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。     

一种测试岩石拉伸和压缩弹性模量的方法

介绍一种利用同一试件,在一次加载过程中就可获得岩石试件的拉伸和压缩弹性模量的方法,并对几种花岗岩进行了初步的测试研究,测试结果证明这种测试方法是可行的。     

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。     

地应力与岩石弹性模量关系试验研究

在北京某深孔原岩应力测量和原岩应力测量段同等深度单轴及不同围压下的三轴岩石力学试验的基础上,结合统计的钻孔岩体结构参数,分析了原岩应力测量段深度处修正前、后的岩石弹性模量,进而探讨了地应力与岩石弹性模量间关系。结果表明,在花岗岩中,主应力大小与修正前、后的岩石弹性模量间均呈正相关关系,而在灰岩中,主应力大小与修正前、后岩石弹性模量间的关系不明确,需要进一步研究;在花岗岩中,主应力大小与修正后的岩石弹性模量间的相关性系数高于主应力大小与修正前的岩石弹性模量间的相关性系数;各向同性高的岩体（如花岗岩）,实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性好,而各向异性大的岩体（如沉积岩）,实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性较差     

岩石拉伸剪切破裂试验研究

岩石拉伸剪切破裂是一类特殊应力状态条件下的破裂形式,属于同时受垂直于破裂面的法向拉应力和平行于破裂面的剪应力作用的复合破裂模式。在研制的DSC-800电液伺服测控岩石拉伸剪切试验仪的基础上,进行了大量花岗闪长岩和砂岩的拉伸剪切试验,开展了配套的破裂断口三维激光扫描、扫描电子显微镜（SEM）、岩石物理力学性质试验、颗粒流离散元（PFC）数值模拟等相关试验,利用分形理论研究了岩石拉剪破裂面特征,研究了岩石拉剪-压剪全区破裂准则、剪切速率对岩石拉剪破裂强度的影响,采用颗粒流离散元研究了岩石拉剪破裂过程。研究结论如下：（1）岩石拉剪破裂面的宏观与微观分形维数即粗糙度随着拉应力的增加而增大;（2）岩石的微观断裂形式是拉伸破坏和剪切破坏的结合。当拉应力较小时,岩石的微观断裂形式主要表现为剪切破坏,并且随着拉应力的增加,岩石的拉伸破坏形式表现得更加明显;（3）岩石在拉伸剪切区的破裂拉应力与剪应力成线性负相关关系,在拉伸剪切应力区的岩石破裂线斜率比压缩剪切区大,岩石在拉伸剪切应力条件下比压缩剪切应力条件下容易破裂;（4）在岩石拉伸剪切条件下,剪切速率与剪切强度成非线性反相关关系,随着剪切速率的增加,岩石拉剪破裂面粗糙度增加;（5）建立了岩石拉伸剪切PFC数值试验模型,模拟了岩石拉伸剪切破裂过程中的力链演化以及剪切速率对拉剪破裂面粗糙度的影响,获得了与实验室试验一致的结果。     

岩石三轴拉伸试验装置研制及其应用

为准确地测量岩石试样在不同围压作用下的拉伸强度与变形特性,对用于岩石三轴压缩试验的MTS815材料试验机为主体设备进行了一系列技术改造,一方面设计加工了一套试验机活塞与三轴室的随动连锁装置,使原本只能提供压缩载荷的MTS815试验机也能精确提供轴向拉伸荷载;另一方面设计开发一种多自由度岩石试样三轴拉伸夹具,解决岩石等脆性材料在拉伸过程中难以始终保持对中的技术难题。提出一套完整的测试技术方法,能实现0～140 MPa围压范围内各种岩石试件的复杂三轴直接拉伸测试研究,利用研发的配套装置与测试方法对页岩试样进行了三轴拉伸试验。结果表明,试验装置和试验方法完全能够进行不同围压条件下的岩石三轴拉伸试验,得到相应的三轴拉伸试验曲线;页岩在低围压和高围压下呈现不同的破坏特征和破坏形式,低围压下依然呈现脆性特征,高围压下则是由脆性向塑性转换。     

