砂岩单轴三轴压缩试验研究
砂岩单轴三轴压缩试验研究_姜永东
姜永东 鲜学福 许 江 熊德国
( 重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室#重庆 400030)
摘 要 研究了砂 岩在饱和、自然、风干三种状态下的单轴抗压强度 特性和三 轴抗压强度 特性。在 单轴、三轴压缩试验中得到了应力与纵向 应变、横 向应变、体应变之间的 关系曲线, 单 轴应力- 纵向应 变曲线在峰值前可分为 3 个阶段, 三轴应力- 纵向 应变全过程曲线可分 为 4 个阶段。根 据三轴轴 向应力 和围压绘制了莫尔圆, 采用回归分析得到 了强度准则和强 度参数 C、ª 值, 并且分析了 含水量对 岩石强 度的影响, 其实验结果能为工程 提供参考与借鉴。
( 1)
4 强度影响因素
影响岩石强度的因素有许多, 大体可以分为两
类, 一类是岩石本身的影响, 如矿物成分、颗粒大
小、胶结情况、密度、孔隙比、含水量、生成条件
以及层理结构等, 第二类是试验环境与物理环境如
试件尺寸、形状, 试件加工情况、压力机的刚度、 加载速度、温度等13, 72。
本次试验砂岩的物理性质见表 3, 实验中主要
Jiang Yongdong Xian xuefu Xu Jiang X iong Deguo ( T he K ey Labor ator y of the Exploitation o f Southwest Resources & the Env ironmental Disaster Control Eng ineering, M inistr y of Education, Chongqing U niversity#Chongqing 400030)
意义。由于地壳中的岩石绝大多数处于三向应力状 态, 所以对岩石进行三轴压缩试验研究更能反应实 际情况, 实验测得的三轴抗压强度可以确定莫尔包 络线、强度准则和强度参数 C、ª 值, 其值能为工 程提供参考与借鉴。
砂岩弹性模量三轴实验研究
砂岩弹性模量三轴实验研究【摘要】弹性模量是工程材料重要的性能参数，可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。
通过研究砂岩弹性模量，对不同掺量、不同围压对砂岩的弹性模量进行实验分析，找出其规律和特征，为岩土工程的结构安全提供技术指导。
【关键词】砂岩弹性模量三轴实验弹性模量工程材料重要的性能参数，从宏观角度来说是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子、离子和分子之间键合强度的反映，是岩石材料的重要参数，通常利用圆柱试样的单轴压缩应力—应变曲线确定，但是岩石是结构非常复杂的固体材料，岩体在自然界一般处于三维应力状态，因此三轴试验是研究岩石力学性质的重要手段。
随着大量复杂岩土工程的建设，对岩土工程的强度与安全稳定的要求越来越高，本文将对不同掺量、不同围压下的砂岩进行三轴实验，分析了围压与砂岩弹性模量关系，期望为今后岩土工程的结构安全提供技术指导。
一、实验概况（一）主要仪器设备。
实验仪器采用HSZY-80型岩石三轴试验仪，仪器由以下组成：1.岩石轴向加载系统。
2.岩石引伸计、高低温系统、数字式声波分析系统、围压系统、孔隙水压系统以及计算机系统。
（二）实验方法。
实验步骤如下：1.试块准备：对不同砂率的制作70mm×70mm×70mm的试块。
2.试样制备：采用人工试块通过人工取芯，加工成2.5cm×5.0cm的小岩芯，两端面在磨平机上磨平。
3.试样安装：将试样放入压力机三轴室后，用橡胶套密封，防止液体浸入岩样内部。
然后安装压力板和压机的其他部件。
为了保证压力板向试样表面的均匀加载，在压力板与试样之间放置一个橡胶垫片。
4.试样加载：试样安装完毕后，由液压稳压源施加三向围压。
在不同围压水平下加载直到试样破坏，从而测定岩芯在不同围压条件下的纵横向应变、峰值力，计算出岩石静态弹性力学参数。
（三）数据处理。
实验时同时运行数据采集软件记录数据，包括时间、轴向应力、轴向位移、围压、径向膨胀量、轴向应变、环向应变，对上述有的数据作简单计算，直接作图。
岩土工程力学性质实验参数测定法
岩土工程力学性质实验参数测定法岩土工程力学性质实验参数测定法是一种用于测定岩土工程中的力学性质参数的方法。
通过准确测量和分析岩土材料的力学性能，可以为工程设计、施工和安全评估提供可靠的依据。
