巖石的基本物理力學性質(zhì)及其試驗方法(編輯修改稿)
2025-07-04 18:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 析可知，產(chǎn)生這種破壞形態(tài)的主要原因是上、下壓板在施加荷載時，與巖石試件端面之間產(chǎn)生了較大的摩擦力，促使巖石端部產(chǎn)生了一個相當于箍的約束作用。此時，巖石試件內(nèi)的應力分布如圖1513所示。由于拉應力的作用使得這部分巖石被剝離而形成圓錐體。因此從某種意義上來說圓錐體的破壞形態(tài)并沒有真正反映其破壞特征，而是帶有試驗系統(tǒng)所給予的影響。2)柱狀劈裂破壞(見圖1512b)：在發(fā)現(xiàn)圓錐形破壞的真正原因之后有人在上下壓板與試件端面之間，涂上了一層薄薄的凡士林以減小接觸面之間的摩擦力，最終巖石試件由于產(chǎn)生平行于所施加的軸向力的裂縫而破壞。對于不同的巖石所含的礦物成份和所含裂隙的不同，局部還會出現(xiàn)些較小的斜向裂縫。應該說柱狀劈裂破壞是真正反映巖石單軸壓縮破壞的形態(tài)?！纠}9】下列不屬于巖石在單軸抗壓強度試驗中出現(xiàn)的破壞形態(tài)的是( )。A. 圓錐形破壞 B. 柱狀劈裂破壞 C. 三角形破壞 答案：C【例題10】能夠真正反映巖石單軸壓縮破壞的形態(tài)是( )。A. 圓錐形破壞 B. 柱狀劈裂破壞 C. 三角形破壞 答案：B【例題11】在作巖石單軸抗壓強度試驗時，如果增加上下壓板與試塊之間的摩擦力，則巖石的破壞形態(tài)呈( )。A. 圓錐形破壞 B. 柱狀劈裂破壞 C. 三角形破壞 答案：A3 巖石單軸抗壓強度的影響因素1)承壓板給予單軸抗壓強度的影響 除了上述試件端面與承壓板之間的摩擦力影響試件的破壞形態(tài)以外，還有承壓板的剛度也將影響試件端面的應力分布狀態(tài)。由研究可知，當承壓板剛度很大時，其接觸面的應力分布很不均勻，呈山字形，如圖1514所示。顯然，這將影響整個試件的受力狀態(tài)。圖1514 在剛性承壓板之間壓縮時巖石端面的應力分布因此，有人建議試驗機的承壓板(或者墊塊)盡可能采用與巖石剛度相接近的材料，避免由于剛度的不同而引起變形不協(xié)調(diào)造成應力分布不均勻的現(xiàn)象，減少對強度的影響。2)試件尺寸及形狀對單向軸抗壓強度的影響巖石力學試驗最早采用邊長為5cm的立方體試件 。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，試件的尺寸、形狀、高徑比都將影響巖石的強度值。(1)巖石試件的形狀眾所周知，方形試件的四個邊角會產(chǎn)生很明顯的應力集中現(xiàn)象。這將影響整個試件在受力后的應力分布狀態(tài)。此外，從另外一個角度來說方柱體的試件加工要比圓柱形試件困難得多，不易達到有關加工精度的要求。因此，目前，絕大多數(shù)的國家都采用圓柱形的巖石試件。(2)巖石試件的尺寸試件的強度通常隨其尺寸的增大而減小。這就是巖石力學中被稱之為尺寸效應。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，試件的尺寸對其強度的影響在很大程度上取決于組成巖石的礦物顆粒的大小。研究結果表明，巖石試件的直徑為4～6cm，且滿足試件直徑大于其最大礦物顆粒直徑的10倍以上的巖石試件，強度值較為穩(wěn)定。因此，～，作為標準尺寸。(3)巖石試件的高徑比在圖1515中，可以看到由于高徑比h／d的不同，對巖石強度產(chǎn)生不同的影響。從曲線的特征中，明顯地看出了高徑比在2～3時，巖石單軸抗壓強度值已趨勢穩(wěn)定的特性?？梢娙「邚奖葹?～3時，對其強度來說是比較合理的。據(jù)此，～、～。這不僅考慮了不同尺寸、形態(tài)、高徑比對其強度的影響，同時還考慮了巖石力學試驗結果的可比性。3)加載速率對單軸抗壓強度的影響巖石的單軸抗壓強度通常隨加載速率的提高而增大，如圖1516所示。在很高的加載速率下，如沖撞等試驗所求得的單軸抗壓強度甚至可數(shù)倍于緩慢加載的試驗結果。經(jīng)微觀分析發(fā)現(xiàn)，由于礦物在高速率加載時未充分變形而提高了它的抗外荷載的能力。因此，選擇適當?shù)募虞d速率對其試驗結果來說是比較重要的。我國有關巖石力學試驗標準中規(guī)定，～10MPa／s之間，且按巖石的軟硬不同可取其不同的加載速率，這一加載速率與國外的許多試驗標準中所提出的要求是一致的。4)環(huán)境對巖石單軸抗壓強度的影響(1)巖石的軟化系數(shù) 在完全烘干狀態(tài)下與飽和狀態(tài)下所求得的單軸抗壓強度值有著一定的差別，這一差別在軟巖中表現(xiàn)得更為突出。即前者的值往往要比后者大得多。巖石的軟化系數(shù)就是表示巖石中的不同含水率影響單軸抗壓強度的一個具體的反映。見公式(15l16)。由于孔隙中的水對巖石中的礦物的風化、軟化、膨脹以及溶蝕作用，使得在飽和狀態(tài)下巖石單軸抗壓強度有所降低。對于泥巖、粘土巖、頁巖等軟弱的巖石，二者的差值甚至可達2～3倍。而對于致密堅硬的巖石，二者的差別甚小。表1512列出了各種不同巖性的軟化系數(shù)。(2)溫度對巖石單軸抗壓強度的影響巖石力學試驗一般是在室溫的條件下進行的。溫度對巖石強度的影響并不是很明顯。然而，若對巖石試件進行加溫，則巖石軸向壓縮強度將產(chǎn)生明顯的變化。地熱的利用以及在核電工程中核廢料處置等具體問題中，溫度對巖石力學力學性質(zhì)的影響成為非常重要的、急于解決的研究課題之一。近年來，人們很重視溫度對巖石的力學特性的影響的研究。據(jù)最新的研究報導，溫度對巖石強度的影響主要表現(xiàn)為兩個方面：一是由于溫度的升高使巖石內(nèi)的化學成分、結晶水等產(chǎn)生變化，進而影響了巖石的強度。由試驗結果可知，當溫度加至180℃左右時，巖石中礦物周圍的部分結晶水會消失，使強度降低。當加溫高達380℃左右時，石英等礦物會發(fā)生晶變而使強度急劇下降。二是由于溫度的提高，巖石內(nèi)將儲存著一定的熱應力，進而使巖石的抵抗外荷載的能力降低。溫度對巖石強度的影響是一個很復雜的問題，從總體上來說，溫度的增加會使巖石強度降低。但也有人提出，在180℃左右時，對強度影響不大的說法。因此，這還是一個有待于進—步深入研究的課題。除了以上的影響因素以外，還有巖石礦物成分、顆粒尺寸、孔隙率等都將影響巖石的強度。但是，這些因素可作為強度的間接影響因素，所以，不在此一一介紹?！纠}12】在下列各項中，對巖石的單軸抗壓強度無影響的是(1
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