岩石单轴抗压强度的尺寸效应研究

影响岩石抗压强度试验值的因素很多,这些因素大致可分为两个方面:一方面是岩石自身的因素,如矿物成分、结晶程度、风化程度等;另一方面是试验方法上的因素,如试件形状、尺寸大小等。研究结合西南某水电工程勘测设计工作需要,进行了4种不同尺寸的岩石单轴抗压强度比较试验,以探索岩石单轴抗压强度的尺寸效应。试验研究结果表明:岩石单轴抗压强度的尺寸效应明显,随试件尺寸的增大,其抗压强度值逐渐减小。     

岩石单轴抗压强度优势尺寸及尺寸效应

对中硬岩石和软岩/硬土进行不同尺寸试件的单轴抗压强度试验研究结果表明:中硬岩石破坏形式呈典型脆性劈裂破坏特征,软岩/硬土呈现剪切破坏和部分碎裂破坏形式;无论硬岩还是软岩/硬土,单轴抗压强度的离散性与岩性和试件尺寸密切相关.通过岩石微观机理与宏观特征对其抗压强度尺寸效应进行了分析,提出在工程设计中应考虑岩石的优势尺寸及尺寸效应所带来的强度差异问题,以为工程的经济合理性与安全提供有效支撑.     

基于尺寸效应的类岩石材料点荷载指标与单轴抗压强度对应关系研究

点荷载强度指标间接确定岩石的单轴抗压强度,具有独特的优势,被认为是一种现场测定、估算单轴抗压强度的最佳方法。通过总结大量国内外相关文献发现,目前的研究成果受岩石材料各向异性、数据模糊对应、仪器笨重、缺乏试验验证4个方面的影响,仍存在局限性。利用自行研制的便携式点荷载仪,针对各向同性的类岩石材料进行不同强度、不同尺寸、一一对应的点荷载指标和单轴抗压强度对应关系试验研究。试验结果表明:试验数据均服从正态分布规律,集中趋势明显;不同尺寸的测试结果证实,类岩石材料的点荷载指标具有明显的尺寸效应;结合实测数据,通过绘制P-D²_e关系曲线的修正方法得到相关系数最高为0.97,说明不规则样品的点荷载指标能够很好地统一到标准等效尺寸。采用统计分析方法建立点荷载指标和单轴抗压强度的线性方程,对应关系的相关系数为0.994,说明修正后的点荷载指标能够更好地建立相关性、提高精确度。通过不规则试件的点荷载测试验证上述关系式误差在15%以内。     

非贯穿性节理对岩体单轴抗压强度的影响

灵活运用ANSYS/FLAC3D等软件构建含有非贯穿性节理岩体的圆柱体试件。通过对比分析含单一结构面岩石的单轴压缩数值试验结果与已有研究成果,论证了此方法模拟裂隙岩体的合理性。在此基础上,通过模拟不同倾角和尺寸的圆柱体试件的单轴压缩试验,揭示了非贯穿性节理对岩体试件抗压强度的影响,以及含不同倾角的非贯穿性节理岩体单轴抗压强度的尺寸效应特征。当非贯穿性节理倾角为45°~60°时,试件单轴抗压强度存在最小值;当倾角为90°时,试件单轴抗压强度最大,即当非贯穿性节理与岩体受力方向平行时,对岩体单轴抗压强度影响较小;不同尺寸岩体试件单轴抗压强度随非贯穿性节理倾角的变化规律基本一致。含非贯穿性节理的岩体单轴抗压强度受节理倾角的影响较大,其变化规律与含贯穿性节理的岩体相似。除倾角90°岩体外,含非贯穿性节理的岩体单轴抗压强度存在明显的尺寸效应特征。     