本文将介绍几种常用的岩土工程力学性质实验参数测定法。
一、岩土材料的抗压强度测定法岩土材料的抗压强度是评估其承受力和稳定性的重要参数。
常用的抗压强度测定方法有单轴抗压试验、三轴抗压试验和剪切试验等。
单轴抗压试验是将岩土样品放置在闭合的压力室内，沿着样品的轴向施加均匀的垂直荷载，通过测量荷载和变形的关系，确定其抗压强度和变形模量。
三轴抗压试验是将岩土样品裁剪成规定形状的圆柱体，将其放置在三轴压力容器中，施加均匀的轴向荷载和周向侧压力，测定应力-应变关系，进而确定抗压强度和剪切强度。
剪切试验是为了确定岩土材料的抗剪强度和剪切变形特性。
常用的剪切试验有直剪试验、剪切筒试验和剪切盒试验等。
通过施加不同的剪切载荷和变形，测定岩土材料的剪切强度和剪切模量。
二、岩土材料的渗透性测定法渗透性是指水分在岩土材料中传递和渗透的能力。
渗透性是岩土材料的一个重要物理性质，对于岩土工程的建设和维护具有重要意义。
常用的岩土材料渗透性测定方法有恒压渗透试验、恒流渗透试验和三水头渗透试验等。
恒压渗透试验是将岩土样品放置在渗透仪器中，通过施加恒定的压力，测量流量和渗透压差，从而计算材料的渗透系数。
恒流渗透试验是将岩土样品放置在渗透仪器中，通过施加恒定的流量，测量渗透压差和时间，从而计算材料的渗透系数。
三水头渗透试验是通过施加不同水头高度，测量渗透压差和时间，从而计算材料的渗透系数。
三、岩土材料的抗剪强度测定法岩土材料的抗剪强度是分析和设计岩土工程的重要参数。
常用的抗剪强度测定方法有直剪试验、剪切试验和三轴剪切试验等。
直剪试验是将岩土样品放置在闭合的剪切仪器中，施加相等而相反方向的剪切荷载，通过测量剪切应力和剪切应变的关系，确定其抗剪强度和变形特性。
广东地区红砂岩三轴压缩试验研究
表 ４ 红 砂 岩 的 峰 值 强 度 参 数 和 残 余 强 度 参 数
３ 结 论
本文 以广 东 地 区的 红砂 岩 为研 究 对 象 ，采 用
分级 加载 的方式 ，对 红砂 岩岩样 进行 了不 同 围压下 的三轴 压缩 试验 ，分析 了红砂 岩 的变 形 特性 和强
：Ｊ ，峰值强度和残余强度都有明显的增加 。对比同一围压下峰值强度和残余 强度发现，红砂岩破 ￣Ｊ ｉ Ｊ
坏 时强度 下 降较大 ，破 坏总体 属 于脆性破 坏 。
根据试验求得红砂岩的峰值强度参数 Ｃ 和残余强度参数 Ｃ、 ，如表 ４ 、 所示 。从表 中可 以看
出 ，红 层红砂 岩 的强度 参数 内聚 力 Ｃ和 内摩擦 角 均 有 所 下 降 ， 内聚力 下 降 ３． ，而 内摩 擦 角 下 ７５
在 围压较 低 的情况 下 ，两者 呈较 好 的线 性关 系 ，拟 合 关 系式 为 ：Ｅ一０ ９ ８ 。 ０ ６ ４ ． ３ ０ ＋ ． ７ ，相 关 系数 为
０ ９４ ，随着 围压 继续 增大 ，弹性模 量 Ｅ趋 于稳 定 。而泊 松 比 随着 围压 的增 大 ，变化 不是 非 常 明 ． ９６ 显 （ ６ ，基本 保持 在 ０ ３ ０４之 间 。变形 参数 作 为材料 的属 性 ，一 般认 为是 一个 定 值 ，但 由于 图 ） ．～ ． 红砂 岩 中含有 较多 的裂 隙 和空 隙 ，因此 是一 种非 均质 材料 ，使 得 变形 参 数 因应 ；不 同而 生 力条 的 ¨ｃ５３件２５ｌ５Ｏ ５４∞ ５ｃ 发 ； ∞
ｄ— ６ １ ８ ０ ＋ ２ ２ ３ １ ． ７４３ ． １３
不同粒径砂岩三轴压缩力学特性试验研究
２ ０ １ ３年第 ６期 （ 总第 １ ７ １ 期）
细颗粒 砂 岩在 围压 为 １ ６ Ｍ Ｐ ａ时 ，Ｅ＝７ 模量的特征 ３ ． １ 弹性模量 和围压 的关 系 岩样单轴 压缩 的应力 一应 变关 系并 非 严 格意 义 上 的直线 。杨 氏模 量有 切 线模 量 、割线 模 量 和 弹性 模量 。应力 一 应 变 曲线 中趋 于 直线 一段 得 出弹性 模
为 ｌ＝０ ． ６ ６ １ ６ － ０ ３＋６ ． ４ ４ ７ ８， Ｒ ＝０ ． ９ ９ ５ ８。
２ ． ２ 砂岩 的强度 特性 根据 Ｃ ｏ ｕ ｌ ｏ ｍ ｂ准 则 ，ｏ ｒ ｓ 与 ３关 系 为 ０ － ｓ ＝Ｍ ＋ Ｎ ｏ － ， ，用 Ｑ（ Ｍ， Ｎ）表 示 ， Ｏ ｒ 与 ０ －， 呈线 性 关 系 。式
由图 ４可 知 ：变 化 曲线 上 凸。两 种粒 径 砂 岩 在 围压 ０～６ ＭＰ ａ范 围 内，峰 值 应 变 有 显 著 提 高 。 在 围压 ８— １ ６ ＭＰ ａ范 围内 ，细 颗粒 砂 岩 的 峰值 应 变
