北山花岗岩直接拉伸与巴西劈裂试验研究

以甘肃北山预选场区地下实验室深部花岗岩为研究对象,采用直接拉伸与巴西劈裂两种试验方法,对岩样的拉伸力学特性进行了综合试验研究。研究表明,直接拉伸试验测得的花岗岩抗拉强度低于巴西劈裂试验,两者比值为0. 71,直接拉伸试验得到的结果更加真实反映花岗岩的抗拉强度特性。两种拉伸破坏方式的岩石断面扫描研究表明,直接拉伸以晶间断裂为主,为典型脆性拉断破坏;巴西劈裂以穿晶断裂为主,存在剪切破坏。     

重庆红砂岩单轴直接拉伸特性试验研究

为探讨重庆市分布较为广泛的红砂岩直接拉伸力学特性,了解其直接拉伸的变形破坏规律,本文设计研制了岩石直接拉伸试验装置,并详细介绍了该装置的工作原理及其使用范围.利用该装置进行了红砂岩的直接拉伸特性试验,从抗拉强度、杨氏模量、泊松比等指标与压缩情况下的比较以及红砂岩拉伸变形破坏规律等方面对其直接拉伸力学特性进行了分析,获得...     

盐岩拉伸破坏力学特性的试验研究

利用MTS815 Flex Text GT岩石力学试验系统,并利用PCI-Ⅱ声发射测试系统及SMZ1000体视显微镜和CCD实时摄像系统,采用间接拉伸与直接拉伸两种试验方法,对层状盐岩拉伸破坏力学特性进行了综合试验研究。研究获得了两种测试方式的破坏全过程曲线,揭示了间接拉伸、直接拉伸强度相互关系,及其与单轴抗压强度的相互关系。研究表明,直接拉伸试验测得的层状盐岩抗拉强度低于间接拉伸试验,直接拉伸试验得到的结果更加真实反映盐岩的抗拉强度特性,建议尽可能采用直接拉伸试验方法测试盐岩抗拉强度;研究得到了两种拉伸破坏方式的声发射空间分布特征,揭示了与之对应的受力状态和导致破坏的损伤演化规律;不同拉伸破坏方式的岩石断面形貌研究表明,间接拉伸以穿晶断裂为主,直接拉伸以沿晶断裂为主,这种断裂破坏方式的差异是导致不同拉伸测试方式强度差异的原因。     

重庆红砂岩单轴直接拉伸蠕变特性试验研究

 以重庆市典型的红砂岩为研究对象,应用自行设计加工的岩石单轴直接拉伸装置进行该红砂岩的单轴直接拉伸蠕变试验。基于试验结果,研究红砂岩在单轴直接拉伸作用下的轴向蠕变、侧向蠕变以及卸荷蠕变规律,并探讨红砂岩蠕变断裂特征。最后,应用改进的非线性西原蠕变模型分别对该红砂岩的轴向、侧向蠕变试验曲线进行辨识,基于Levenberg-Marquardt(LM)优化算法的Matlab编程获得改进西原模型的材料参数。蠕变模型与试验结果比较,显示蠕变模型在该红砂岩直接拉伸蠕变中的适用性。研究成果丰富了重庆市红砂岩蠕变资料,对该地区进行大型岩土工程具有积极的指导意义。     

砂岩拉伸过程中的能量耗散与损伤演化分析

岩石作为一种非均质的复杂地质材料,其力学响应表现出明显的非线性和各向异性特点。借助先进的试验测试系统,可以对岩石进行直接拉伸试验,从而在现有大量压缩试验的基础上进一步完善对岩石基本力学行为的研究。通过砂岩的循环拉伸试验研究发现,拉伸过程中外载所做的总功除了引起岩石弹性变形能的增大外,还有一部分被耗散掉从而导致岩石发生不可逆的损伤。在对能量耗散进行分析的基础上,可以建立岩石的损伤演化方程,并通过试验测定相应的参数指标。试验研究和理论分析表明,基于能量耗散分析建立的岩石损伤演化方程可以较好地描述岩石的损伤演化过程。     

