三轴压缩试验现象描述和分析(材料力学轴向压缩实验报告) 岩石作为一种广泛应用的工程材料，由于其内部存在裂纹和裂缝，其实际强度远远小于其理论强度。 为了找出这一简单现象背后的原因，一些学者从单裂纹模型[1]入手，从不同的角度和方面对裂纹缺陷的扩展机理和破坏行为做了大量的研究工作[1-4]。 陈运升[5]利用MTS、超声波监测仪和CT设备，应用岩石力学、损伤力学和分形几何理论，研究非穿透裂隙介质的破坏模式、破坏过程、断裂强度效应、断裂变形效应和细观机制。 殷、王宇等[6]研究了裂隙与力学参数的相互作用，建立了岩体强度参数与其破裂的相互关系。文献[7]用大理岩材料研究了预置裂缝的穿透机理，这是目前国内外很少用真实材料进行的预置裂缝穿透研究之一。文献[8]采用实验和数值模拟相结合的方法，从不同角度研究了含预置单裂纹缺陷的花岗岩试样的裂纹扩展和破坏过程 随着研究方法的成熟，裂隙岩体的模拟和研究越来越深入。 由于岩石成分和结构的复杂性以及内部缺陷程度的不同，测试结论也不同。为了揭示内部缺陷对岩石本身力学性质的影响，更接近工程岩体的天然三维应力状态，对不同裂缝倾角的水泥砂浆试件进行三轴压缩试验，分析其强度和变形特征的发展规律，并分别进行拟合。 2试验的总体设计2.1试验材料和试样的准备本次试验采用水泥砂浆制作不同角度的裂缝试样。 选取两种粒径的河砂进行制样，其中0.09-0.15mm细砂含量为50%，0.15-0.30mm细砂含量为50%，水灰比为水泥:细砂:水=1∶2∶0.5(重量比)，水泥为32.5R普通硅酸盐水泥。 将一块宽2cm、厚0.2mm的铜片按图1所示的设计位置和角度插入试件中。待试件浇注12小时初凝后，取出薄铜片，放入标准养护室养护28天。 设计裂缝倾角分别为0 & deg、30 & deg、45度；、60度；、90度； 根据岩石常规力学性质试验的要求，将其制成&φ；50毫米&次；100毫米标准圆柱样品 2.2 WDT-1500多功能材料试验机用于试验设备的试验，它是由Xi理工大学岩土工程研究所和长春朝阳试验仪器有限公司在MTS的基础上，根据国情进行改进研制的一套大型多功能刚性材料伺服试验系统。 仪器功能:可完成动静载荷下的单轴和三轴试验、全应力应变试验、直剪试验、流变试验、国际标准岩石试件在10Hz下的疲劳破坏、加载过程中的实时声波检测。 该仪器有三种伺服控制模式:应力、变形和位移。 考虑到试验机的安全性、试验过程的可控性和曲线的完整性，轴向载荷(轴向压力)由位移控制，径向载荷(围压)由应力控制。 试验机主要技术指标:最大轴向试验力:1500KN轴向位移测量范围:100mm轴向变形测量范围:0-10mm；径向变形的测量范围:0-5毫米；三轴室最大围压:80MPa最大剪切力:1000KN动态指标:试验力:1000 kn；振幅:0-0.5mm；频率:0-10Hz 2.3试验方案以相同的加载速率对不同裂纹倾角的试样施加相同的围压(0.5MPa/min，本文为8MPa)，然后以0.5mm/min的速度轴向压缩，直至试样破坏。 3试验结果及分析表1裂隙试件三轴压缩试验结果表1不同角度裂隙试件三轴压缩试验结果裂缝角度(& deg)围压(MPa)弹性模量(GPa)峰值强度(MPa)峰值应变1(10-2)峰值应变2(10-2)泊松比A1 0 8 1 0.30 67.35 0.809 0.544 0.23 A2 30 8 10.13 54.40 0 0.680 0 0.459 0.26 A3 45 8 12.02 45.0 0 0 0.765 0.246 0.29 A4 60.8在三轴压缩应力状态下，不同倾角裂纹试样的应力应变关系经历了裂纹压实阶段& mdash弹性阶段& mdash屈服阶段& mdash破坏阶段，但其变化过程受裂纹角度的影响。 在压实和弹性阶段，裂缝倾角对这两个阶段的影响较小。在围压和轴向压力的共同作用下，裂纹试样在8MPa的轴向应力范围内被压实。 当& alpha0°增加到90度；，每个样品对应的屈服应力分别为20 MPa、22 MPa、30 MPa、35 MPa和40MPa。可以看出，随着裂缝倾角的增大，屈服应力逐渐增大。 在轴向压缩过程中，裂纹角α；裂纹萌生和扩展越高，抑制作用越大，导致屈服应力更高，屈服过程更快，试样的脆性特征更明显。 3.1.2断裂试样的周向应变-轴向应变特征图3为断裂试样的周向应变-轴向应变曲线。 在轴压过程中，试件的周向变形从侧面反映了试件的屈服、弱化和破坏特征。 从曲线可以看出，周向变形经历了弹性变形、屈服和破坏三个阶段。 在加载初期，由于围压的存在，周向变形很小，不能反映试样的压实过程。在屈服和破坏阶段，内部剪切滑移使岩样产生明显的塑性变形，周向应变相对于轴向应变的变化可以敏感地反映材料的内部屈服和弱化，且周向弹性应变远小于轴向应变，因此塑性变形增加较快，导致周向应变-轴向应变曲线偏离直线。 在弹性阶段，不同裂纹角度试样的周向应变-轴向应变斜率差异不明显；在屈服阶段，相同轴向应变下，裂纹角度越小，试件周向变形越大。在破坏阶段，裂缝倾角&α；= 90度；试样的周向变形显著增加，曲线有明显的转折区。 