不再波动 ，而存 一个 极 限值 ；中颗粒 砂 岩 的峰 值
应 变呈先 稳定 ，后增 长 的趋 势 。说 明 中颗粒 砂 岩 的 峰值应变 对围压 的敏感性高 于细颗粒砂 岩 。 当岩 样达 到 塑 性前 （ 围压 ０— ６ ＭＰ ａ ） ，细 、 中
粒砂岩为 １ ５ ． ３ ４ Ｍ Ｐ ａ ，中颗 粒砂岩 为 ２ ４ ． ４ ２ Ｍ Ｐ ａ 。理论
围胜 ０ － ３ ／ ＭＰａ
图 ４ 细 、中颗 粒砂 岩岩样 。 一ｏ ｒ 的关 系
值大于试验值 ３ １ ． ６ ４％ ～ ３ ８ ． ５ ０％。所 以，围压 的提 高
有利于岩石 的最 大轴 向应力。说 明，强度参数 的力 学含义为 ，砂岩单轴压缩剪切破坏对应的强度 ，高出实 际单轴压缩破坏的强度 ，而 参数 Ｊ ７ 、 ｒ 实 际为图 曲线 的斜 率 ，衡量了围压对轴向承载能力的影响 。
砂岩三轴常规压缩物理和数值实验分析
Ｖ １２ Ｎ０ ５ ｏ ８ ． Ｏ ｔ ００ ｃ２ ９
． ．
砂岩 三轴 常 规压 缩 物 理 和 数值 实验 分 析
段 新 伟 ，李 宝 富
（ ・义 马煤 业 集 团 常村 煤 矿 ，河 南 义 马 １ ４ ２０ ７ ３０；２ ．河 南 理 工 大 学 能 源 学 院 ，河 南 焦 作 ４ ４０ ） ５ ０ ３
第２ ８卷 第 ５期 ２０ ０ ９年 １ ０月
河 南 理 工 大学 学报 （ 自然 科 学 版 ） Ｊ Ｕ Ｎ Ｌ Ｏ Ｅ Ａ Ｏ Ｙ Ｅ Ｈ Ｉ Ｎ Ｖ Ｒ Ｉ Ｙ （ Ａ Ｕ Ａ Ｃ Ｅ Ｃ Ｏ Ｒ Ａ Ｆ Ｈ Ｎ Ｎ Ｐ Ｌ Ｔ Ｃ Ｎ Ｃ Ｕ Ｉ Ｅ ＳＴ Ｎ Ｔ Ｒ Ｌ Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ）
ｔ ｏｏ ｙ ｏ ｐ ｃｍｅ ｓｗｅ ｅ ｓｎ ｌｄ ｏ ｔ Ｒｏ ｔｎ ｒａ ｉ ｌｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ｙ ｉ ａ ｅ ｔｗｅ ｅ ｃ ｒｉｄ ｏ ｔｆｒｓ ｎ ｔｎ ｈ ｌｇ ｆｓ ｅ ｉ ｎ ｒ ｉｇ ｅ ｕ ． ｕ ｉ ｅｔｉ ｘａ ｏ ｒ ｓ ｉｎ ｐｈ ｓｃ ｌｔｓ ｒ ａ ｒｅ ｕ ｏ ａ ｄｓｏ ｅ ｓ ｍ ｐ ｅ ｎ ＲＭＴ 一 １ ０Ｂ ｏ ｋ ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｅ ｔｍａ ｈｉ ｔｄｉ ｅ ｅ ｔｃ ｎ ｎ ｎ ｒ ｓｕ ｅ Ａｎｄ ｅｆ ｃ ｆｃ ｎ ｎ ｎ ａ ｌｓ ｏ ５ ｒ ｃ ｃ ａ ｉ ｓｔ ｓ ｃ ｎｅ ａ ｆ ｒ ｎ ｏ ｆ ｉ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ． ｆ ｉ ｆｅ ｔｏ ｏ ｆ ｉ ｇ ｉ ｐ ｅ ｓ ｒ ｔ ｅ ｒｎ ａ ａ ｉ ｓ ｔ ｄ ｅ ｙ ＲＦ ｒ ｓ ｕ ｅ ｗｉ ｂ ａｉ ｇ ｃ ｐ ｃ ｔ ｗａ ｓｕ ｉ ｄ ｂ ＰＡ ｙ ｔ ｍ ． Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｏ ｈ ｓｃ ｌｔ ｓ ｎ ｕ ｅ ｉａ ｅ ｔ ｈ ｙ ｓ ｓｅ ｈ ｅ ｕ ｔ ｆｐ ｙ ｉ ａ ｅ ｔａ ｄ ｎ ｍ ｒｃ ｌ ｔｓ ｗｅ ｅ ｖ ｒ ｏ ｃ ｒ ａ ｃ ． Ｂｅ ｒｎ ａ ａ ｉ ｆｓ ｍｐ ｅ ｒ ｉ ｅ ｒｒ ｌ ｔ ｎ ｈ ｐ ｗｉ ｏ ｆｎ ｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ｉ ｏ ｄ — ｒ ｅ ｙ ｃ ｎ ｏ ｄ ｎ ｅ ａ ｉ ｇ ｃ ｐ ｃｔ ｏ ａ ｌ ｓｗｅ ｅ ｌ ａ ｅａｉ ｓ ｉ ｔ ｃ ｎ ｉ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｃ ｎ ｉ ｙ ｎ ｏ ｈ ｉ ｔｏ ｆｌｗ ｏ ｆｎ ｎ ｒ ｓ ｕ ｅ． ｉｎ ｏ ｏ ｃ ｎ ｉ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｉ
实验五岩石单轴压缩实验
实验五岩石单轴压缩实验一.实验目的岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。
通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法；了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。