微器件材料拉伸试验检测技术与装置

介绍了一种简单可行的面向微器件材料的单轴机械测试技术与装置。通过对直径为0.22mm,长度10mm的铜丝在700℃温度下退火,室温下冷却4h后与现有的单轴试验机进行拉伸对比试验,证明了此装置的可行性。并在此基础上对厚度不同的聚合物薄膜材料进行了拉伸实验,得出了相应的应力与应变曲线。     

直接拉伸、劈裂及单轴压缩试验下岩石的声发射特性

采用自行研制的岩石直接拉伸试验装置,对砂岩和石灰岩2种岩样进行直接拉伸、劈裂及单轴压缩试验。试验结果表明,2种岩石的声发射活动情况大体相同。在单轴压缩条件下,加载早期的声发射活动较为活跃,随着荷载的增加,许多试样的声发射率较加载初期有所下降,这通常被认为与试样中的裂隙压密有关。劈裂试验条件下岩样的声发射活动规律与单轴压缩条件下基本一致,所不同的是：在劈裂试验条件下,声发射活动在整个加载过程中持续不断,直至临近破坏时,声发射活动大量增加,即劈裂试验条件下未观察到与单轴压缩试验类似的“裂隙压密”阶段声发射率较高的现象,也未观察到压缩试验中试样发生微破裂时,声发射累计事件数出现阶跃、变形曲线上出现拐点的现象。在直接拉伸条件下,试样的声发射活动又有很大不同,在破坏发生前的整个加载过程中,观察到的声发射事件数和能率远少于单轴压缩和劈裂试验的结果。对于大多数试样,声发射事件仅在试样破坏时才能观察到。     

水压致裂法测定岩石的断裂韧性

提出了一个利用液体压力对空心厚壁圆柱形岩样进行压裂而测定岩石断裂韧性的简单方法，在自行设计加工的岩样制备和断裂韧性测试装置上，对部分砂、页岩试样进行了测试。通过对岩样破裂面和声发射曲线的分析，对水力压裂过程中岩石破裂的有关机理进行了探讨。     

岩石直接拉伸试验与劈裂试验的对比研究

由于岩石抗拉能力低，在很多情况下，岩体工程的破坏是从岩石局部受拉破坏开始。采用直接拉伸法和劈裂法，在INSTRON-1345液压伺服刚性材料试验机和CSS-44000电子万能试验机上，分别对花岗岩、砂岩和泥岩进行了抗拉强度试验。试验证实了直接拉伸法较劈裂法优越，直接拉伸试验试件中受拉裂缝的扩展是试件产生非弹性应变最直接的原因。     

岩石单轴和三轴压缩实验和力学特性分析

以二滩水电站现场取得的正长石岩样加工制备标准试件(尺寸为Φ50×100mm),开展岩样的单轴压缩及不同围压下的常规三轴压缩试验,取得岩石试件各项物理力学参数,进行岩石试件在不同应力路径和不同围压下强度及变形分析,自行绘制岩样在不同力学状态下应力-应变曲线,阐述岩样加载到破坏的全过程。     

建筑砂浆的拉伸粘结强度试验比较

通过对不同标准中砂浆拉伸粘接强度方法的比较,找出其不同点,建议对需要检测拉伸粘结强度指标的砂浆执行统一的试验方法和标准。     

变胶结厚度下胶结颗粒微观模型的初步研究

粒间胶结厚度对胶结作用有一定的影响,在已有研究基础上针对不同胶结厚度,设计加工了适用于设定胶结厚度的胶样成型装置及复杂应力辅助加载装置,制备了胶结厚度为1.5mm的铝棒60对,经一定时间的养护后,对其进行了一系列拉伸压缩剪切等力学加载试验,并将试验结果与蒋明镜等人^[8]的无胶结厚度及胶结厚度为0.6mm的相应试验结果进行对比分析,得出不同胶结厚度对铝棒间胶结物力学特性的影响。结果表明:随着胶结厚度的增加,抗拉强度增大,抗压强度减小,抗剪强度也减小。     

