有侧向压力的岩石材料动态直接拉伸试验装置

岩石材料的动态拉伸力学特性是评价爆炸以及地震等动荷载作用下岩体工程响应以及安全的基本参数。介绍了一种有侧向压力的岩石动态直接拉伸试验研究装置,同时采用石膏和花岗岩材料对试验装置进行了尝试性试验。研究结果表明,岩石类脆性材料的抗拉强度随应变速率以及侧向压力的变化规律,与前人进行的岩石间接动态拉伸试验和及岩石类脆性材料（混凝土）双轴试验的变化规律具有一定相似性,因此所介绍的试验装置可以应用于岩石类脆性材料动态直接拉伸试验研究。     

土体抗拉强度试验研究方法的进展

理论上土体的抗拉强度与抗压和抗剪强度一样是描述土体力学性质的重要指标之一,也是研究土体张拉破坏特性的基础。由于土体抗拉强度在数值上相对较小,且难以准确测量,在岩土工程领域常常被忽视。随着工程中的张拉破坏问题越来越突出,土体抗拉强度特性引起许多学者的关注,相关研究成果也越来越多。文中对土体抗拉强度试验研究方法进行了系统的归纳和总结,对比分析了各种方法的优缺点,认识到,（1）土体抗拉强度试验方法总体上可分为直接法和间接法两大类,直接法是在试样两端直接施加拉力直到试样发生张拉破坏,根据破坏时的最大拉力及对应的破裂面面积计算出土体的抗拉强度。间接法主要通过一些理论假设,把压应力转换成相应的拉应力并基于一些理论公式计算土体抗拉强度;（2）按试样受力条件,直接法可分为单轴拉伸和三轴拉伸,一般都需要开发专门的拉伸试验设备,以实现拉力荷载的施加及其在试样内的有效传递。常用的方式有粘结、锚固、模具夹持及摩擦力传递等,都各有优缺点,但模具夹持法相对而言更具操作性。间接法中比较有代表性的有巴西劈裂试验、土梁弯曲试验和轴向压裂试验等,一般较适应于刚度较大的土体如化学固化土。最后,笔者提出了今后该课题的研究重点,包括制定土体抗拉强度试验方法规范及标准,研发简单易操作的土体拉伸试验设备,拉伸试验过程中土吸力的测量及控制方法,土体拉伸过程中应变场的准确获取方法及土体张拉特性的数值模拟研究等。     

双圆环直接拉伸试验试样最优尺寸范围研究

直接拉伸试验是测量岩石抗拉强度最直接有效且最有理论和实际价值的方法,但在传统直接拉伸试验中试样加工难度大,测试设备要求高。为克服传统直接拉伸试验加载困难的缺点,准确测定岩石的抗拉强度,设计研发了多直径岩芯双圆环直接拉伸试验机,从试验和数值模拟两方面重点研究了双圆环直接拉伸试验中试样尺寸的影响和最优取值范围,包括外环直径与试样直径比r1/R、内环直径与试样直径比r2/R、内环直径与外环直径比r2/r1三个比值的最优范围。研究结果发现,外环直径和内环直径满足r1/R=0.62±0.08、r2/R=0.45±0.12、r2/r1=0.64±0.06时内外环根部与内外环重叠部位最大应力值相近,获得的抗拉强度与理论值较一致,与其他试验相比,双圆环直接拉伸试验的结果标准差和振荡系数最小。     

岩石单轴抗拉强度的几何形状效应研究

提出了一种模拟岩石破坏过程的细胞自动机模型,以力、位移作为基本状态变量,基于基本的力学规律构造了细胞自动机模型的矢量局部更新规则,克服了以往规则确定随意性以及标量化的缺点。利用该模型模拟了岩石的单轴破坏过程,研究了非均质性对单轴直接拉伸破坏过程的影响,并研究了几何形状（长宽比）对单轴拉伸强度的影响,研究结果加深了对岩石单轴抗拉强度的了解,对试验有一定的指导作用,应进一步加强岩石的直接拉伸试验研究。     