二.实验设备、仪器和材料1.钻石机、锯石机、磨石机；2.游标卡尺，精度0.02mm；3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架；型液压材料试验机；型静态电阻应变仪；6.电阻应变片（BX-120型）；7.胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。
三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态1. 试样规格：采用直径为50 mm，高为100 mm的标准圆柱体，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用50 mm×50 mm×100 mm的立方体，由于岩石松软不能制取标准试样时，可采用非标准试样，需在实验结果加以说明。
2. 加工精度：a 平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm 。
检测方法如图5-1所示，将试样放在水平检测台上，调整百分表的位置，使百分表触头紧贴试样表面，然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。
b 直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm ，用游标卡尺检查。
c 轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。
检测方法如图5-2所示，将试样放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显缝隙。
3.试样数量： 每种状态下试样的数量一般不少于3个。
4.含水状态：采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内1～2 d ，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。
四.电阻应变片的粘贴1.阻值检查：要求电阻丝平直，间距均匀，无黄斑，电阻值一般选用120欧姆，测量片和补偿片的电阻差值不超过Ω。
1—百分表 2-百分表架 3-试样4水平检测台1—直角尺 2-试样 3- 水平检测台图5-3 电阻应变片粘试2.位置确定：纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部，纵向、横向应变片排列采用“┫”形，尽可能避开裂隙，节理等弱面。
岩石三轴压缩试验实验报告
岩石三轴压缩试验实验报告
岩石三轴压缩试验是一种常用的岩石力学试验方法，用于研究岩石在三维应力状态下的力学性质。
本次实验旨在通过岩石三轴压缩试验，探究不同岩石样本的力学性质。
实验过程中，我们选取了不同类型的岩石样本，包括花岗岩、石灰岩和砂岩等。
首先，我们将岩石样本切割成规定的立方体形状，并进行表面处理，以保证试验结果的准确性。
然后，将样本放置在三轴压缩试验机中，施加不同的压力，记录下相应的应力和应变数据。
通过实验数据的分析，我们得出了以下结论：
1.不同类型的岩石样本在三轴压缩试验中表现出不同的力学性质。
花岗岩的强度和韧性较高，石灰岩的强度较低，而砂岩的韧性较差。
2.岩石样本在三轴压缩试验中的破坏模式也不同。
花岗岩和石灰岩样本的破坏模式为压缩破坏，而砂岩样本的破坏模式为剪切破坏。
3.岩石样本的力学性质与其物理性质有关。
例如，花岗岩的强度和韧性较高，可能与其晶粒结构和成分有关。
本次实验结果表明，岩石三轴压缩试验是一种有效的研究岩石力学性质的方法。
通过对不同类型的岩石样本进行试验，可以更好地了解岩石的力学性质和破坏模式，为岩石工程设计和岩石灾害防治提供科学依据。
岩石三轴压缩及变形试验打印
辽宁工程技术大学岩石三轴压缩及变形试验岩石三轴压缩及变形试验一、概述岩石三轴试验，是在三向应力状态下测定岩石的强度和变形的一种方法。
本指导书介绍的是侧向等压的三轴试验。
本规定可用于测定烘干和饱和状态的的试样，试样的含水状态用以下方法处理： （1）烘干状态的试样，在105～110 C 下烘24h 。
（2）饱和状态的试样，按7.1规定的进行饱和。
为了便于资料分析，在进行三轴试验的同时，应制样测定岩石的抗拉强度和单轴抗压强度。