尺寸效应和约束条件对土基回弹模量的影响

室内承载板法是测定土基回弹模量的标准试验方法。尺寸效应和约束条件的影响使得室内测定的回弹模量往往与现场不符,不能直接用于公路结构设计。以红黏土为研究对象,采用室内试验和数值模拟的方法研究了试样的尺寸效应和约束条件对土基回弹模量的影响。结果表明:试样的尺寸效应(试样直径和高度)对回弹模量的影响较大,随着试样直径的增大回弹模量增大,随着试样高度的增大回弹模量减小;无侧限条件下测定的回弹模量乘以约束条件系数1.2即得有侧限条件下回弹模量值。研究成果为室内合理测定土基回弹模量值提供参考依据。     

单元体弹性模量分布对岩石单轴抗压强度影响数值模拟

利用FLAC3D建立单轴压缩试验数值模型并与实际情况比较以验证模型可靠性。控制其它材料参数,改变单元体弹性模量分析岩体抗压强度的影响。岩体模型各单元体弹性模量在一定区间内分别按均匀变化规律取值、随机取值以及按正态分布规律取值,研究单元体弹性模量分布规律对岩石单轴抗压强度的影响。结果表明:弹性模量分布的均匀性越好,岩石抗压强度越大,最大值等于整个岩体模型弹性模量取相同参考值时的计算结果;单元体弹性模量在一定区间内随机取值时,岩石抗压强度将减小,且弹性模量随机取值区间越大,岩石抗压强度越小;在相同的取值区间上,弹性模量按正态分布规律取值时岩石抗压强度大于弹性模量随机取值时的抗压强度。两者都小于整个岩体模型弹性模量取相同参考值时岩石的抗压强度,即σ1≥σE正态分布≥σE随机分布。     

考虑水软化-化学风化作用的岩石单轴压缩试验离散元模拟

西南地区以岩石地形为主,较为潮湿。而岩石在工程长期运行中,会受到水和化学风化作用的影响,分别表现出软化、强度降低以及力学性能劣化的特性。因此研究岩石在水、化学风化作用影响下的力学性质极其重要。本文采用离散单元法(DEM)模拟水软化-化学风化因素作用下岩石的单轴压缩试验,得到应力应变曲线以及破坏后微观信息图,从宏微观角度分析岩石受水、化学风化作用下力学性质,破坏模式的变化。模拟结果表明:随着岩石饱和度的增加,岩石的峰值强度、弹性模量不断减小,破坏模式由压剪扭破坏为主逐渐转变为拉剪扭破坏为主;随着化学风化程度增大,岩石峰值强度也随之减小,脆性破坏特征越来越不明显,与室内试验结果相吻合。     

混凝土棱柱体试件抗压强度尺寸效应探讨

现行《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150—2001)并未对高应力比条件下混凝土徐变试验棱柱体试件的抗压强度尺寸效应作出明确规定,因此从定性和定量的角度探讨棱柱体试件的尺寸效应问题。通过对15个同截面、不同高度的混凝土棱柱体试件进行抗压强度试验,较系统研究了试件纵向高度与横向长度比值和抗压强度的关系,得到棱柱体试件抗压强度尺寸效应的临界尺寸。收集大量临界尺寸范围内混凝土棱柱体试件抗压强度试验资料,建立了混凝土尺寸效应广义回归隐式神经网络模型,计算分析结果表明:规范中抗压强度折算系数无法满足高应力比下徐变试验荷载加载要求,可利用本文建立的隐式神经网络模型预测不同尺寸的混凝土试件的抗压强度比值进行高应力比下的徐变试验。     

全级配混凝土抗压强度尺寸效应及影响因素的统计分析

搜集了11个工程共137组试验数据,采用可靠性理论及统计学方法,研究了全级配混凝土大试件与湿筛混凝土小试件之间抗压强度比值(以下简称为"抗压强度比值")的分布规律,分析了试件形状、龄期对抗压强度比值的影响,得到了如下结论:抗压强度的尺寸效应显著存在,混凝土立方体试件具有80%、85%、90%及95%保证率的抗压强度比值分别为0.799、0.789、0.776、0.757;试件形状对尺寸效应的影响显著,立方体试件的抗压强度比值约为0.847,圆柱体试件的抗压强度比值约为0.560,因此圆柱体试件的尺寸效应大于立方体试件;龄期对尺寸效应的影响显著,抗压强度比值在7d时最大,7d^28d下降明显,28d^180d基本稳定。基于该规律建立了相应的经验公式。     