岩石及类岩石材料的劈裂拉伸与直接拉伸强度

采用自行研制的岩石直接拉伸实验装置,对7种（组）岩石和2组混凝土试样进行了直接拉伸和劈裂法（巴西法）间接拉伸试验。试验结果表明,所有岩石和混凝土试样的劈裂拉伸强度SB均大于直接拉伸强度ST,比值SB/ST的范围,在1.06到1.97之间;直接拉伸强度的偏差系数,通常大于劈裂拉伸强度的偏差系数。根据Sundaram等人对圆盘劈裂试验试样内应力分布的有限元分析的结果,当岩石的拉伸弹模ET小于压缩弹模EC时,试样中实际的应力会与经典弹性力学公式所得结果（EC=ET时的情形）不同,需要进行修正。据此对有关岩石的劈裂拉伸强度进行了修正,并发现,在所试验的岩石中,虽然部分岩石的ET与EC的数值相差不大,其SB/ST比却最高。这说明,拉伸与压缩弹模的差别不是造成两种拉伸强度差别的唯一原因。     

岩石多功能剪切试验测试系统研制

详细介绍了所研制的岩石多功能剪切试验测试系统的主要功能、技术指标和仪器组成,并开展了一系列相关力学试验。该试验测试系统主要包括试验装置、测量系统和控制系统3部分,最大法向拉伸应力为40 MPa,最大法向压缩应力为120 MPa,最大水平剪切应力为120 MPa,试样尺寸为50 mm?50 mm?50 mm;可开展多种力学试验,包括直接拉伸试验、直接剪切试验、拉伸-剪切试验和压缩–剪切试验。利用该试验测试系统对花岗岩进行试验研究,研究结果表明：直接拉伸试验中,试样发生脆性破坏,声发射信号瞬间达到峰值,破坏断面表现出拉伸破坏特征;直接剪切试验中,试样发生多次破坏,破坏瞬间声发射信号均发生突增,破坏断面表现出剪切破坏特征;拉伸-剪切试验中,试样在拉应力作用下剪切强度显著降低,声发射信号在破坏阶段表现强烈,破坏断面既有拉伸破坏特征也有一定的剪切破坏特征。上述力学试验结果,表明了所研制的岩石多功能剪切试验测试系统能够开展多种力学试验,为进一步研究岩石的剪切力学特性提供新的测试手段。     

空心岩柱法测岩石抗拉强度试验进展浅析

岩石抗拉强度是岩石力学与工程研究中的重要参数之一。除了常规的几种岩石抗拉强度测量试验,空心岩柱法测岩石抗拉强度试验作为岩石抗拉强度测量试验的补充,在国外已有了较全面的研究,而国内对该试验的研究还很少,值得对该类试验归纳整理,探究其岩石抗拉强度的测量效果。通过从力学模型、试验开展现状、试验特征及影响因素等方面对国内外空心岩柱液压致裂试验文献进行整理总结,并与常规试验的测量结果进行对比分析,得出影响试验的主要因素为注液加载速率、岩样的尺寸规格、孔内液压与围压差值等。该类试验岩样加工简便,试验自身干扰因素较少、结果波动性小,相比其他常规的岩石抗拉强度测试试验具有一定的优越性。     

空心岩柱法测岩石抗拉强度试验进展浅析

岩石抗拉强度是岩石力学与工程研究中的重要参数之一。除了常规的几种岩石抗拉强度测量试验,空心岩柱法测岩石抗拉强度试验作为岩石抗拉强度测量试验的补充,在国外已有了较全面的研究,而国内对该试验的研究还很少,值得对该类试验归纳整理,探究其岩石抗拉强度的测量效果。通过从力学模型、试验开展现状、试验特征及影响因素等方面对国内外空心岩柱液压致裂试验文献进行整理总结,并与常规试验的测量结果进行对比分析,得出影响试验的主要因素为注液加载速率、岩样的尺寸规格、孔内液压与围压差值等。该类试验岩样加工简便,试验自身干扰因素较少、结果波动性小,相比其他常规的岩石抗拉强度测试试验具有一定的优越性。     

