温度的影响下花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能的实验研究

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1、温度影响下的花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能的实验研究上海科学技术大学土木工程系德国亚琛亚琛工业工程和水文地质系1介绍在本文主要研究的是温度影响下的花岗岩的单轴压缩和疲劳载荷的力学性能的实验研究。试验采用的样本是从中国宁波开采花岗岩。在测试开始之前，对这些样本中的花岗岩加热到一定的温度，然后冷却。从这些试验中得到，花岗岩石的应力-应变曲线，由此得到峰值应力与峰值应变还有相应的温度下的弹性模量的变化，并对其进行了分析。然后进行循环应力的疲劳试验，振幅的比例是从单轴压缩试验得到的应力峰值。通过分析温度对疲劳寿命的影响，提出了损伤参数和疲劳寿命之间的线

2、性关系。2实验测试表2-1这里所用的花岗岩采自中国宁波，并外观显示为灰色。它主要是由石英，长石，斜长石，云母组成。如表2-1中所述。试验采用的圆柱形试样的直径为40毫米，高80毫米。另外我们所已知的数据，在室温下花岗岩具有的密度为2.62g/cm3，平均单轴压缩强度为85.54Mpa。所有用于下列试验的试样，根据以下步骤制备：将试样置于炉中，并加热到指定的温度变化，具体是从200℃到1000℃，间隔为200℃。加热速率从1变化到30℃/min。使用由以往的研究一个较小的值，例如1℃/min。建议避免任何的热机械变化。花岗岩标本加热速率为10℃/mi

3、n，指定的温度保持恒定，时间大约在6个小时。在电源被切断后将试样与炉内的温度自然冷却。2.2单轴压缩试验使用SANS电液伺服压缩试验机进行单轴压缩试验。对三个样本进行测试，测试的条件是应力控制为0.5MPa/s的速率进行。并记录在测试过程中花岗岩石发生的应力和应变，直到试样破坏。2.3高频疲劳试验在这项研究中采用ZWICK-100HFP5100的装置进行测试。表2-2为此测试装置的主要性能。ZWICK-100HFP5100测试装置包括装载帧，测试区域，和测量和控制电子。加载频率范围从35Hz到300Hz，最大试验负载为100KN。ZWICK-100

4、HFP5100的软件程序可以控制负载，频率等参数，操作人员可以指定几个步骤，通过可视化窗口的测试过程进行监测，并观察到的实验数据和曲线。表2-23测试结果3.1花岗岩的单轴压缩试验的机械性能一般情况下，随着温度的升高，花岗岩石的峰值应力降低，峰值应变增加。损坏的内部结构是花岗岩强度减少的原因。它可以解释不同花岗岩的热膨胀系数和热弹性特性导致的边界之间的矿物颗粒的热膨胀不协调，因此内部应力在这些矿物颗粒之间形成，当应力超过相应的强度时则微裂纹发生。表3-13.2花岗岩高频疲劳试验的机械性能正如得出的曲线可以看处，疲劳寿命随着损伤参数的增加而减小，并且

5、在它们之间有一个线性关系：NF（Ţ）=-2.29ð（Ţ）+2.16表3-24结论随着加热温度的增加，花岗岩的峰值应力和弹性模量降低，而峰值应变增加。400℃是本文中所采用加热花岗岩的临界值。当加热温度低于400°C，温度对花岗岩的峰值应力，峰值应变和加弹性模量是相对较小的。当加热温度超过400℃时，随着温度的增加，花岗岩的峰值应力和弹性模量显着降低，而峰值应变增加。如果加热温度高达1000℃，花岗岩的峰值应力和弹性模量分别降低到不加热的情况的大约20％和5％。峰值应变增加至约三倍其未加热的情况。当加热温度低于400℃时，疲劳寿命可以被认为仅依赖于s

6、m(T)/sf(T)和sa(T)/sf(T)的值。当温度超过400℃时，疲劳寿命的sm(T)/sf(T)对于给定的值随着温度的升高而减小。