对“硬岩巴西劈裂法试验误差影响率分析”讨论的答复

<正>非常感谢尤明庆教授对"硬岩巴西劈裂法试验误差影响率分析"的关注和提出相关讨论,现就尤明庆教授在讨论稿中提出的问题进行答复,若有不妥,敬请批评指正。按照我国岩石力学试验方法标准的规定[1],试件厚径比取0.5～1.0。若试件厚度为L,直径为D,破坏荷载为P,则其抗拉强度一般可以近似表示为[1]     

关于“硬岩巴西劈裂法试验误差影响率分析”的讨论

<正>《岩土工程学报》2007年第7期"硬岩巴西劈裂法试验误差影响率分析"一文(以下简称原文)的结论,"为了控制实验误差,建议以后进行劈裂试验时,试件厚径比L/D严格取为1.0",颇感兴趣,因而进行了仔细学习,并查阅了一些文献。可惜对文中有些内容仍不能理解,提出来向作者请教。失礼之处,还望海涵。     

高径比对混凝土巴西劈裂试验结果的影响

通过对不同尺寸的混凝土试件进行巴西劈裂试验,研究了混凝土试件高径比对巴西劈裂试验结果的影响,确定了混凝土试件巴西劈裂试验的合理高径比。实验结果表明：混凝土试件在巴西劈裂试验过程中主要分为四种破坏模式。对于不同尺寸的混凝土试件,高径比为0.5或1.0的混凝土试件均可以通过巴西劈裂试验得到抗拉强度。然而,高径比为1.0的混凝土试件稳定性明显优于高径比为0.5的混凝土试件。在试件个数有限的情况下,建议采用高径比为1.0的试件进行混凝土巴西劈裂试验。     

典型巴西劈裂试验与直接拉伸试验的比较研究

基于三种巴西劈裂试验和直接拉伸试验测量不同尺寸的红砂岩和花岗岩的抗拉强度。三种巴西劈裂试验分别是无垫条巴西劈裂法、垫条巴西劈裂法和弧形夹具巴西劈裂法。通过测量试件的应变,跟踪裂隙的起裂轨迹。试验结果表明,巴西劈裂试验获得岩石抗拉强度均大于直接抗拉强度;采用无垫条及垫条法获得的岩石抗拉强度最为接近直接抗拉强度,无垫条及垫条法均可用于测量岩石的抗拉强度,但是前者的操作性优于后者。     

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。     

压注法敞开式软、硬岩掘进机设计与应用分析

硬岩隧道开挖效率低,软弱围岩隧道钻爆施工存在变形大、易崩塌等现象,严重影响安全、质量和工期.本文开发了一种压注法敞开式软、硬岩掘进机,针对性地设计了开挖装置、出渣系统以及支护系统,采用非爆破方式开挖,同时对该装备的市场前景进行了分析.该设备适用于铁路、公路、水利水电、地铁等隧道的施工作业,可为相关领域装备设计提供参考.     

铁路客运专线硬岩扩大断面隧道CRD法施工

通过对哈大客运专线台山、笔架山隧道施工进行分析,对硬岩隧道CRD施工存在的主要问题进行了论述,提出了客运专线硬岩扩大断面隧道施工的优化CRD法,从而达到了保证施工质量、安全、进度的目的。     

圆盘厚径比对岩石劈裂抗拉强度影响的试验研究

 由于巴西圆盘抗拉强度公式是基于弹性力学平面问题的解析解,计算结果与直接拉伸试验得到的抗拉强度有较大的差异。基于此,对100余个不同厚径比的砂岩圆盘试样进行劈裂抗拉试验,试验结果表明,随着试样厚径比的减小,抗拉强度逐渐增大,当厚径比约小于0.3时,其抗拉强度逐渐增大并趋于一个相对稳定值,其变化曲线可用三次函数较好的拟合。为了更加完整地把握厚径比对抗拉强度的影响,特建立不同厚径比的三维有限元模型,对圆盘中心轴线上等效应力的分布规律进行详细的研究。研究结果表明,试样中轴线上的最大拉应力出现在试样端面的中心,而且试样的厚径比越大,圆盘的端面中点处拉应力相对越大,圆盘最先起裂的位置发生在端面中心点,而不是内部中心点,有限元计算的结果很好地解释了试验数据的分布规律;通过对有限元结果进行多元拟合,给出考虑厚径比的巴西圆盘抗拉强度修正公式,经验证修正公式具有较好的适用性。研究成果为岩石抗拉强度的正确测定提供有益的依据。     

加载角度对弧形加载巴西劈裂试验影响的数值研究

巴西劈裂试验具有试件加工方便、试验易于实现等优点,是测试岩石抗拉强度的主要方法,但是相关规范没有对加载角度作出限定,导致试验的结果较为离散.为研究加载角度对巴西劈裂试验的影响,利用有限元软件ANSYS建立加载角度为0°的集中加载模型,计算得到的应力数值解与理论解误差较小,证明数值模拟的有效性;之后以集中加载模型为原型分...     