拉伸剪切条件下岩石的工程地质力学特性

拉伸剪切破坏是岩石边坡工程与岩石隧道工程中常出现的一种岩石失稳类型。结合岩石工程地质条件,分析了拉伸剪切应力状态产生的条件。总结了当前岩石拉伸剪切研究的实验手段,本构关系与破坏准则。指出了岩石拉伸剪切存在的不足。提出如下研究趋势:(1)研制标准的岩石直接拉伸剪切设备,进行专门试验研究; (2)进行更多类型岩石,更多数量的岩石拉伸剪切实验。研究不同岩石类型拉伸剪切本构关系与破坏准则; (3)加强岩石拉伸剪切实验与此类型岩石工程的数值模拟工作,与试验相互印证。     

香港岩石的硬度与点荷载指标和强度的关系

无损硬度测试——施密特锤及肖氏硬度实验和点荷载试验是三种经常用来间接测定岩石强度指标的方法。目前很多学者已提出了不同的经验关系,这些关系主要是把硬度指标、点荷载指标和单轴抗压强度、单轴抗拉强度与间接拉伸强度联系起来。但是在应用这些关系时,必须首先用当地的岩石特性数据加以验证,查看地质变化的影响,才可确保使用无误。本文的主要目的是根据大量香港岩石（包括花岗岩、石灰岩、大理岩和凝灰岩）的实验数据,提出一套适用于香港地区岩石的经验关系,另外也对其他经验关系作了考证。     

Bukit Timah 花岗岩的动态拉伸力学特性实验研究

本文采用劈裂拉伸和三点弯曲法研究了Bukit Timah 花岗岩的动态拉伸力学特性.实验结果表明,当加载速率每增加一个量级,用两种方法得到的花岗岩抗拉强度增加10%.实验结果还表明,对于同种加载速率的花岗岩试样,由三点弯曲法得到的岩石抗拉强度约为劈裂拉伸法得到的2.5倍.与抗拉强度相比,实验得到的花岗岩弹性模量数据比较离散,变化幅度也不大.基于实验结果,本文还对岩石拉伸力学特性机理进行了初步分析.     

巴西圆盘试验问题与三维抗拉强度准则

巴西圆盘抗拉强度公式是基于弹性力学平面问题解析解,利用最大拉应力准则得到的,但结果与直接拉伸试验得到的强度有较大的差异。根据10种岩石（煤）的直接拉伸试验与弧形劈裂试验数据,分析了弧形加载面积对应圆心角对试样3维应力状态的影响规律,并采用三维抗拉强度准则来分析巴西试样,结果表明此准则更适合于巴西圆盘试验。     

裂隙岩体渗透系数确定方法综述

总结了近年来裂隙岩体渗透系数的确定方法,主要有现场水力试验法、裂隙测量法和离散裂隙网络渗流数值试验法。每种方法都有自己的适用性和测量尺度。裂隙岩体渗透系数存在尺度效应,针对不同尺度的研究对象,应尽量选取与渗流模型网格剖分尺度匹配的测量方法。裂隙的延伸具有方向性,测试点的布设应合理科学,不同测量方法需要结合起来才能得到裂隙岩体真实的渗透系数。     

圆环试样内径对抗拉强度的影响

运用RFPA2D软件对岩石的单轴拉伸强度试验、不同内径的圆环试样的劈裂试验进行了模拟。比较模拟结果 ,重点研究了圆环试样内径对试件抗拉强度的影响 ,确定了最接近单轴拉伸试验结果内径的范围 ,利用回归分析确定了内径与试样抗拉强度之间的关系。     