用5种圆盘试件的劈裂试验确定岩石断裂韧度

用5种不同形状的圆盘试件测定了大理岩张开型断裂韧度。5种圆盘试件分别为平台巴西圆盘、带有中心圆孔的平台巴西圆盘、人字型切槽巴西圆盘、直切槽巴西圆盘和圆孔切槽平台巴西圆盘。加载模式是对径压缩劈裂。介绍了试件的制作方法,提出了用每种圆盘确定断裂韧度的公式。结果表明,含有切槽圆盘的断裂韧度值在0.78～0.91 MPa•m1/2之间,不含切槽圆盘测得的值在1.01～1.04 MPa•m1/2之间。有3种含有切槽圆盘测得的断裂韧度值比较稳定,其中孔槽式平台巴西圆盘能够制作理想的宽度较小的切槽。     

高温作用后类岩石的单轴动态压缩和劈裂拉伸试验研究

对类岩石试件进行高温作用后的单轴动态压缩试验和劈裂拉伸试验.结果表明:(1)水泥砂浆试件经历各种温度高温作用后,随着应变率的增加,试件的抗压强度和压缩弹性模量基本呈逐渐增加的趋势,峰值应变呈无明显的固定变化规律.(2)水泥砂浆试件经高温作用后,试件的抗压强度越低,对应变率的敏感性也越强.(3)水泥砂浆试件经高温作用后,...     

温度和含水状态对岩石劈裂强度影响的试验研究

岩土类材料的强度强烈依赖于含水率和温度条件.以兰州兰山砂岩为研究对象,分别进行了不同温度（+20℃、-5℃、-10℃）和不同含水率（干燥、天然含水率和饱和状态）条件下岩石的巴西圆盘劈裂试验.试验结果表明,常温下,岩石抗拉强度随含水率增加而急剧减小,试样饱和时软化、崩解,丧失承载能力;在不同负温条件下,天然含水状态的试样抗拉强度最大,干燥状态下最小;在-10~+20℃范围内,干燥岩石强度随温度升高,抗拉强度增大,含水岩石均是随温度升高,抗拉强度减小,但饱和岩石在-5℃时抗拉强度最大.含水率和温度对岩样强度的影响存在临界值,超过临界值,岩样强度随上述因素反向变化.试验结论为岩土类材料劈裂强度的标准化测试及其工程应用提供了重要的基础数据参考.     

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。     

原位直剪试验中岩体弹性模量求取方法探讨

对利用原位直剪试验法向压缩变形曲线求取弹性模量的两种传统方法进行了分析和探讨,认为利用压缩曲线法和间接现场荷载试验法的经验公式计算出的结果均小于实际值。提出了一种新的利用原位直剪压缩曲线求取弹性模量的综合方法,同时采用3种方法求取了岭澳3期工程强风化角岩的弹性模量。分析表明,原位直剪试验压缩曲线综合法求得的弹性模量为压缩曲线法与间接现场荷载法取值之和,其计算原理与直剪试验法向加载时力学变形机制一致,计算值更接近于真实值,有效地解决了边坡岩体变形稳定性分析中弹性模量取值问题。     

岩体变形模量的尺寸效应

岩土工程中,现场岩体的承压板试验和变形试验可看作是不同尺寸岩体的变形试验。在某工程的现场岩石力学试验中,对同一组试点的岩体先后进行了承压板变形试验和承载力试验,研究了岩体变形模量的尺寸效应,结果表明,岩体变形模量主要受岩体中的裂隙发育状况控制,当岩体质量较好时,可以由承载力试验曲线来确定岩体的变形特性,这一做法具有一举两得的效果。     