三级配混凝土抗压强度尺寸效应的试验研究

为系统研究强度等级和矿渣掺量对混凝土抗压强度尺寸效应的影响,分别对试件尺寸为200,250 mm和300 mm,矿渣掺量为0,30%,40%,50%和60%,强度等级为C15、C20和C25的三级配混凝土立方体试件进行了抗压强度试验。结果表明:三级配混凝土的抗压强度存在尺寸效应现象,其中强度等级对尺寸效应的影响比较显著,表现为尺寸效应现象随强度等级的提高呈显著增加的趋势;矿渣掺量的变化对混凝土抗压强度的尺寸效应也有一定的影响,但是相比强度等级,其效果不明显。最后,结合Bazant尺寸效应律公式,计算得出不同强度等级、不同矿渣掺量的三级配混凝土抗压强度的临界尺寸Dcr和临界强度fcr,可为矿渣混凝土的力学性能试验研究和工程应用提供参考。     

红层软岩单轴抗压强度的尺寸效应

通过对甘肃省定西市兰渝铁路(夏广段)LYS-1标胡麻岭隧道的红层软岩进行不同高径比试样单轴抗压强度对比试验,研究红层软岩单轴抗压强度的尺寸效应。加工试件直径50 mm,高20~100 mm。定义无量纲量尺寸效应系数为非标准样与标准样所测单轴抗压强度之比。试验数据拟合得出红层软岩尺寸效应系数与高径比、平均弹性模量之间线性相关,拟合效果良好;高径比＜2.0,尺寸效应系数随着高径比的增大呈先减小后增加的趋势。联立拟合直线求解,得出尺寸效应系数取极小值时的高径比。对试样进行受力分析,通过研究不同破坏形态,得出红层软岩试样尺寸效应系数变化的原因,且发现红层软岩尺寸效应明显。     

岩石单轴抗压强度换算公式适用条件分析

为了系统研究岩石抗压强度的尺寸效应,在黄河古贤水利枢纽工程坝轴线处钻取直径为100 cm、高度为20～60cm的大口径岩心,通过矿物鉴定得知此处岩基均为沉积岩,主要分钙质泥岩、砂岩、长石砂岩、粉砂岩四类,根据研究目的,加工5×5 cm、5×10 cm、10×10 cm、20×20 cm四种类型的圆柱体试样,进行单轴抗压强度试验。试验结果表明:在对试验数据进行整理时,《水利水电工程岩石试验规程》推荐的单轴抗压强度换算公式并不适用于任意高径比的岩心,仅适用于直径为5 cm的试件,对于其他非标准试件,应根据实际情况对修正系数进行必要的调整。     

青藏高原邦铺矿区岩石单轴压缩变形试验研究

采用2 000 kN型电液伺服岩石试验系统,对青藏高原邦铺露天矿区的花岗岩和凝灰岩在烘干、饱和及天然状态下进行了单轴压缩试验,从而得到了岩块的应力-应变关系曲线及变形模量、泊松比和抗压强度值。分析了不同状态下岩块的应力-应变关系曲线,得出了影响岩块单轴抗压强度的关键因素为试件尺寸和湿度。结果表明,试验花岗岩的抗压强度偏小,而凝灰岩的抗压强度变化不大。     

ITZ强度对混凝土裂隙扩展影响的DEM模拟研究

混凝土的粗骨料与砂浆之间存在界面过渡区(ITZ),过渡区的力学性质受骨料的形状、大小、含量、空间分布及初始裂隙等条件影响。为研究过渡区强度对混凝土材料性能的影响,采用离散元软件PFC2D建立了随机骨料分布的混凝土模型,并对其进行了单轴压缩试验。试验发现：当过渡区强度增大时,混凝土的峰值应力和初始裂隙产生时的应变逐渐增大,总裂隙数减少,破坏类型由受剪破坏转变为受拉破坏,并且过渡区强度增强会使混凝土的起裂区域由过渡区转移至砂浆聚集区。模拟结果可为混凝土界面过渡区的理论研究提供一定参考。     

