể tích tự nhiên của đá là khối lượng của một đơn vị thể tích của đáđược xác định ở điều kiện tự nhiên

1.1.1 Xác định khối lượng thể tích với mẫu có hình dạng xác định.

Khi đó khối lượn mẫu được cân bằng cân có độ chính xác đến 0.01, kíchthước của mẫu được đo trực tiếp bằng thước kẹp từ đó tính được thể tích mẫu

γ= G

V¿

Trong đó:

G - Khối lượng mẫu đá ở trạn thái tự nhiên

V – Thể tích của mẫu đá ở trạng thái tự nhiên kể cả lỗ rỗng và khe nứt

1.1.2 Xác định khối lượng thể tích tự nhiên băng phương pháp bọc nến.

Dùng búa gia công mẫu đá cần xác định khối lượng thể tích thành 5 viên (có dạngkhối tròn) không có gờ sắc,kích thước khoảng 3÷5cm (khối lượng khoảng 50-70 g) dùngchổi lông quét sạch bụi bẩn trên mẫu, ghi số hiệu mẫu và số hiệu từng viên đá bằng sơnhoặc bút dạ khác màu

Hình 1 3: Gia công và đánh số mẫu.

 Sau khi đem cân tự nhiên xong ta lấy chỉ buộc vào các mẫu đã cân.

cho lớp paraphin bám toàn bộ bề mặt mẫu, chiều dày lớp paraphin không quá1mm Không được để cho paraphin không thâm nhập vào đá, nếu thấy có bọt khítrong paraphin bám vào mẫu thì dùng kim nung nóng châm cho vỡ bọt khí rồi trátkín lại, để nguội mẫu tới nhiệt độ phòng và đem cân ta có khối lượng mẫu đá bọcparaphin gbn

Hình 1 4: Cân mẫu tự nhiên và cân nổi.

mẫu chạm vào thành và đáy cốc nước

lượng cân nổi gcn

Khối lượng thể tích của mẫu được xác định bằng công thức:

gtn –khối lượng mẫu đá tự nhiên (g)

1.1.3 Xác định khối lượng thể tích tự nhiên băng phương pháp ngâm bão hòa.

Phương pháp này áp dụng cho các loại đá cứng không bị hòa tan hoặc biến đổi tínhchất khi ngâm trong nước

a) Thiết bị thí nghiệm

-Cân phân tích độ chính xác 0,01 g-Tủ sấy 200℃

-Bình hút ẩm-Cốc thủy tinh dung tích 500ml-Nước cất

b) Chuẩn bị mẫu và tiến hành thí nghiệm

hiệu mẫu và số hiệu từng viên đá bằng sơn hoặc bút dạ khác màu

105-110℃

Quy trình ngâm mẫu bão hòa như sau: Đặt mẫu vào khay, cho nước vào khay đến 1/2chiều cao mẫu thí nghiệm Sau 2 giờ đổ ngập 3/4 chiều cao mẫu và cuối cùng cho ngậptoàn bộ mẫu Chiều cao nước ngập không quá 2cm so với bề mặt trên của mẫu sau 24hlấy ra , lau khô bằng khăn hút ẩm rồi đem cân Sau đó để mẫu vào khay ngâm như cũkhoảng 24h sau cân lại nếu thấy khối lượng tăng không quá 0,05g thì xem như mẫu đã

Khối lượng thể tích của đá ở trạng thái tự nhiên được tính như sau:

γ= g tn

g b h−g cn¿

1.1.4 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định khối lượng thể tích tự nhiên.

Bảng 1 3: Kết quả thí nghiệm xác định khối lượng thể tích tự nhiên.

gbn(g)

Khốilượn

g khô

gk(g)

Khốilượngbãohòa

gbh(g)

Khốilượngcânnổi

gcn(g)

Khốilượng thểtích tích

tự nhiên γ( g/cm3)

khốilượngriêng

γ0(g/cm3)

Kiếmtrakếtquả

ghi chú

pháp ngâmbão hòa

1.3.1 Độ ẩm tự nhiên.

Độ ẩm tự nhiên là độ ẩm của đá thể hiện lượng nước chứa trong đá ở những điềukiện nhất định Độ ẩm W (%) được xác định bởi tỷ lệ phần trăm giữa lượng nước vật lý,nước mao dẫn có sẵn trong mẫu đá với khối lượng mẫu đá đã được sấy khô

c) Thiết bị thí nghiệm

- Cân phân tích độ chính xác 0,01 mg

- Tủ sấy 2000C

- Bình hút ẩmd) Chuẩn bị mẫu và tiến hành thì nghiệm

Dùng búa gia công 05 mẫu đá sau đó cần xác định độ ẩm tự nhiên 5 mẫu,ghi rõ sốhiệu mẫu và số hiệu từng viên đá bằng sơn hoặc bút dạ khác màu

Hình 1 5: Gia công và đánh số hiệu mẫu.

