岩土测试技术作业精讲.docx

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岩土测试技术作业精讲

中国地质大学

研究生课程作业

课程名称岩土测试技术

教师姓名

研究生姓名

研究生学号

研究生专业地质工程

所在院系工程学院

类别:

硕士

日期:

2016年5月

评语

对课程论文的评语:

平时成绩：

课程论文成绩：

总成绩：

评阅人签名：

注：

1、无评阅人签名成绩无效；

2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效；

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岩石变形真三轴试验研究

摘要：

为了得到岩石在3向应力条件下的强度及变形特征，通过真三轴试验对岩石强度进行试验研究．结果表明岩石破坏不仅取决于最大主应力差（σ1-σ3），而且与中间主应力密切相关．真三轴试验可以解决常规三轴试验不能反映的复杂应力路径的演化问题．因此，进行岩石真三轴试验对于研究岩体强度理论具有重要意义．

关键词：

岩石力学；中间主应力；常规三轴试验；真三轴试验

1.引言

岩体是一种复杂的地质体，处于复杂的三维应力场中，岩体破坏通常是于其所赋存的应力状态发生改变引起的．常规三轴岩石力学试验一般都是对岩石施加一定的围压，然后保持围压不变（即σ2=σ3）增加最大主应力σ1使岩石发生破坏，这种试验方法只能研究轴对称的应力状态，不适用于中间主应力对岩体强度和变形的影响．真三轴试验可以解决常规三轴试验不能反映的复杂应力路径的演化问题，通过主应力σ1，σ2，σ3的独立变化，可以体现岩体实际受荷情况。

为了得到岩石在3向应力条件下的强度及变形特征，通过真三轴试验对岩石强度进行试验研究．

2.常规三轴试验

常规三轴岩石力学试验一般都是对岩石施加一定的围压，然后保持围压不变（即σ2=σ3）增加最大主应力σ1使岩石发生破坏，这种试验方法只能研究轴对称的应力状态，不适用于中间主应力对岩体强度和变形的影响．

常规三轴实验仪器

3.真三轴试验

真三轴仪大多是对方柱试件进行试验。

瑞典皇家地质学院的Kjellman设计的通过六块刚性板在三个方向上独立施加主应力的仪器，由于仪器本身复杂性及各方向的相互干扰，造成大的误差。

后来对真三轴试验仪进行了改进，安装一对侧向压力板，以施加

，其特点是试样有一对面暴露在压力室中，能减少这个方向上与其他两个方向边界间的干扰，同时能比较容易形成和观察到如剪切面等破坏形式，但误差的来源还是不能独立的施加大、中、小主应力。