基于应力归还法的单轴拉伸伺服控制试验系统的研制与应用

根据岩石广义应力松弛特性试验研究的需要,自主研制了基于应力归还法的单轴拉伸伺服控制试验系统。该系统的(1)实现了应力归还法控制,既能单独控制加载传统的位移、应力,也可伺服控制应力-应变线性组合;(2)测量、控制系统采用硬件实现而非计算机软件,结构简单紧凑,系统动作反应时间短,性能稳定可靠,升级改造空间大;(3)控制及监测数据均采用模拟信号传输,试验过程控制及数据采集精度均较高;(4)采用高强度粘接剂直接拉伸,使试件完全处于被拉伸状态,能更真实地模拟工程实际中岩体的受力状态。采用该试验系统,对田下凝灰岩进行了拉应力条件下的广义应力松弛试验,试验结果表明,其具有较好的实用性和可靠性,为研究工程实际中岩石受拉应力作用下的广义应力松弛力学性质提供了新的试验方法及手段。     

《岩石力学的理论与实践》即将出版

本节由陶振宇主编,水利出版社出版。本书是以总结国内岩石力学的理论与实践经验为主,结合介绍国外最新研究动态的较全面、较好的一本岩石力学专著,由国内卅位岩石力学专家和工作者写成。内容包括四个部分:总论、概述了我国岩石力学研究的主要进度;岩石的基本特性及其测试技术,包括室内、现场测试、动力法、静力法、模型试验和微观结构研究;岩石力学的理论研究与分析计算,包括岩体的破坏机     

岩石类材料拉伸弹性模量测量方法的对比研究

研究表明岩石材料在拉应力、压应力条件下具有不同的力学行为,因此,岩石材料存在两种弹性模量,分别为拉伸弹性模量和压缩弹性模量。为了甄别出直梁弯折试验和巴西劈裂试验哪一种更加适合测试岩石材料的拉伸弹性模量,以大理岩、花岗岩和砂岩为典型的岩石类型,开展了一系列的单轴压缩、直接拉伸、三点弯折和巴西劈裂试验,测试了岩石材料的拉伸弹性模量;并对测试结果的可靠性、准确性开展了系统的对比研究。最终发现,巴西劈裂试验因为较好的测量精度、制样简便、试验操作简单等因素,可以成为测量岩石材料拉伸弹性模量的推荐方法。     

岩石直接拉伸与压缩变形的试验研究

采用自行研制的可对同一岩石试样进行单轴压缩和直接拉伸的试验装置,对3种岩石进行了压缩和直接拉伸试验。结果表明,这3种岩石的压缩弹性模量均大于拉伸弹性模量,压缩与拉伸弹性模量之比分别为1.1,1.4,2.5。压缩泊松比也大于拉伸泊松比。研究表明：直接拉伸下切线泊松比随荷载的增加而减小,与压缩下泊松比的变化相反。     

巴西劈裂法在层状岩体抗拉强度测试中的分析与讨论EI北大核心CSCD

为分析巴西圆盘劈裂法在层状岩体抗拉强度试验中的适用性,在以往层状岩体巴西圆盘劈裂试验成果分析基础上,选取层理砂岩为试验对象,设计并进行了考虑不同层理角度的砂岩巴西圆盘劈裂试验。分析结果表明,(1)层状岩体抗拉强度的各向异性特点非常明显,层理角度对各种层状岩体的劈裂抗拉强度的影响规律是基本类似的,只是影响程度不一样;(2)不同层理角度圆盘试样的破裂面形状差别较大,其破坏模式可以归纳为直线型、折线型和弧形型;(3)当层理角度0°<β<90°时,破裂面的发展规律不能严格满足巴西圆盘劈裂试验力学理论模型的假定,采用式(1)计算得到的劈裂抗拉强度只能是一个近似的值;(4)当圆盘试样加载线两侧的岩石材料、层理结构对称分布时,加载时圆盘内的应力分布可以较好地满足其理论计算模型,其试验结果比较准确。研究成果可为层状岩体抗拉强度的准确测定提供较好的参考。     

单轴拉伸法测定土的抗拉强度试验研究

采用单轴拉伸法研究了影响土的抗拉强度测试方法的因素,探讨了加荷速度、样品直径、高径比对土的抗拉强度测试值的影响,试验结果表明,样品直径对土的抗拉强度测试结果影响不大,加荷速度和高径比是影响土的抗拉强度的测试结果的重要因素。给出了单轴拉伸法测试土的抗拉强度的加荷速度和高径比的建议值。