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岩石变形特征分析及试验方法

发布时间:2019-01-08 14:52 作者:李明发 来源:原创

岩石的变形特征是指外力作用下岩石中应力与应变的关系,是影响建筑物稳定性的重要因素。岩石在小力的作用下首先变形,变形随着力的增加而增大。当力和变形超过一定限度时,将发生损坏。在增加力的过程中,岩石的变形和破坏是统一的、连续过程。如果工程岩体变形过大,上述建筑物的不稳定性将危及安全。因此,在工程测量过程中必须获得可靠的变形参数,以便采取适当措施防止对工程的影响并确保建筑。安全。以下是探讨岩石变形特征的、变形阶段和试验方法。

1岩石变形特征

岩石的变形特性通常用应力 - 应变曲线表示,这是通过测量岩石试样在压缩下的应力 - 应变关系得到的。由于岩石的复杂组成及其结构和结构,岩石的应力 - 应变关系也很复杂。岩石变形过程显示弹性、可塑性、粘度、脆性和延性。

1.1灵活性

在一定的应力范围内,物体通过外力的作用而变形,并且在移除外力后可立即恢复原始状态的特性。这种变形称为弹性变形。

1.2可塑性

物体通过外力的作用而变形,并且在移除外力后原始形状的特性不能完全恢复。这种变形称为塑性变形或永久变形。

1.3粘度

物体在外力作用下的变形不能立即完成,应变率随应力的增加而增大。这种变形称为流动变形。

1.4脆弱

当物体受到应力并且变形很小时,裂纹的性质就会发生。

1.5延展性

物体可以承受大的塑性变形而不会损失其承载能力。此外,岩石的变形和破坏特性也随着力的状态而变化。三向应力状态下岩石的应力 - 应变关系与单向应力状态的应力 - 应变关系大不相同。随着围压增加,三向抗压强度增加,峰值变形增加,弹性极限增加。弹性脆性转变为弹塑性、应变硬化。

2阶段岩石变形

根据应力 - 应变曲线曲率变化的单向无约束逐步维护,岩石变形过程可分为四个阶段:

2.1孔隙压裂阶段

岩石中原有的微裂缝逐渐压实,曲线凹陷,岩石变形多为塑性变形。曲线的斜率随应力的增加而增加,表明微裂纹的变化开始更快,然后逐渐减慢。微裂缝岩石在这个阶段更加明显,但很难在密集和坚硬的岩石中绘制这个阶段。该阶段结束时的相应应力称为压实的最终强度。岩石中的微裂缝进一步封闭,孔隙被压缩,原始裂缝基本没有新的发展,也没有产生新的裂缝。应力和应变基本呈线性,曲线接近直线,岩石变形主要是弹性的。对应于该阶段结束的应力称为极限弹性强度。

2.3塑性变形到破坏的高峰期

当应力超过弹性极限强度时,在岩石中产生新的裂缝,并且已经开发出新的裂缝。应变增加率超过应力增加率,应力 - 应变曲线的斜率逐渐减小为凹形。压缩扩展为扩展。随着应力的增加,裂缝进一步扩大,岩石部分受损,破坏范围逐渐扩大,形成穿透性断裂面,导致岩石破碎,岩石变形不再恢复。本节末尾的相应应力称为单轴极限阻力。压力强度。

岩石破坏后,在大变形后,应力降低到一定程度并开始保持恒定。本节末尾的相应应力称为残余强度。

3岩石变形的试验方法

岩石变形特征分析及试验方法

3.1单轴压缩变形试验

这是室内确定岩石变形参数最常用的方法。它指的是试件在轴向压力下产生轴向压缩、横向膨胀并最终造成损坏的试验。适用于各种可制成圆柱形零件的岩石(高径比2~2.5:1)。它可以在不同的水条件下进行测试。每种水条件下应该有3个试件。可以使用电阻应变计方法或千分表方法。对于硬岩和硬岩,应采用电阻应变仪法,软岩和软岩应采用千分表法。通常,采用连续加载方法或逐步一循环方法。最大循环载荷是估计极限载荷的50%。该试验以0.5至1.0MPa /秒的速度逐步进行。在第一次加载后立即施加第一次加载。在一分钟后再次读取较低的纵向和横向变形值,并施加下一级负载,并且读数不小于10组。轴向或径向应变计的数量可以是2或4,并且在使用应变计方法时应牢固地连接到试件上;轴向和径向千分表与千分表方法一起使用。 2或4应分别安装在试件直径的对称位置。试验结束后,根据测得的应力和应变值绘制应力 - 应变关系曲线,并分别计算岩石的弹性模量、变形模量和泊松比等变形参数。

3.2三轴压缩变形试验

这是一种在室内测量岩石变形参数的方法。通常,在测量三轴压缩强度的同时测量三轴压缩变形数据。适用于各种岩石(高径比2~2.5:1),可制成圆柱形试件。在相同的含水状态下,每组中有不少于5个试样,并且5个试样分别在5级(一般等)中。差异被分成几个子压力进行试验。在试验过程中,将岩石试样置于密闭容器中,同时以0.05MPa /秒的速率将横向压力和轴向压力施加到预定的横向压力,并在试验期间保持不变,然后0.5至每秒1.0。轴向载荷以MPa的速度连续施加,直到试件断裂。在加压过程中同时测量不同载荷下的轴向变形值,每个试件的测量值不小于10组。在测试完成后,绘制轴向和横向应力差与轴向应变之间的关系。可以分别计算三轴压缩变形参数,例如弹性模量、变形模量。4岩石变形参数的确定

4.1弹性模量

应力 - 应变曲线上直线段的斜率接近同一岩石极限弹性范围内的常数,反映了岩石在弹性变形范围内的平均弹性模量,这是最常用的变形参数。

4.2正割模量(变形模量)

连接应力 - 应变曲线上的任意点与原点的直线的斜率。工程测量通常采用压缩强度的50%,这也称为割线弹性模量。

4.3泊松比

在最终弹性范围内,对于相同岩石,应力 - 应变曲线上任何点处的横向应变与纵向应变的比率接近恒定。工程测量通常使用50%抗压强度的点来计算,反映弹性变形范围内的岩石变形程度。平均泊松比,也是常用的变形参数。

4.4初始模量

原点处应力 - 应变曲线的切线斜率。

4.5切向模量

应力 - 应变曲线上任意点的切线斜率。

5岩石变形试验的改进

当在普通的柔性试验机上进行岩石压缩试验时,大多数试样在破裂时突然坍塌。、碎片被打破了。仅测量峰值前的应力 - 应变曲线,并且不能记录峰值条件。根本原因是测试。机器的刚度不够大。为了获得包括峰后变形的整个过程应力 - 应变曲线,必须增加试验机的刚性并降低岩样的刚度。这可以从以下四个方面进行改进:(1)增加钢结构的横截面积并减小其长度; (2)增加液压柱的横截面积,减小其长度; (3)减少岩样区域的截面,增加其长度; (4)增加伺服控制系统,控制岩石变形速度恒定。

六,结论

综上所述,虽然岩石的变形特征非常复杂,但在实际工程中,建筑物作用于岩石的应力远低于单轴的极限抗压强度,岩石的变形多为弹性变形,因此可以肯定的是,岩石在一定程度上被认为是一个准弹性体,其弹性模量用于表示其变形特征。通常,仅需要在50%的抗压强度下测量弹性模量和泊松比。另外,单轴压缩变形和三轴压缩变形试验结果值基本接近弹性极限压力,单轴压缩试验更简单,更简单,因此通常采用单轴压缩试验确定岩石变形指数。 。

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