3.1.3裂隙试样的应力-体积应变特性在三轴压缩过程中，试样都经历了相同的体积变化过程。一是体积应变增大，说明样品中的微孔和裂缝被压缩闭合；当体积压缩到最小值时，内部材料会屈服破坏产生塑性，反映在宏观上就是试样体积开始膨胀，然后出现明显的裂纹。 在压实阶段和弹性阶段，各裂纹试样的体积应变缓慢增加，体积逐渐减小。倾斜角&α；= 0 & deg、30 & deg样品进入屈服阶段后，其体积开始膨胀，α；=45度；、60度；、90度；样，只有在接近失效时体积才开始膨胀。 裂缝角度从0度开始至90度；从压缩到膨胀转折点的应力分别为24、25、41、44和52兆帕。 3.2断裂倾角为0 & deg时断裂试样的力学性能至90度；当，试样在主动压缩下的强度随裂纹倾角α而变化增量先减小后增加，45 & deg当峰值强度最低时，0 & deg和90度；石高 可以看出，裂隙倾角对岩样峰值强度有显著影响，这与前人的研究结果一致。 当裂缝倾角从0 & deg至90度；当，试样在主动压缩下的弹性模量随倾斜角α而变化增加量略有增加，可以认为相对于其基数几乎没有差别，这应该是由于围压削弱裂缝倾角的作用。 3.3断裂试样的破坏特征3.3.1断裂试样的破坏形式破坏形式和断裂倾角&α；涉及 倾斜角&α；= 0 & deg当沿预制裂纹端部产生一条短的翼形裂纹，在预制裂纹外产生二次裂纹，破坏为拉剪破坏；& alpha=30度；、45度；当裂纹沿预制裂纹的两端开始时，与轴向加载方向成30°角；左右角剪切断面；& alpha=60度；剪切破坏沿预制裂缝面方向发生；& alpha=90度；当预制裂纹的上端与轴向成15°时；角V形剪切破坏面，预制裂纹底部产生平行于加载方向的贯通拉伸裂纹。试样属于拉剪混合破坏。 3.3.2断裂试样破坏机理分析断裂倾角&α；= 0 & deg此时，虽然试件以较小的轴向应力进入屈服阶段，但由于裂纹面垂直于主应力方向，围压为8MPa，使得裂纹尖端的局部拉应力受到抑制，使得预制裂纹末端的翼形裂纹不易萌生，从而使试件具有较高的强度。 裂缝倾角为90度；尽管预制裂纹的角度方向平行于轴向加载方向，但8MPa的围压水平也强烈抑制了裂纹的扩展，直接导致试件峰值强度的增加。但在接近峰值强度时，裂纹扩展较快，直接导致最终的拉伸剪切破坏。 当预制裂缝的角度为45°时时，预制裂缝的端部最容易产生剪切裂缝，导致强度降低。 结论三轴压缩下裂纹试样的变形、强度和破坏具有以下特点:轴向变形大于周向变形；体积先压缩后膨胀；裂缝倾角为0度；、30 & deg试样进入屈服阶段时体积开始膨胀，裂纹倾角为45 & deg、60度；、90度；样品的体积只有在接近破坏时才开始膨胀；屈服应力随着裂缝倾角的增大而增大；裂纹角度越大，试件的脆性越明显。随着裂缝倾角的增大，强度先减小后增大，45 & deg当峰值强度最低时，0 & deg和90度；当它较高时，弹性模量几乎不受裂纹倾角的影响；试件的破坏形式与裂缝倾角有关，大多为剪切破坏。 参考文献:[1] Griffith A .固体中的破裂和流动现象(Seriesa) [M].伦敦:菲尔。反式。皇家足球。, 1921.163, 221.[2]李建民，等.小材料剪胀的微裂纹模型[J].北京:科学出版社，2002 .应用力学杂志，1988年，55:24 & ndash；35.[3]沈波，巴顿.节理岩体中隧道周围的扰动区[J].国际岩石力学学报，1997，34(1):117 & ndash；15.[4]陈为忠，李术才，朱维申，等.岩石裂纹扩展的实验与数值分析[J].岩石力学与工程学报，2003，22(1):18 & ndash；23.(陈为忠，李术才，朱维申，等.受压岩石中裂纹扩展的实验与数值研究[J].岩石力学与工程学报，2003，22(1):18 & ndash；23.[5]陈运升非连续裂隙介质单轴压缩损伤演化特性的试验研究:[硕士论文] [D]。Xi:Xi理工大学学报，2002 [6]尹，王宇.岩体中裂隙与力学参数的相互作用研究[j].三峡大学学报(自然科学版)，2000 527。[7]陈刚，凯梅尼J M，Harpalani S .具有预切割切口的大理岩板在压缩下的断裂扩展和聚结[J].断裂和节理岩体，1992，14:435 & ndash；49.[8]林王仁坤周维元。不同角度单裂纹试样的裂纹扩展与破坏行为[j]，岩石力学与工程学报，2005.11(24 Add.2): 5652-5657。
下一篇：煤矿机电管理(煤矿机电设备安全管理)
上一篇：安防管理部监控中心作业指导书
免责声明：
本网转载自合作媒体、机构或其他网站的信息，登载此文出于传递更多信息之目的，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考，不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之，本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者，视为自愿接受本网站声明的约束。