某核电厂岩体动静弹性模量的对比研究

以福清核电站二期详细勘察为依托,采用现场原位测试的方法获取岩体的动、静参数,研究其空间分布特征和相关性。结果表明,中等～微风化岩体的动态参数随深度变化具有一定的规律性,而静态参数随深度的变化规律性不强,但裂隙的发育程度对岩体动、静弹性模量均有明显的影响;在动、静弹性模量关系方面,回归分析结果表明,动、静弹性模量之间具有较好的相关性,动、静弹模的比值不随深度而变化,Ed/Es比值分布在0.9～2.19之间。系统地总结岩体动、静参数的分布规律和其相互关系,对岩土工程设计具有重要意义     

冻融循环条件下岩石弹性模量变化规律研究

岩体冻融损伤机制为温度降低使岩体中的水发生相变、体积膨胀、产生冻胀力的作用,岩体中的微裂隙在冻胀力的作用下扩展延伸,温度升高时,融化的水进入新的裂隙,冻结成冰再次产生冻胀作用,反复循环使裂隙网络扩展,最终造成岩体的损伤。基于此,从弹塑性力学、断裂力学的角度出发,研究了在冻胀力的作用下单裂隙扩展特性,推导了冻胀力与裂纹扩展长度之间的关系,利用Mori-Tanaka方法建立了岩体宏观损伤量与冻胀力及冻融次数之间的关系式,讨论了岩体弹性模量与冻融次数、冻胀应力以及渗透系数的变化规律,并与试验结果进行了比较分析。结果表明,岩体在冻融循环条件下的弹性模量随冻融次数的增加呈非线性减小;冻胀应力越大,岩体弹性模量衰减越快;岩体的渗透系数越大,弹性模量衰减越慢。     

水泥土-粉土复合试样动弹模量的试验研究

通过水泥土-粉土复合试样的动三轴试验,研究了动荷载作用下围压、置换率及初始干密度对复合试样动弹模量 的影响。结果表明：经过置换后,复合试样的动弹模量得到提高;动应力-应变关系曲线符合双曲线模型;动弹模量和应变相关曲线与纯粉土的有关曲线形状相似;水泥土-粉土复合试样的动弹模量随应变水平的增长而降低;在相同的动应变水平下,随围压、置换率及初始干密度的增大而增大;在围压较小时,置换率、围压和干密度对动弹模量的影响更显著;复合试样的最大动弹模也随围压、置换率、初始干密度的增大而增大;归一化后的 曲线分布在一个相对狭窄的范围内。     

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。     

塑性混凝土弹性模量室内试验研究

通过4种变形标距的弹性模量试验,研究了塑性混凝土弹性模量的合适测试方法。塑性混凝土棱柱体试件设置300mm、200mm、150mm和100mm共4种测试标距,其中300mm标距下的力和位移数据采用计算机自动采集,其余标距采用人工读数。结果表明,利用自动采集数据模式测得塑性混凝土弹性模量值最稳定,且其值远远小于人工读数模式下的值;一般而言,测试标距小,弹性模量值大,全长标距下弹性模量值最小;利用自动采集数据模式下得到单轴压缩应力应变曲线具有典型初始压缩弯曲段、较长的下降段,而人工读数下几乎不能测出初始压缩弯曲段,而主要表现为较长直线上升段。分析了塑性混凝土利用普通混凝土弹性模量计算公式的不足,提出利用其单轴峰值强度的0.3倍、0.7倍对应的点计算其弹性模量。同时提出室内测试塑性混凝土弹性模量试验时不需预压。     

岩石巴西圆盘试验中的空间拉应力分布

指出目前人们使用了40多年的岩石巴西圆盘试验拉伸强度公式来自二维弹性力学解答,该公式不适用于实际情况所对应的三维弹性力学问题。为了得到三维条件下试样内部的应力分布规律,采用三维有限元分析软件Marc对试样进行了弹性受力分析,结果表明,试样横截面上的拉应力分布规律与二维条件下的情况相类似,但横截面上的应力值沿试样厚度方向是有变化的,越靠近两端面,水平拉应力越大。分析发现,对于高径比为1、泊松比为0.25的巴西圆盘试样,按二维公式计算的抗拉强度比真实值小23.3 %