水–岩及风化作用下层状炭质板岩巴西劈裂试验研究

横观各向同性层状板岩在地质环境及施工裸露后形成的水–岩和自然风化作用下,其物理力学性质将发生退化,由此常引起岩土隧道、边坡等工程产生抗拉失稳破坏。以甘肃岷县木寨岭隧道炭质板岩为研究对象,对其开展即时烘干试样(即试样加工后烘干处理)和静置风化试样(加工后室内常温通风放置60d)巴西劈裂试验,分析了两种条件下炭质板岩的抗拉力学性能。结果表明:两种炭质板岩巴西劈裂试验均表现为脆性破坏,但力学响应及峰值荷载差异极大;炭质板岩抗拉强度均受层理影响显著,但即时烘干试样和静置风化试样的劈裂破坏形态受层理影响程度不同;以即时烘干试样为基础,静置风化试样软化系数为0.11~0.13,体现了水岩作用及其静置风化对岩样具有显著劣化效应,但对层理形成的横观各向同性抗拉性能影响不大。此外,借助SEM对水岩静置风化机理进行分析,具体为水侵入后形成物理化学反应改变矿物微观成分、结构进而结合风化作用表现为矿物骨架承载的累计劣化损伤。     

微波加热路径对硬岩破碎效果影响试验研究

 不同的微波加热方式会对岩石产生不同的加热效果,功率和时间是影响破岩效果的2个重要参数。对立方体和标准圆柱形玄武岩试样进行了3种加热路径下的微波辐射试验,并对辐射前后的试样进行P波波速和单轴压缩强度测试。结果表明,当试样内产生的热应力先超过岩石的强度极限时,试样就会崩开破坏;当试样温度先达到岩石熔点时,试样以熔化为主。采用高功率微波连续加热岩石,试样在较短时间、较低温度就发生崩开破坏,试样在崩开前波速和单轴压缩强度发生了显著降低,且功率越高,试样崩开的时间越短,波速和强度折减的越快。因此,采用高功率微波连续辐射岩石,借助于其产生的热应力使岩石崩开破碎的特点,可显著降低岩石破碎时的能量消耗,这对于微波单独应用于开采中的破碎工艺及辅助机械破岩掘进等具有重要意义。     

饱水灰岩巴西试验准静态加载应变率效应研究

通过对饱水灰岩进行不同加载应变率巴西试验、实时声发射监测以及破裂面扫描电镜观察,试验研究了应变率对饱水灰岩强度及破裂机制的影响。结果表明:1饱水对灰岩强度有明显的弱化作用,其拉伸强度值与干燥时相比降低了约15.99%;2声发射特征会受到加载速率的影响,试样中出现最大声发射事件数会随着应变率的增大而增大;3较低应变率(3.0×10-4s-1和9.0×10-4s-1)时灰岩破裂细观机制为沿晶破裂模式,宏观上拉伸强度较低;当应变率增大至1.5×10-3s-1时细观上为沿晶与穿晶耦合断裂模式,宏观上拉伸强度较高,而应变率为1.0×10-2s-1时细观上为穿晶断裂模式,宏观上拉伸强度最高。基于试验结果,采用三维颗粒流(PFC3D)分析了饱水灰岩加速速率效应细观机理。模拟显示,较低应变率下荷载–位移曲线表现为脆性,而随着应变率的提高曲线延性增大。灰岩拉伸强度随着应变率的提高近似线性增大。边界能与拉伸强度呈现为正比关系,灰岩破坏所消耗的能量与微裂纹数均随着应变率增大而增加。     

动态巴西圆盘劈裂试验的极限分析解

通过极限分析上限定理对巴西圆盘动态劈裂试验的弹性解进行了优化,考虑高速冲击作用导致的岩石试件端部剪切裂纹对动态拉伸强度的影响,获得了计算动态拉伸强度上限解的新公式。通过对实测的砂岩动态劈裂试验结果的分析,对比了原始的弹性解和得到的上限解间的差别,研究表明砂岩的动态拉伸性能随加载率的变化不明显,随着加载率的提高,动态拉伸强度曲线较平缓,说明砂岩在动态作用下承受拉应力的能力较低,抗拉强度的变化范围较小。同时验证了基于极限分析法的岩石动态抗拉强度公式可以为砂岩的工程应用提供更安全可靠的参考值。     

