《工程结构》实验指导书

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1、《工程结构》实验试验一结构的应力——应变试验（岩石的单轴压缩变形试验）一、试验基本原理岩石单轴压缩变形试验是为了测定试件在单轴压缩应力条件下的纵向应变值及横向应变值，据此计算岩石的弹性模量和泊松比。当在进行岩石单轴压缩变形时，记录下应力与相应的应变值，即可得到岩石的应力一应变曲线。根据有关定义：应力．应变在屈服应力以下任一点的切线斜率称为切线弹性模量；在屈服应力以下，直线段起点和终点连线的斜率被称为岩石的平均弹性模量；某一点的应力到曲线起点的连线的斜率称为岩石割线弹性模量。岩石由单轴压缩变形试验求

2、得的弹性模量和泊松比是岩石变形特性的最基本参数。在进行各种计算时，这两个参数必不可少。尤其是在采用各种数值计算方法评价岩体的稳定性和分析岩体内的应力分布时，显得更为重要。岩石的弹性模量和泊松比与岩石的单轴抗压强度一样，也将受到许多试验条件、试验环境和不同岩性的影响。但是，弹性模量和泊松比并不像岩石单轴抗压强度对这些因素那么敏感，且并不具有很明显的规律性。在实际的工程中，岩石的平均弹性模量和岩石的割线弹性模量(通常用岩石单轴抗压强度值的一半求其割线模量)以及与其各自相对应的泊松比应用最多。在某些特殊

3、的条件下，也可按不同的应力水平确定其弹性模量和泊松比。二、试验设备1．惠斯顿电桥、万用表、兆欧表。2．电阻应变仪。3．其他设备，包括岩石单轴压缩试验中有关岩样加工的设备。三、试验要点(一)本节所介绍的试验方法适用于能加工成形的岩石。(二)岩石单轴压缩试验所采用的试件，应满足单轴抗压强度试验中有关试件尺寸、试件加工精度等规定；且应对其进行包含相同内容的试件描述。(三)岩石单轴压缩变形试验按下述程序进行：1．粘贴电阻应变片(1)在试件中部选定粘贴电阻应变片的位置，清洗试件贴片处的表面。贴片处应避开裂隙

4、或斑晶。(2)选择电阻应变片：电阻片阻栅长度应大于岩石颗粒的10倍，小于试件的半径；同一试件所选定的工作片与补偿片的规格、灵敏系数等应相同，电阻值相差应不大于±0.2。(3)根据试件含水状态选择粘结剂。电阻应变片应牢固地粘贴在试件表面，排净气泡和多余的胶液。(4)纵向与横向电阻应变片应粘贴在试件中部的对称位置上，纵向或横向电阻应变片的数量不得少于2片，其绝缘电阻值应大于200M。2．将试件置于试验机承压板中心，调整球形座，使试件受力均匀。3．以0.5～1.0MPa／s的速度加荷，逐级测读荷载与应变

5、值直至破坏，读数不应少于10组测值。4．记录加荷过程及破坏时出现的现象，并对破坏后的试件进行描述。19(四)在某些工程中，要求在进行饱和试验的同时，进行其变形特性的测试。此时，若采用粘贴电阻应变片的方法进行试验，通常采用先饱和试件、再粘贴应变片的顺序进行试验。以减少粘贴应变片后对试件饱和度的影响。四、资料整理(一)可按岩石单轴抗压强度中的计算方法确定其强度值。(二)按下式计算各级应力：式中——各级应力(MPa)；——与所测各组应变值相应的荷载(N)；——试件截面积(mm2)。(三)绘制应力与纵向应

6、变及横向应变的关系曲线。(四)变形参数计算1．按下式计算岩石平均弹性模量和岩石平均泊松比：式中——岩石平均弹性模量(MPa)；——岩石平均泊松比；——应力与纵向应变关系曲线上直线段始点的应力值(MPa)；——应力与纵向应变关系曲线上直线段终点的应力值(MPa)；——应力为时的纵向应变值；——应力为时的纵向应变值；——应力为时的横向应变值；——应力为时的横向应变值。2．按下式计算岩石割线弹性模量及相应的岩石泊松比：式中——岩石割线弹性模量(MPa)；——岩石泊松比；——相当于岩石单轴抗压强度50％时

7、的应力值(MPa)；——应力为时的纵向应变值；——应力为时的横向应变值。(五)岩石弹性模量计算取三位有效数字；泊松比计算精确至0.01。(六)单轴压缩变形试验的记录应包括工程名称、试件编号、试件描述、试件尺寸、各级荷载下的应力及纵向和横向应变值，破坏荷载。19五、应用实例下图是秦山核电站Ⅱ期工程火山角砾岩的应力．应变曲线。图中增加了一条体积应变曲线。所谓的体积应变，是指试件体积的增量与原体积的比值。通常按计算岩石的体积变应。体积应变，也是岩石变形特性中的一个重要特性。尤其是体积应变曲线，随着轴向压

8、力的增大，将出现了反弯点。这就是所谓的扩容现象，扩容现象也常被称为剪胀，这是由于外力的增大，促食盐石试件产生许多裂纹，且在达到一定应力水平后，这些裂纹不断地连接、贯通、张开，进而使试件的体积发生了不可逆的增大。下表举了秦山核电站Ⅱ、Ⅲ期工程岩石单轴压缩应力下变形试验所求得的岩石平均弹性模量和相应的泊松比。由于该地区属火山岩系，岩性不太均匀。由于含砾的多少和颗粒的大小的不同，造成了试验结果的偏差较大。19试验二混凝土的抗压强度的快速评定（回弹仪检测水泥混凝土强度）一、试验原理水泥混凝