二、试样备制（1）试样可用钻孔岩心或坑槽探中采取的岩块，试样备制中不允许人为裂隙出现。
（2）试样为圆柱体，直径不小于5cm ，高度为直径的2～2.5倍。
试样的大小可根据三轴试验机的性能和试验研究要求选择。
（3）试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，每种情况下必须制备5～7个。
（4）试样制备的精度，在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm 。
两端面的不平行度最大不超过0.05mm 。
端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25度。
三、试样描述试样描述见7.3。
四、主要仪器设备（1）试样加工设备，量测工具与有关检查仪器见7.4.1，7.4.2。
（2）电阻应变片、粘结剂、万用表等。
（3）电阻应变仪（或数据采集器）、压力传感器、引伸仪等。
除用电阻应变仪外，也可用精度能达到0.1 %和量程能满足变形测定需要的其它仪表。
（4）三轴应力试验机（见图11）。
五、试验程序5.1试样的防油处理首先在准备好的试样表面上涂上薄层胶液（如聚乙烯醇缩醛胶等），待胶液凝固后，再在试样上套上耐油的薄橡皮保护套或塑料套，与试样两端的密封件配合，以防止试样试验中进油及试样破坏后碎屑落入压力室。
5.2安装试样把密封好的试样放置于保护筒中，将压力室顶部的螺旋压帽组件卸下并吊装在横梁上升起，然后将放置于保护筒中的试样，用卡杆吊放入三轴试验机的压力室内。
保护筒的下端有一凸出的球柱，此时要注意使球柱对准压力室底部中心的圆销孔，并放置平稳。
粉砂质泥岩常规三轴压缩试验与本构方程研究
０—４ ＭＰ ａ围压 下 岩 石 的 应 力 一应 变全 过 程 曲 线 。分 析 了岩 石 屈 服 强度 、 值 强 度 以 及 残 余 强 度 与 围压 之 间 峰
的 关 系 ， 出 了岩 石峰 值 抗 剪 强度 参数 以及 残 余 抗 剪 强 度 参 数 。 依 据 塑 性 力 学理 论 ， 立 了考 虑 岩 石 应 变软 得 建
化 的双 线 性 弹性 一线 性 软 化 一残余 理 想 塑 性 四 线性 模 型 ， 分段 建 立 了本 构方 程 ， 定 了各 阶 段 方程 的参 数 ， 并 确
粉砂 质 泥岩 常规 三轴 压缩 试验 与本 构 方程 研究
于 怀 昌， 亚 丽 李
（ 华北 水 利 水 电学 院 资源 与环 境 学 院 ， 南 郑 州 ４ ０ １ ） 河 ５０ １
摘 要 ： 对 杭 兰高 速公 路 巫 山至 奉 节段 巴 东 组 二 段 （ 粉 砂 质 泥 岩 地 层 中挖 方 高 边 坡 易 产 生 变 形 破 坏 的 针 Ｔｂ）
作 者简 介 ： 怀 昌 ， ， 师 ， 士 ， 于 男 讲 博 主要 从 事岩 石 力 学 试 验研 究方 面的 工 作 。Ｅ— ｉ ｙｈａｃａｇ ｎｗ ．ｄ ．ｏ ｍａ ：ｕ ｕｉ ｎ ＠ ｃ ｕ ｅｕ ｅｍ ｌ ｈ
第 １ ３期
于 怀 昌， ： 砂质 泥 岩 常规 三 轴 压 缩 试验 与本 构 方 程 研 究 等 粉
石 试样 的离 散性 ， 可 能使 不 同试 样 物理 力 学性 质保 尽
软化 的双线 性弹性 一线性软 化 一 残余 理想塑 性 四线性
砂岩单轴三轴压缩试验研究
(1)
4 强度影响因素
影响岩石强度的因素有许多 , 大体可以分为两
类 , 一类是岩石本身的影响 , 如矿物成分 、颗粒大
小 、胶结情况 、密度 、孔隙比 、含水量 、生成条件
以及层理结构等 , 第二类是试验环境与物理环境如
试件尺寸 、形状 , 试件加工情况 、压力机的刚度 、 加载速度 、温度等〔3 ,7〕。
σc/σs 0164
图 4 砂岩在不同围压下的全应力应变曲线
图 6 莫尔圆包络线及强度准则
312 强度特性 砂岩在不同围压下的强度特征表现为 : 随围压
增大 , 抗压强度明显提高 , 塑性变形明显增大 , 其 变形不仅与围压σ3 大小有关 , 而且与σ1 - σ3 的大 小有关 , 当σ1 - σ3 在一定范围内 , 变形符合线弹 性变形规律 , 当σ1 - σ3 超过一定范围时 , 变形才 具有塑性变形 , 见图 5 。
1 试件的加工与试验设备 为了研究砂岩的力学特性 , 本次实验采用重庆
市云阳县寨坝滑坡体下盘的砂岩 , 将所取岩芯加工 成为圆柱体试件 , 试件直径 为 50mm , 高 h 为 100mm 。