砂岩直接拉伸蠕变特性及 Burgers 模型的改进与应用

应用自行研制的岩石直接拉伸装置对红砂岩进行了单轴直接拉伸蠕变试验,试验结果表明,在低应力状态下砂岩的直接拉伸蠕变由衰减蠕变和稳态蠕变组成,高应力状态下砂岩直接拉伸出现历时较短的加速蠕变阶段。在对蠕变特性分析的基础上对 Burgers 蠕变模型进行了改进,引入了一个非线性黏塑性体,并基于 BFGS 算法对拉伸作用下蠕变试验结果进行直接拟合。结果表明,基于 BFGS 算法的改进 Burgers 蠕变模型理论曲线与试验曲线吻合效果较好,引入模型的非线性黏塑性体其黏性系数 η _N 的初始值较大（ 10¹⁹ 以上）,该非线性黏塑性体在砂岩的加速蠕变阶段起到主导作用;改进 Burgers 模型不仅可以描述砂岩直接拉伸状态下的衰减蠕变和稳态蠕变阶段,而且可很好地描述砂岩加速蠕变过程。     

巴西圆盘劈裂试验中拉伸模量的解析算法

 提出巴西圆盘劈裂试验中拉伸模量的解析算法。结合圆盘对心受力的理论弹性解和实际试验过程中便于测量的物理参数,基于微积分的原理,通过对试样中心垂直加载方向上每一点拉应变的积分,可以得到该方向上总的变形量,进而推导出岩石拉伸模量和总位移变形量之间的定量关系式。该关系式包含加载力、试样直径、试样厚度、岩石泊松比和试样中心垂直加载方向上总位移变形量5个物理量,其意义明确,运用简便,可为求解巴西劈裂试验拉伸模量提供一种新的方法。     

圆盘冲击劈裂试验中岩石拉伸弹性模量的求解算法

 提出圆盘冲击劈裂试验中求解岩石拉伸弹性模量的解析算法。结合圆盘对心受力的理论弹性解和实际试验过程中方便测量的物理参数,基于微积分原理,得到岩石拉伸弹性模量和垂直加载方向上总位移变形量之间的定量关系式。在此基础上,考察试样中心平行加载方向和垂直加载方向位移量之间的关系,认为两者之间存在线性关系,可以用比例函数进行表示。最后,结合SHPB冲击劈裂试验原理,通过测量得到平行加载方向位移,利用得到的比例函数进行换算,代入到拉伸模量和垂直加载方向上总位移变形量之间的定量关系式中,进而得到圆盘冲击劈裂试验中岩石拉伸模量的求解公式。该式包含冲击加载力、试样直径、试样厚度、岩石泊松比和试样中心平行加载方向上总位移变形量5个物理量,意义明确,运用简便,为求解圆盘劈裂试验拉伸弹性模量提供了一种新的方法。     

岩石力学试验中缺陷岩样抗压强度修正方法

由于岩石形成过程以及所经历的地质历史作用,岩石内部微观裂纹、裂隙、孔隙等缺陷是客观存在的,而这些缺陷正是导致岩石力学试验结果离散的根本原因。在以往岩石力学试验现象统计分析基础上,详细分析了岩石内部缺陷对应力-应变曲线的影响,提出了显式缺陷和隐式缺陷岩样的概念;结合岩石的地质本质性和室内试验条件,选取岩石的密度和纵波波速作为衡量岩样缺陷程度和强度预测的基本参数,建立了岩石纵波波速、密度和抗压强度预测经验公式;针对显式缺陷和隐式缺陷岩样的试验结果分别提出了抗压强度修正方法,该修正方法的核心就是采用纵波波速和密度作为衡量岩样内部缺陷的定量指标,将岩样的缺陷修正到同一水平,这样将更好地把握岩石力学试验的规律。验证结果表明,所提出的修正方法可以较好地修正由于岩样内部缺陷导致的抗压强度离散值。     