并且这种仪器很难进行如应力路径在

平面的6个角域中自由变化的真三轴试验。

后来又研制出了许多真三轴仪如下图两个：

当前最常见的是真三轴刚性伺服试验机可以进行真三轴试验。

主要用途：

可以完成砼及岩石类材料的单轴、双轴和真三轴的拉压组合试验，实现全过程的测试。

也可完成剪切、梁的弯曲、断裂试验等。

此试验机竖向机架设方向伺服油缸，横向框架设方向伺服油缸和真三轴压力室，推入竖向框架内可进行材料的常规三轴或真三轴压力试验。

其中、为刚性加载，由普通油液液压加载。

三轴室设施加空隙水压力及各主应力方向位移量测量装置。

三轴试验中，横向框架处于浮动工况。

这种真三轴刚性伺服试验机，虽然能进行真三轴试验，但是只能进行方柱试件的真三轴试验，实现了真三轴试验中的，圆柱试件可进行普通三轴试验。

其加载路径通过如下方式进行，先加静水压（==），然后保持不变，增加和到的设计值，保持不变，增加直至试件破坏。

此装置进行真三轴试验，纵向荷载和横向荷载都是通过与试件等截面的金属块加压，这样不存在端面的侧向约束问题，而仅存在端面摩擦力。

减少加载金属块与试件端面间的摩擦力，中间可以加聚四氯乙烯板，在试件和加压板之间设置减摩垫层，刷行加载板，柔性加载板，金属箔液压垫。

但在试件端面加了聚四氯乙烯板，端面摩擦力还是存在，且摩擦力与垂向应力成正比，对于一定的端面摩擦力，沿端面垂向试件越长，摩擦力对试件变形破坏起的阻碍作用越小。

在研究与的关系时，选择试件长轴方向为的方向是有益的。

当然，这样产生的摩擦力对试件变形破坏的阻碍相应增大了一些，的变化幅度较小（相对于），所以从总的效果来说，选择试件长轴方向施加是有益的。

示意图如下：

端部摩擦力是产生误差的主要原因所以对端部进行如下图的处理

目前真三轴试验仪产生的误差主要是由以下几个缺点造成的：

应力难以均匀，当轴向应变大时，会产生加载板干扰，仪器不灵巧，操作复杂，会产生边界干扰。

当试样发生变形后，必然产生试样与刚性板之间的相对运动，在刚性板与试样接触面上将产生剪应力，不能保证接触面上只有正应力，从而影响了真三轴试验测试结果的准确性。

因此要实现

，国内外通常做法都是将试件做成方形试件，通过各种手段消除摩擦效应等的影响带来了不错的试验结果。

并没有对圆柱形试件进行试验的真三轴仪器。

个人认为要对圆柱形试件试验，可将其放入一个方形的模具中，变成对方形试件的加压进行试验。

4.实例分析

4.1实验设备

试验采用的设备为华北水利水电学院与洛阳总参三所共同研制的LY—C拉压真三轴仪．LY—c为刚性三轴仪，可对试件进行单轴、双轴、三轴压缩试验，3个方向荷载独立控制，垂直正交．试样侧面对称粘贴纵横向应变片，计算机自动采集应变数据．

4.2实验样品

试样采用现场浇制的水泥砂浆试件．水泥为郑州新密中岳水泥厂的低碱度硫铝酸盐水泥，7d强度为42．50MPa，3d强度为33．OOMPa；砂料为细砂；材料的质量配比为：

水泥：

砂：

水=1：

7：

0．8．模型试件使用标准150mm×150mm×150mm模具制作，按照文献[4]进行养护3d．试件的弹性模量E=7338．83MPa，泊松比=0．204509，单轴抗压强度4．50MPa．

4.3实验强度及变形特征

由试验知，σ1固定为1．00MPa，将σ2从1．00MPa增加到5．00MPa，对试件的强度有明显的影响，试件的峰值强度由9．42MPa增加到15．62MPa，峰值强度的最大增加量达到65．8％．

表1真三轴试验的加载方式和试验结果

图l为最大主应力的应力一应变关系曲线，随着中间主应力的提高，岩石模型的屈服应力有所提高，模型的弹性模量变化不大，当中间主应力不断增大时，岩石由塑性逐渐向脆性转换．

图1σI一εl关系曲线图（σ3=1．00MPa）

试验中保持σ2为3．ooMPa不变，σ3由1．00MPa增加到3．00MPa时。

对模型试件的极限破坏形态度影响显著，极限强度由9．42MPa增加到17．73MPa，增加量达到88．2％．

图2为最大主应力的应力一应变关系曲线，σ3的改变并没有引起岩石模型屈服应力的明显改变，岩石模型的弹性模量基本上保持不变，模型破坏特性基本上为塑性破坏，随着σ3的增大，其塑性变形量也有所增大．

图2σI一εl关系曲线图（σ2=3．00MPa）

4.4试样的破坏特征特征

试件破坏后的形态大致可以分为2种情况：

一种是最小主应力与中间主应力大小相等时的情况，图3为σ3=σ2=1．OOMPa的破坏形态，由侧向位移计测得的数值和对试样破坏形态的观察可知，试样的4个侧面都有裂纹和裂缝．

另一种是最小主应力与中间主应力不相等时的情况，图4为σ3=1．OOMPa，σ2=3．00MPa的破坏形态，σ3的加载面保持完好，而σ2的加载面已破坏，原因是由于围压不同，在最大主应力的作用下，试样的侧向变形不同．

图5为σ3=1．ooMPa，σ2=3．00MPa时（σ1～σ3）与ε2和ε3的关系曲线．由图5可以看出：

σ3方向的变形量远大于σ2方向的变形量，从而造成了在σ2方向的拉伸破坏．

由图5分析知：

在σ3，σ2施加完毕后在其方向都存在一定的压缩量，此时侧向压缩量达到最大值，在试件屈服之前。

这2个量基本上保持不变，但在σ1增加到屈服强度后，侧向膨胀开始出现，此时再增加σ1，侧向膨胀急剧上升，并且σ2方向的膨胀增长率小于σ3方向，直至试样破坏．由其他不同的σ2，σ3得到的曲线也与此类似．

图5（σ1一σ2）与ε2和ε3的关系曲线图

5.结语

1．在一般条件下，认为岩石破坏的主要原因是由于作用在岩石上的应力差σ1-σ3，试验研究表明：

σ2的影响同样不能忽视，峰值强度随着σ2的增加有所提高，峰值强度的最大增加量达到65。

8％。

2．由于σ2的变化使得岩石的脆性和延性发生转换．在σ2较低时，岩石呈现出塑性的特征，但随着σ2的增加，岩石逐渐由塑性向脆性转换．

3．真三轴试验可以解决常规三轴试验不能反映的复杂应力路径的演化问题．因此，进行岩石真三轴试验对于研究岩体强度理论具有重要意义．

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