单轴压缩试验采用日本 SHIMADZU 公司生产 的伺服式刚性试验机 , 该试验机可以进行拉伸 、压 缩 、剪切试验 , 轴向载荷最大 250kN , 可采用载荷 控制 、位移控制进行加载 , 计算机自动采集数据 。 本次进行的单轴压缩试验采用载荷控制 , 加载速度
图 3 第 3 组试件在三种状态下的应力与 纵向 、横向 、体应变曲线
饱和状态 自然状态 风干状态
表 1 砂岩在饱和 、自然 、风干状态下的强度σc 、屈服强度σs 、σs/σc 值
σc/ MPa
第 1 组试件 σs/ MPa
砂岩三轴试验报告
砂岩三轴试验报告一、实验目的砂岩是岩石工程中应用较广泛的岩石类型之一、本次实验旨在通过三轴试验的方法，研究砂岩在不同应力状态下的变形特性，分析其力学性质，为砂岩的岩石力学理论研究和工程设计提供依据。
二、实验原理三轴试验是材料力学中常用的试验方法之一，通过施加三向应力（正应力和剪应力）来模拟实际岩体在不同地质条件下的力学行为。
在三轴试验中，我们将砂岩作为试样，施加不同的正应力和剪应力，然后观察其应变特性和破坏模式。
三、实验步骤1. 准备试样：选取砂岩块状试件，尺寸约为2cm×2cm×2cm，并充分干燥。
2.安装试样：将试样放置在三轴仪上，使其与试验装置接触紧密。
3.施加正应力：通过慢速施加载荷来逐渐增加正应力，记录正应力和相关变形数据。
4.施加剪应力：在达到目标正应力后，开始施加剪应力，记录相关数据，观察破坏情况。
5.数据处理：根据实验数据绘制应力－应变曲线和应力沉降曲线，进行分析和讨论。
四、实验结果根据实验数据，可以绘制出砂岩的应力－应变曲线和应力沉降曲线。
从实验结果可以看出，在施加正应力的过程中，砂岩样品会逐渐发生塑性变形，强度逐渐增加。
当施加到一定正应力时，砂岩开始发生剪切破坏，慢慢形成剪应力。
五、实验讨论1.砂岩的变形特性：根据实验结果，砂岩样品在受到正应力的作用下会发生弹性变形和塑性变形，当正应力增加到一定程度时，会发生破坏。
这说明砂岩具有一定的抗压能力，但也存在一定的塑性变形能力。
2.变形特性与地质条件的关系：砂岩的变形特性与其成岩过程和地质结构有关。
若砂岩成岩过程中压实充分，颗粒结合良好，则其抗压能力较强，塑性变形能力较低。
若成岩过程中压实不充分，颗粒结合较差，则其抗压能力相对较低，塑性变形能力较高。
3.实验误差：在实验中，由于实验条件的限制，无法完全模拟实际地质条件，因此实验结果可能存在一定误差。
4.实验优化：为了获得更精确的实验结果，可以进一步改进实验方法和装置，提高实验数据的可靠性和稳定性。
单轴压缩实验实验方案
实验一 单轴压缩实验
一、实验目的
岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征，通过该实验测得岩石的单轴抗压强度。
二、实验原理
岩石单轴抗压强度为岩石试件在无侧限和单轴压力作用下抵抗破坏的极限能力，其值为：
A
P σc
式中：σc —单轴抗压强度，MPa ；
P —无侧限条件下岩石试件的轴向破坏荷载，N ； A —试件的截面面积，mm 2；
三、试样制备
1.试样可用钻孔岩芯或岩块，在取样和试样制备过程中，不允许人为裂隙出现。
2.试样规格：采用直径为50mm ，高为100mm （高径比为2）的标准圆柱体。
3.加工精度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm ；试样两端的直径偏差不得大于0.2mm ；试样的两端面应垂直于试样轴线。
4.试样数量：每种状态下试样的数量一般不少于3个。
5.含水状态：采用自然状态，试样制成后放在底部有水的干燥器内1~2d ，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。
四、实验设备
圆柱标准试样、游标卡尺、液压材料试验机、承压板或垫块（尽可能采用与岩石刚度相接近的材料）。
五、实验步骤
1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。
2.用游标卡尺测量试样尺寸，保留两位小数。
3.将试样放置在压力机承压板中心，调整承压板使试样均匀受力。
4.开动试验机，以0.5 ~0.8 MPa/s的加载速度对试样加载，直到破坏。
5.记录破坏载荷，破坏类型描述。
六、数据处理
岩石抗压强度测定结果填入下表。
表1 岩石抗压强度测定结果。
基于单轴受压的岩石三轴应变指标确定方法研究
• 3437 •