多直径岩芯液压致裂岩石抗拉强度快速试验机研发

为了更为准确地测定岩石的抗拉强度以降低钻杆式水压致裂原地应力系统柔性对最大水平主应力计算的影响,研发了多直径岩芯液压致裂岩石抗拉强度快速试验机。试验机参照水压致裂测试力学过程,基于岩石厚壁筒原理研发,主要核心部件包括加载系统、压力监测和数据采集系统、样品夹持系统3个部分。为了方便推广该套试验设备和此类试验方法,针对试验影响因素加压速率、中心盲孔深度和直径、空心岩柱内外径之比等因素开展了57个岩石样品的试验工作。试验结果显示,空心岩柱盲孔深度对测试结果影响不明显,但是会影响测试成功率,岩样盲孔深度可为岩柱高度的0.7~0.8倍。空心岩柱中心孔直径会显著影响测试结果,当中心孔直径大于20 mm时,中心孔的尺寸效应不再显著。如果考虑空心岩柱内外径之比,根据理论分析和试验数据可知,取0.3~0.5可获得更为稳定的测试数据。试验采用的加压速率为0.02 MPa/s,获得试验数据稳定可靠。此次测试样品福建长汀下古生界奥陶~志留系板岩的岩石抗拉强度平均值为8.4 MPa。这些认识为后续规范地开展此类测试奠定了初步基础。     

不同赋存深度岩石的动态断裂韧性与拉伸强度研究

按照国际岩石力学学会试验规范以及工程岩体试验方法标准(GB/T50266-99),对不同赋存深度的玄武岩试件分别进行动态断裂韧性测试和单轴拉伸强度测试,得到动态断裂韧性与拉伸强度之间可能存在一定的关系;并从岩石破坏的力学机制角度,分析动态断裂韧性与拉伸强度之间存在联系的根本原因:两者均是由于岩石内部微裂纹受到拉应力作用而引起微裂纹的扩展、互相贯通,从而导致岩石的破坏。根据动态断裂韧性与拉伸强度之间可能存在的关系,可以由拉伸强度的测试结果推测试件的动态断裂韧性值,将大大简化动态断裂韧性测试的繁琐性。     

龙滩工程岩石试件在拉伸条件下的变形特性试验研究

由于试验设备和技术方面的原因,岩石拉伸试验相对于岩石压缩试验要复杂和困难许多。在很多情况下,岩体工程的破坏是从岩石受拉破坏开始的。为测定龙滩工程岩石在张拉破坏条件下的极限拉应变,了解岩石在张拉破坏条件下的应力–应变关系和力学特性,介绍了用直接法测定岩石在拉伸条件下的应力–应变曲线,并对直接拉伸条件下岩石的应力–应变曲线进行了分析。同时,对比了直接拉伸法和劈裂法测定工程岩石力学特性的不同之处。     

2种岩石直接拉压作用下的力学性能试验研究

 利用Instron1342液压伺服机对2种典型硬岩和软岩试样进行单轴试验,包括单轴压缩试验和直接拉伸试验,研究这两种岩石在直接拉压作用下的力学性能,对比2种岩石的单轴抗压强度和单轴拉伸强度。试验过程中监测岩石试样的轴向应变和水平应变,并记录岩石试样的声发射特征,得到2种岩石在单轴拉压下的应力–应变曲线和声发射计数率曲线,对比2种岩石在单轴拉压下的声发射变化规律。试验发现,直接拉伸下2种岩石在加载初期较大范围内基本无声发射事件发生,直到破坏前声发射事件数才突然增大。讨论2种岩石在不同加载模式下的弹性模量和泊松比变化关系,发现单轴压缩下,硬岩的弹性模量随载荷变化先增大而后趋于稳定,当载荷超过单轴抗压强度的80%时又变小;而单轴拉伸下,硬岩的弹性模量初始较大,随后随着载荷增大而逐渐减小。单轴压缩下2种岩石的泊松比为0.2～0.3,而单轴拉伸下岩石的泊松比很小,几乎可以忽略。比较2种岩石的破坏角、内摩擦角以及黏聚力,讨论2种岩石在直接拉压作用下的不同破坏模式。利用三维表面形貌扫描仪对直接拉伸试样的破坏断面进行三维扫描,得到破坏面细观结构图和裂纹面表面粗糙度曲线。