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《大理岩单轴压缩过程的强度确定及其应变率影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第21卷第4期地下空间Vol.21No.42001年12月UNDERGROUNDSPACEDec.2001文章编号:1001-831X(2001)04-0272-04大理岩单轴压缩过程的强度确定X及其应变率影响徐松林,吴文,张华,吴玉山(中国科学院武汉岩土力学研究所,武汉430071)摘要:大理岩试件单轴压缩过程中,其破坏面在上下两个端面附近有剪切破坏的痕迹。根据此现象进行强度确定,其结果与三轴压缩过程的强度值基本一致。随着应变率的增长,大理岩表现出C值增大,U值减小的趋势。关键词:大理岩;单轴压缩;强度;应变率影响中图分类号:T
2、U452文献标识码:A1引言岩石的结构特性已经引起了很多专家学者的重视,近几年,在此领域已进行了很多有意义[1]的工作,主要有:岩石内部强度的分布状态,由于材料的不均匀性引起的变形和破坏特[2-5][8]征,岩石结构特征的动态响应等。这些工作推动了对岩石材料更深层次的认识、了解和研究,但是,对于单轴压缩过程中由于材料的结构特性而使得岩块内部具有复杂应力分布状态的研究不多。有鉴于此,本文结合单轴压缩应变率实验,初步探讨基于此复杂应力作用来确定单轴压缩过程的强度的方法,以及由此确定的强度的应变率影响。2实验2.1实验设备与试样本次实验
3、分别在成都理工学院工程地质所的MTS815.04试验系统和中国科学院武汉岩土力学研究所MTS815.03试验系统上完成。试样为直径为5cm左右,高度为10cm左右的圆柱体试件,采用大冶地区三迭系上新统第四层大理岩。实验采用轴向应变控制,应变速率为-2-51×10～6×10mm/s,具体见表1。2.2应力应变全过程不同应变率下,试件的应力应变全过程见图1。由此可见,随着应变率的减小,试件中部的轴向应变与应力全过程曲线峰后表现出更长的塑性变形,同时,峰后宏观斜率愈小。X收稿日期:2001-06-15作者简介:徐松林(1971-),湖北
4、人,博士,助理研究员。从事岩土工程和岩石力学的理论与实践工作。2001年第4期徐松林等:大理岩单轴压缩过程的强度确定及其应变率影响2733不同应变率下全过程实验中试件破坏形态3.1试件宏观破坏形态应变速率愈低,岩体内裂隙的传播和应力的转移就愈有充分的时间来完成,可以产生更多的破裂面,因此,应变率愈低,试件破坏时的宏观裂纹愈多,试件破坏的程度愈强。反之,应变速率快,裂隙的传播和应力的转移不充分,试件只能沿开始的破裂方向产生少数的几个破裂面,试件宏观破坏见图2。3.2试件破坏断口形态试件破坏断口见图3。单轴压缩试件中部图1不同应变率下
5、,试件中部应力应变全过程曲线破坏断口呈现不规则流纹状,不平整,但比较光滑,无明显断裂的痕迹,其破坏为劈裂式张拉破坏。但是在端部附近的破坏形式比较复杂,有张拉也有剪切。图2不同应变率下,试件的宏观破坏素描图3大理岩单轴压缩的宏观断口274地下空间第21卷3.3单轴压缩试件的破坏模式根据上面的分析结果,试件的破坏可总结为图4的两级台阶式。试件中部,即第二台阶的破坏是由拉应力产生的劈裂破坏;靠近端部附近的第一台阶则为应力状态较复杂的压剪破坏。4单轴压缩过程中的强度确定图4两级台阶式破坏根据上面第3节的分析,对第一台阶可用Mohr-Col
6、umn准则来近似分析。假设均匀介质试件中产生角度A的斜面,见图5。(1)斜面应力分析斜面上的应力:22Rn=R1cosA+R3sinA,Sn=(R1-R3)sin2A/22单轴状态:Rn=R1cosA,Sn=R1sin2A/2(2)Mohr-Column准则Ss=RntgU+C2单轴状态:Ss=R1cosAtgU+C图5斜面应力分析图6Rn、Sn、Ss曲线(3)强度分析Rn、Sn、Ss曲线在同一图中表示,见图6。由图可见,抗剪强度线和剪应力线有两个交点,即试件有两个可能的剪切破坏角:A1和A2,分别对应高剪应力区和低剪应力区。令F
7、=Ss-Sn,当剪断发生时,F处于极小值状态。由dF/dA=0,可以得到剪切破裂面的角度B:B=45°+U/25强度的应变率影响对于第一台阶可以将夹角B1近似看作剪切破裂角B,来分别反算试件的内聚力C和摩擦角U,见表1。2001年第4期徐松林等:大理岩单轴压缩过程的强度确定及其应变率影响275单轴压缩试验试件破坏形态表1加载说明第二台阶高度RmaxC,U编号·B1(°)E(mm/s)(cm)(MPa)C/MPaU(°)平均2-2#1×10-26.461.4318.210.153.6#-35-15×106.079.7621.015.
8、348.05-3#1×10-35.777.7522.816.344.4C1=13.28#-34-101×105.449.8420.39.549.4U1=46.04-1#5×10-45.353.8322.511.145.0#-44.861.7324.