D1 =
16 10 − 3ν M 3 (1 − ν 2 ) ，f = λ 45 2 −ν V
(8b)
D1df / d(σ j + σ k ) = −
式中： f 为微裂纹密度，λ 为随机分布的币状微裂纹 半径，λ 3 为 λ 3 的平均值，M 为微裂纹数目，V 为基 体体积。 岩石材料弹性模量的变化采用细观的微裂纹密 度的变化衡量或采用宏观损伤统计模型的应力、应 变表示，2 种方法得到的以有效模量表示的损伤结 果应该一致。联立式(7)，(8a)可得
⎡ 1 ⎛ ε ⎞m ⎤ E DE = 1 − = 1 − exp ⎢ − ⎜ i ⎟ ⎥ E m ⎝ εc ⎠ ⎥ ⎢ ⎣ ⎦
(7)
式中： DE 为岩石受荷载时的统计损伤变量， DE 值 的大小反映了岩石材料内部损伤的程度；a 为材料 物理力学性质的参数，反映了材料对外在荷载的响 应特征；E 为岩石的弹性模量； E 为岩石的有效弹 性模量； ε c 为极限应变； σ c 为极限应力。 按细观损伤力学的Taylor方法，可以得到 E / E 与微裂纹密度间的关系[9
～14]
为
⎤ f ⎥ = (1 + D1 f ) −1 (8a) ⎦
)(10 − 3ν ) = 1+ E ⎢ 2 −ν ⎣ 45
式中： f ′ 为三轴受压下岩石的微裂纹密度； σj， σk
其中，
第 28 卷
增2
赖
勇，等. 基于单轴受压的岩石三轴应变指标确定方法研究
(10)
由式(20)，(21)可得
(20) (21)
即
⎡ ⎛ ε ⎞m ⎤ E / E = exp ⎢ − ⎜ i ⎟ ⎥ = (1 + D1 f )−1 ⎢ ⎝a⎠ ⎦ ⎥ ⎣
砂岩单轴和三轴压缩试验力学效应分析
文章 编号 ： １ ６ ７ ４— ７ ０ ４ ６ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６— ０ ０ １ ６— ０ ５
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ ４ １ ４ ０ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｈ ｎ ｃ ｊ ｘ ｂ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ６ ． ０ ０ ４
砂 岩 单 轴 和 三 轴 压 缩 试 验 力学 效 应 分 析
设提 供 参数依 据 。
关键 词 ： 砂 岩 ； 压 缩试验 ； 回归分析 ； 强度 参数
中图分 类号 ： Ｔ Ｕ ４ ５ ８ 文献 标识 码 ： Ａ
Ｅｘｏｅ 一 ｒ ｌ ● ｍ ｅ ｎｔ ・＿ ａ ｌ ａ ｎａ ｌ ｙｓ ｉ ■ ｓ ０ ｎ ｍｅ ｃ ｈａ ● ｎｉ － ｃ ａｌ … ｅ ｔ － ｔ ｅｃ ｔ ・ ｓ ０ Ｉ Ｓ ａ ｎｄＳ ’ｔ Ｊ ０ ｎｅ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ，ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ，ｒ ｅ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ｄ ｂ ｙ ｃ ｏ ｎ ｉｎ ｆ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｑ ｕａ ｎ ｔ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｂ ｙ ｔ ｈｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｏ ｆ ｕｎ ｉ ａ ｘ ｉ ｌ ａ ｌ ｏ ａ ｄｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｔ ｒ ｉ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ＭＴＳ ８１ ５ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ —
岩石三轴压缩试验报告
岩石三轴压缩试验报告实验五岩石单轴压缩实验实验五岩石单轴压缩实验一.实验目的岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。