Dùng cân phân tích cân mẫu ở trạng thái tự nhiên, cân mẫu khô sau khi đã được

lượng mẫu sấy 10-12h mang cân khi để nguội trong bình hút ẩm, sau đó lại đưa vào sấy1h mang ra cân lại Lặp lại như vậy 2 lần khối lượng cân không chênh lệch quá 1% Độ

ẩm tự nhiên được tính theo tỷ lệ % theo công thức:

gtn - khối lượng mẫu đá ở trạng thái tự nhiên (g)

Độ ẩm W(%)

a) Thiết bị thí nghiệm

- Cân phân tích độ chính xác 0,01 mg

- Tủ sấy 2000C

- Bình hút ẩm-Chậu ngâm bão hòa.

b) Chuẩn bị mẫu và tiến hành thì nghiệm

Ngâm mẫu đã được sấy khô trong nước theo quy trình ngâm mẫu bão hòa sauđóđem cân mẫu đã bão hòa trong nước Mức độ hút nước của đá tính theo côngthức:

W = g b h−g k

Trong đó :

c) Kết quả thí nghiệm

Bảng 1 5: Kết quả thí nghiệm xác định độ hút nước.

khô gk (g)

Khối lượngbão hòa gbh (g)

Độ hútnước W(%)

Độ rỗng của đá được biểu thị bằng tỉ lệ % giữa thể tích của các lỗ rỗng chứa trong

đá với thể tích của đá ở trạng thái tự nhiên:

n=(1− γ

Trong đó:

n - độ rỗng của đá (%)

γ - khối lượng thể tích của đá (g/cm3)

γ0 - khối lượng riêng của đá (g/cm3)

Bảng 1 6: Kết quả thí nghiệm xác định độ rỗng.

Sốhiệumẫu

Khối lượng thể tích

tự nhiên γ(g/cm3)

khối lượngriêng γ0(g/cm3)

2 Các tính chất cơ học của đá.

2.1 Thí nghiệm xác định độ bền nén đơn trục của đá.

Độ bền nén là khả năng chống lại tác động của lực nén mà không bị phá hủy Độbền nén của đá được xác định bởi tỷ số giữa tải trọng gây phá hủy mẫu (tải trọng giới hạn)

và tiết diện chịu tải vuông góc với hướng nén trong thí nghiệm nén 1 trục

vuông góc với nhau (đối với chiều cao và đường kính mẫu) rồi lấy giá trị trungbình của chúng để tính tiết diện chịu tải

Hình 2 1: Mẫu nén đơn trục.

tải khi nén nằm trong giới hạn 0,5 -1,0 MPa/s Sao cho thời gian từ khi tăng tải đếnkhi phá hủy mẫu từ 1-3 phút

Giới hạn bền nén trong trường hợp này được xác định theo biểu thức:

Trong đó:

F: là tiết diện trung bình của mẫu (m2)

P : Tải trọng tại đó mẫu bị phá hủy (KN)

Hình 2 2: Hình dạng mẫu đá sau khi phá hủy.

Hình 2 3: Đường bao Mohr-Cloumb của mẫu đá.

2.1.3 Kết quả thí nghiệm.

Bảng 2 1: Kết quả thí nghiệm nén đơn trục.

phá hoại P(KN)

Độ bền σ(KN/m2)

(cm2)

2.1.4 Nhận xét kết quả thí nghiệm.

Qua thí nghiệm nén đơn trục ta thấy đá có khả năn chịu nén rất tốt, với mẫu thí

hình dạng mẫu sau phá hủy ta có thể kết luận được mẫu bị phá hủy tách

2.2 Thí nghiệm xác định cường độ kháng cắt của đá.

2.2.1 Dụng cụ thí nghiệm.

-Máy nén

-Các bộ ngàm cắt với các góc tương ứng 30°,45°,60°

-Bộ khuôn cắt để đựng mẫu

-Các tấm đệm, con lăn để phân bố tải trọng đều trên mẫu cắt

-Số lượng mẫu cắt cho mỗi góc

 Tác dụng tải trọng nén rồi tăng lên liên tục và đều đặn cho đến khi mẫu bị cắt ghitải trọng phá hủy mẫu P khi ấy toàn bộ ứng suất phá vỡ sẽ bằng

2.3 Thí nghiệm xác định độ bền kéo (thí nghiệm Brazil)

Khi chất tải lên mẫu , tải trọng được phân bố đều lên suốt chiều dài mẫu Như vậy thì tạitiết diện giữa mẫu sẽ xuất hiện lực kéo phân bố ngang và đều đặn, đối xứng với nhau qua

mặt phẳng tác dụng lực (vuông góc với mặt phẳng tác dụng ngoại lực ) Độ lớn của ứngsuất đó được xác định bằng công thức:

d(cm)

h(cm)

F(cm2)

2.3.4 Nhận xét kết quả thí nghiệm.

Cường độ chịu kéo của đá nhỏ hơn rất nhiều so với cường độ chịu nén