Enhancement of the tensile strengths of rock and shotcrete by thin spray-on liners

Thin spray-on liners (TSLs) have been available for application in mining and civil engineering situations for about 20 years. They were initially used as sealants, but have subsequently been developed as surface support liners. Although they are used in substantial quantities in mines in South Africa and Canada, widespread application for support purposes has been met with some scepticism. Observations from users, however, have indicated that, contrary to this scepticism, TSL support performance was almost always better than expected. A reason for the scepticism is probably a lack of quantification of the benefits. This paper aims to address this lack of data to some extent. It provides quantification of the enhancement of tensile strengths of rock and shotcrete due to the application of TSLs. The quantification was achieved using Brazilian indirect tensile testing, and several commercially available TSL products. Some tests were also carried out on small rock beams using three-point bending. The results show that, depending on the TSL product used, the tensile strength of a strong, brittle rock can be increased by approximately 30%, and that of shotcrete by more than 40%. TSL application on a weak porous sandstone resulted in an early tensile strength reduction, probably due to absorption of moisture. This was not the case with TSL application on shotcrete.Many of the rock support mechanisms provided by sprayed liners depend substantially or completely on the tensile strength contribution of the liner. Hence the data provided in this paper makes a contribution to knowledge, of value in the design of support for excavations in rock.     

不同加载率作用下双材料巴西圆盘动态抗拉强度试验研究

水泥砂浆广泛应用于岩石工程中,如巷道锚喷支护及山体滑坡注浆加固等,由于温度变化,岩石与砂浆之间的过渡区容易形成微裂隙薄弱区,同时地下岩体结构又常常承受着动载荷的作用,如爆破、冲击及地震等,因此研究岩石与水泥砂浆界面过渡区(interface transition zone,ITZ)的强度及其破坏特征具有重要的意义。为此提出了岩石–砂浆双材料巴西圆盘构型,采用分离式霍普金森压杆系统对两种界面粗糙度(光滑和粗糙)的双材料巴西圆盘进行了冲击实验;同时,为了比较单一材料与双材料破坏性能的差异,还制备了单一花岗岩、砂岩和砂浆的巴西圆盘试样。为了克服双材料巴西圆盘的应力分布不均匀的问题,使用实验–数值法确定了其中心抗拉强度。并且,采用Python语言建立了两种试件批量嵌入cohesive单元的数值模型模拟双材料试件ITZ的失效过程。结果表明:(1)当动态加载率相同的条件下,双材料界面粗糙度对试件的应变率影响不大,但对试件抗拉强度影响较大;(2)相比于花岗岩–砂浆试件,界面粗糙度对砂岩–砂浆试件动态初始抗拉强度影响更大;(3)基于数值模型得出圆盘模型中心处存在切应力τ_xy,但拉...     

路基填筑硬质岩碴A组填料工艺试验研究

以福建向莆铁路尤溪火车站高填方路基硬质岩碴A组填料试验段为例,通过对其试验方法、工艺及影响因素进行分析,研究了路基硬质岩碴A组填料的适宜性,为今后类似道路工程施工积累了宝贵经验。     

黑色页岩巴西劈裂破坏的层理效应研究及能量分析

以重庆龙马溪组黑色页岩为试样,对黑色页岩进行了不同层理角度的巴西劈裂试验,研究了其抗拉强度和破坏形态的各向异性特征,分析了其变形破坏过程中的吸收能变化规律,揭示了层理角度、抗拉强度、AE能量与最终吸收能之间的关系。结果表明:1黑色页岩的抗拉强度受层理影响明显,90°时,抗拉强度最大,最小值则出现在30°附近。在0°≤θ≤30°和60°≤θ≤90°,抗拉强度值变化较小,而30°≤θ≤60°,其值随着层理角度增加而迅速增大;2试样破坏形态可以分为三类典型的裂纹,且低层理角度的试样仅出现单一种类的裂纹,而高层理角度的试样存在多种裂纹形态;3吸收能随着载荷增加呈非线性增长,根据吸收能增长速率的大小,发现黑色页岩发生拉伸滑移、滑移拉伸、纯拉伸、滑移和压张型拉伸破坏的剧烈程度依次减弱;4低角度试样的最终吸收能小,高角度试样的最终吸收能大,在30°≤θ≤60°,最终吸收能变化跨度最大,其与抗拉强度和AE能量均存在相应的二次非线性关系,为页岩气勘探开发提供了参考。