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岩石直接拉伸与压缩变形特性的试验研究

张志雄  
【摘要】: 众所周知,岩石在大多数情况下承受的是压应力而不是拉应力,因此,在岩石力学工程实践中,岩石变形参数和本构关系都来自于压缩试验。然而,一些研究者的研究成果已经表明,不少岩石的拉伸模量远小于压缩模量。对于这类岩石,如果继续沿用仅考虑压缩应力状态或者压缩与拉伸模量相同的岩石力学模型和破坏准则,已不能完全满足实际工程的需要。这种传统做法将给岩石工程设计和计算带来较大误差。 迄今为止,关于压缩与拉伸间的变形规律的研究很少。压缩与拉伸下的岩石本构关系和破坏准则也很不完善,仅停留在简单的“双线弹性”模型。解决这些矛盾迫切需要进行压缩与拉伸下变形特性的深入研究。 本文利用昆明理工大学自行研制的压-拉转换装置,能够在同一试件上实现压缩与拉伸间循环加载。通过该测试系统,进行了单轴压缩和直接拉伸,以及压缩-拉伸下的循环加载试验,研究了不同加载方向、不同岩石种类的拉伸与压缩变形特性。 通过试验研究,主要得到以下结论:(1)试验的4种岩石,3种岩石压缩变形模量E_A~C远大于拉伸变形模量E_A~T,1种岩石压缩变形模量E_A~C与拉伸变形模量E_A~T大体相等。(2)在拉伸与压缩间的循环加载试验过程中,压缩平均变形模量E_A~C、泊松比μ_A~C的值,随压缩应力增大而增大;拉伸平均变形模量E_A~T、泊松比μ_A~T的值,则是随着拉伸应力增加而减少。(3)压缩下的变形模量与拉伸下的变形模量相差不大的岩石,其压缩和拉伸下的变形特性都基本可视为弹性的。对于拉伸变形模量远小于压缩变形模量的岩石,在单轴压缩下的变形大体上可认为是弹性的,但在拉伸试验条件下具有显著的塑性变形。(4)在压缩与拉伸间的循环加卸载试验过程中,拉伸加载初期,应力-应变曲线的斜率与单轴压缩曲线的斜率相同,拉伸与压缩之间的转换过程的曲线具有连续性,为光滑过度。(5)在压缩与拉伸间的循环加卸载试验中,所获应力-应变曲线的卸载变形模量大于加载变形模量,拉伸卸载变形模量约为加载变形模量的1.5~3.0倍,而压缩卸载模量仅比加载模量高约5~40%。


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