实验1 岩石硬度及塑性系数测定
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
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之后，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。
三、实验仪器设备
1．实验仪器设备示意图(如图一)
2．压模
圆柱体压模用高强度钢制成胚体后嵌入硬质合金锥，将硬质合金锥磨成柱体(尺寸如图所示)d=1.2～2.5mm，使压模与岩石的接触面积始终不变，便于计算岩石的抗压与极限强度-硬度值。要求压模的两端平行，硬质合金应垂直地镶入胚体中，经研磨后的柱体，必须用读数显微镜测出直径的准确数据。
3．硬度计
由底座、液缸及活塞、支柱、横梁组成，并可固定位移传感器、压力传感器、压模及岩样。
4．加压系统
用活塞式手摇液压泵给液缸加压力液， 使活塞上升并使压模加压力给岩样，管路中装有压力表以观察压力的变化。
5．位移计
位移计固定在硬度仪的横梁上，用它测量压模压入岩样的深度，将机械位移量转换成电量。
6．压力传感器
将所加压力的物理量转换成电量。
7．函数记录仪
由位移计、压力传感器输入的信号经放大、相敏、检波、滤波的电信号输给函数记录仪。
四、实验步骤
1. 将岩石切磨成正方（圆柱）体，其高度不小于50mm ，被测量端面应加以研磨，使岩样平滑且相互平行（直径50mm的岩样两端面不平行度不应超过0.5mm ），岩样制备后应在低于100的烘箱中烘干2-2.5个时，放在干燥器内备用。
2. 用读数显微镜测出压摸压头的直径并记录下来，
3. 打开纪录仪开关，调整零点：按菜单，选捧输入，按设置，输入密码, 选择零点修正。
4.将岩样至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，当纪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 直到岩样破碎（有响声），则该点测试完毕，
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，路数据是位移，第二路数据是载荷 ）按菜单键返回，拔除U 盘；
五、数据处理
1、在计算机上进行数据编辑。U 盘数据可通过专用软件打开，具体操作如下：
①将U 盘上的数据分析软件打开，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”选择所需要的文件即可进入“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）”
④把生成的数据拷贝到Excel 里进行处理（如表一），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，在编辑栏中将序号和时间删除，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，如果载荷开始变化时，相应位移数据不在零点，需减去该值。
2、画图与计算
①用Excel 画出位移——载荷的曲线，选中数据，点击图表向导，在图标想到图框选XY散点图，在子图表类型中选平滑线散点图，按提示做下去，出现如下曲线：
②经分析此曲线与理论曲线存在较大的差距，分析实验过程，在实验室进行数据的初步筛选和计算阶段，选择有用数据前边保留时多保留了一组，故重新对数据进行处理，使其减去组数据，可得如下表格：
重新画出载荷与位移关系曲线可得如下图
3、求塑性系数
k =AF 面积ABC = AE 面积A DE
经过查方格可得面积ABC 有112格，而面积ADE 有84个格，故有 k =AF 面积ABC 112===1. 33 AE面积A DE 84
4
由图2可得岩石在破碎时所加载荷为
P=571×9.8=5595.8N
1压模面积为S =⨯πd 2=3. 14⨯10-6m 2 4
P 5595.8P y ===1.782*109Pa =1782Mpa 。 -6S 3.14⨯10
5、求屈服极限
由图可读出Po=395Kg
P o y =Po /S =395*9. 8/(3. 14*10-6) =1. 233*106Pa =1. 233MPa
七、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：（1）手摇油泵加压时摇动速度不均匀，时快时慢；
（2）岩样内部的非均质性。
2. 测量过程中岩石可能发生大块破碎，此时计算的结果是否准确？
答：准确，大块破碎发生在测量的后期，之前的实验数据已采集好，结果分析用的是破碎那一刻之前的那部分数据，不影响。
3. 调研并简要介绍岩石硬度、塑性系数、可钻性和研磨性等性质是如何应用于工程实践？思考这些性质的其它应用？
（1）利用岩石力学参数结合钻头厂家的使用说明进行钻头选型
（2）可用于钻井地层工程特性研究、地层评价
（3）分层段预测随钻地层的岩性, 试图挖掘岩石可钻性和岩石矿物成分之间的关系规律, 建立相应的数学关系模型,并实时优选钻井液性能和流变参数, 为保持井壁的化学稳定提供科学的指导。