浅谈凝灰质砂岩单轴抗压强度与单轴压缩变形之间的联系

通过室内岩石单轴抗压强度与单轴压缩变形试验,主要测定在外力作用下岩石的抗压强度及变形模量和弹性模量的情况,为水工建筑物提供稳定设计参数。     

矿物相互作用对岩石单轴抗压强度的影响研究

针对岩石矿物颗粒之间的相互作用程度不同的特点,采用弯矩贡献因子β〖TX-〗模拟了岩石矿物颗粒之间的相互作用力的强弱。依据花岗岩室内单轴压缩试验曲线对细观参数进行了识别。在此基础上,定量研究了β〖TX-〗对岩石类材料的变形、强度特征以及微裂纹行为的影响。以4种室内单轴压缩应力应变曲线来验证弯矩贡献因子的适用性。结果表明：β对峰值强度、拉剪裂纹比重以及破坏模式的影响很大;随β的增加,峰值强度呈现线性减小的规律,拉剪裂纹比重呈现指数型增长规律,破坏模式也从对角型破坏面逐渐发展为“V”型破坏面;通过调整β,模拟得到的曲线与室内试验应力应变曲线良好吻合。     

尺寸效应对面板混凝土动态力学性能影响的试验研究

为研究尺寸效应对面板混凝土材料动态力学性能的影响,通过设计一系列试验,采用混凝土动静三轴仪试验仪对不同面板混凝土试件(Ф150 mm×150 mm、Ф150 mm×300 mm、Ф150 mm×450 mm)进行动态力学性能试验,得到面板混凝土极限抗压强度与应变速率的拟合关系式。结果表明,当面板混凝土试件尺寸相同时,试件的轴向抗压强度随着应变速率提高而增大,轴向峰值应变随之减小;当加载的应变速率相同时,试件的轴向抗压强度随着试件尺寸增大而减小,其轴向峰值应变也随之减小;当混凝土试件尺寸不同时,应变速率的提高对尺寸较小的试件的轴向抗压强度的增幅影响较大。最终通过数据回归分析,得出考虑尺寸效应影响的面板混凝土轴向抗压强度与应变速率关系的拟合曲线。     

粗糙单裂隙渗透性尺寸效应及其影响因素研究

裂隙岩体渗透性尺寸效应是岩体水力学研究中的一个热点问题.为探明岩体渗透性随试样尺寸的演变规律及其主控因素,从粗糙单裂隙入手,首先假定裂隙开度服从正态分布,并用COMSOL数值分析软件生成系列尺寸的粗糙单裂隙模型;然后通过求解Reynolds方程,开展变裂隙开度、粗糙度和法向应力条件下的系列尺寸单裂隙渗透数值模拟,并通过...     

岩石单轴压缩端部效应的数值仿真分析

为了研究端部摩擦对岩石强度的影响,基于连续介质力学的方法,采用非线性损伤本构关系,描述岩石材料的力学行为。在此基础上,引入岩石力学性能的Weibull随机概率分布,以表征岩石力学参数的非均质特性与损伤局部化现象,建立了岩石细观力学模型,并对一系列不同摩擦系数下的岩石试件单轴压缩试件进行了数值试验。计算结果表明,在岩石单轴压缩试验中存在着端部效应,端部效应对岩石试件(特别是长度较小)的单轴压缩强度、应力-应变曲线及破裂形态影响显著。因此,为获取真实的岩石力学特性,需有效地控制实验室试验条件,降低端部效应对测量结果的影响。     

水泥土尺寸效应研究现状综述

为了促进水泥土搅拌桩质量检测的发展,系统地介绍了水泥土的概况、水泥土的应用及水泥土质量检测中存在的问题,并进一步分析了影响水泥土强度检测中关键问题(尺寸效应)的研究现状,以期使水泥土搅拌桩的质量检测数据更加准确可靠。