单轴拉伸试验的完全应力_应变曲线_金丰年

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1、单轴拉伸试验的完全应力一应变曲线‘金丰年(工程兵工程学院南京210007),对提要本文通过开发和应用新的单轴拉伸试验方法和伺服控制试验机10种岩石进行了单轴,,拉伸试验成功地获得了岩石单轴拉伸试验的完全应力一应变曲线并发现单轴拉伸破坏阶段同样具有残留强度现象.,,关键词岩石单轴拉伸试验完全应力一应变曲线1己卜吉人J.‘二,岩石的应力一应变曲线是描述岩石力学特性最为基本的建立本构关系所必需的重要试验依据.在压缩应力作用下,有关完全应力一应变曲线的试验研究成果已有很多.但在拉伸应力作用下,该方面的试验结果较少.g,P即[1j对4种岩石进行了单轴拉伸试验研究了应.,变速度的影响

2、和裂缝的扩展其结果为随着应变速度的增加,拉伸强度增加,另应力.一应变曲线也有所变化Ha,wkes等[s]则研究了单轴拉伸应力作用下的岩石.,、杨氏模量和泊松比Nova等从幻对单轴拉伸强度断裂上加载盘破坏面与岩石流理面之间的相互关系,进行了试验研究.粘结,西松等闭则对三城目安山岩进行了单轴拉伸蠕变试,,验并应用随机过程论对拉伸荷载作用下的延迟破坏寿下加载圳命的分布特性进行了研究.,由于实验设备和实验技术方面的原因单轴拉伸试二荷载计·验的实施,与压缩试验相比,相对要复杂困难些.以往的,单轴拉伸试验研究大多局限于到拉伸破坏为止的岩石试验机底座特征.有关拉伸破坏以后的岩石特征的试

3、验研究成果极图1试验装置示意图少.,,本文则提出了一种新的单轴拉伸试验方法通过对10种岩石和混凝土的单轴拉伸试验,获得了单轴拉伸的完全应力一应变曲线.根据这些应力一应变曲线,讨论了岩石拉伸变形、破坏的全过程..,国家自然科学基金资助项目一175一2试验方法.,,为了测定岩石的拉伸强度过去已研究提出了多种试验方法但是总的来说拉伸试件、,.以及试验的实施均比较复杂,的制作加工难度较大,,本次试验为笔者在日本东京大学工学部完成所用试.,验机为伺服控制试验机实验装置的简图如图1所示试验机的刚性为1.oGN/m.应变或变形的测定,则使用了差动变压器式变形计测装置本新光电机株式会社制

4、.旧)差动变压茸’’器1533形)0.29V/mm,(6111形)的灵敏(的感度为变形计拿日度为0一60oH萝·兰试件与加载盘的粘结设定,分两步进行.如图2所示,首,。图2试件设定步骤先试件的一个端面徐上粘结剂后与上加载盘A粘接待粘,,结剂硬化后第二步则将与试件粘接后的上加载盘A安装在试验机中并把试件的另一个,.B,端面涂上粘结剂与下加载盘粘接上所用粘结剂为环氧树脂粘结剂该粘结剂的硬化时间约需24小时.,、、、、、岩石试料分别为大谷凝灰岩田下凝灰岩河津凝灰岩来待砂岩多胡砂岩和泉砂岩、三城目安山岩、本小松安山岩、秋芳大理石和稻田花岗岩.另外对混凝土也进行了试验.,一”一‘。

5、在表1中给出了这些试料的单轴压缩试验结果其中应变速度为1。S作成试件为圆柱.,mm,,形直径25长度50mm与普通的压缩试件相同试件加工整形后在温度2士2℃和湿度6。士15%保持一定的实验室中放置一个月以上,才用于试验.1,10一5一‘表岩石的物理力学特性值(单轴压编应变速度5)a)(ae3’岩石压缩强度(MP杨氏模理GP)容重(g/m)上翻1.1匕」肉卜切孟一卫,.Jndl.大谷凝灰岩1O‘q曰通l任八nj田下凝灰岩::河津凝灰岩33来待砂岩322.08多胡砂岩205793732802.16184和泉砂岩,.380256三城目安山岩11.62.14本小松安山岩31.82

6、.24..秋芳大理石324279稻田花岗岩37.82.62.混凝土1382.25一176一,,u另外为了获得单轴拉伸试验的完全应力一应变曲线试验中采用了Okha等〔5]提出e‘s的应力归还控制法(Stre一fedbackMethod).该方法的基本表达式可!6Loading另洲¹O»¼爵乡岁,一写:成、蜜。一·,1284C(1,称昔一Oa.工.沪尹尹,a,式中为表示应力归还程度的量常可..。,设定在02~07的范围之内。为应力。/,,为应变E为杨氏模量c为应变速度(试验/。一’中为定值)本次试验的应变速度为10一‘,a。S采用的值可见表2同一条件下的试。验次数为5次以上/

7、003g(一0-b3试验结果图3分别由4枚应变片获得的和泉砂岩的应力应变曲线,正规试验前为检查试验装置和试验方,,。法的可靠性和可行性做了较多的预备试验现把有关结果简单介绍如下a,,,(1)粘结剂的受拉破坏强度约为17MP对本次试验的岩石来说有足够的富裕强度。,,其受拉破坏特性为脆性破坏在岩石试件的单轴拉伸破坏过程中相当薄的粘结剂其非弹性变形的量可以忽略不计。(2)受拉破坏断面基本与载荷方向互相垂直。并且,20个试件受拉破坏断面位置的统计,。,表明断面发生位置在试件长度范围内基本服从均一分布规律也即试件各断面受拉破坏的可能性。