通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法；了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。
二.实验设备、仪器和材料1.钻石机、锯石机、磨石机；2.游标卡尺，精度0.02mm；3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架；4.YE-600型液压材料试验机；5.JN-16型静态电阻应变仪；6.电阻应变片（BX-120型）；7.胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。
三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态1. 试样规格：采用直径为50 mm，高为100 mm的标准圆柱体，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用50 mm×50mm×100 mm的立方体，由于岩石松软不能制取标准试样时，可采用非标准试样，需在实验结果加以说明。
2. 加工精度：a 平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。
检测方法如图5-1所示，将试样放在水平检测台上，调整百分表的位置，使百分表触头紧贴试样表面，然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。
b 直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm，用游标卡尺检查。
c 轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。
检测方法如图5-2所示，将试样放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显缝隙。
3.试样数量：每种状态下试样的数量一般不少于3个。
4.含水状态：采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内1～2 d，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。
1—百分表2-百分表架3-试样4水平检测台图5-1 试样平行度检测示意图1—直角尺2-试样3- 水平检测台图5-2 试样轴向偏差度检测示意图四.电阻应变片的粘贴1.阻值检查：要求电阻丝平直，间距均匀，无黄斑，电阻值一般选用120欧姆，测量片和补偿片的电阻差值不超过0.5Ω。
泥质砂岩三轴压缩力学特性试验研究
2020年35期众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application泥质砂岩三轴压缩力学特性试验研究*刘海壮，刘春*，张庆，黄富禹，周义舒（重庆科技学院安全工程学院，重庆401331）岩石是构造地壳地表岩体的主体成分，其构造十分复杂，是各种矿物质的集合体，不同岩石在其形成过程中的成因各不相同，造成岩石的物理特性和力学特性有很大差异，呈现出明显的非线性、不连续性、不均质性和各向异性等特点。
在地下空间工程领域，为了深入研究地下硐室开挖后的特征，了解岩石的基本构成和分类极为重要，其决定岩石力学性质和物理性质，是进行力学分析的关键因素之一。
获取岩石力学参数的主要手段之一是岩石的单轴、三轴试验，试验获得的粘聚力和内摩擦角等参数能为工程设计、硐室开挖及围岩支护提供有力依据。
目前许多学者对岩石力学特性已有深入研究。
姜永东等[1]研究了砂岩在饱和、自然、风干三种状态下的单轴和三轴抗压强度特征，得到应力与轴向、径向和体积应变间的关系曲线，根据试验数据绘制莫尔圆并通过回归分析得到强度参数粘聚力和内摩擦角的值。
李晓娟等[2]对粉砂岩试样进行三轴压缩实验，得到试样力学参数，并通过扫描电镜试验得到细观损伤图片，从微观角度分析了粉砂岩的力学特性。
李文帅等[3]通过砂岩真三轴加载试验，结合CT 扫描技术，研究了不同中间主应力条件下岩石的强度、变形及破坏特征，得到了砂岩真三轴条件下的力学特征。
本文通过常规三轴试验，介绍了岩石试样的制备过程，试验设备以及试验方案，并对实验结果进行了分析，得到岩石基本力学参数粘聚力和内摩擦角等，通过前人方法处理数据，得到岩石重要力学参数，方便工程实验人员运用，为类似试验处理提供技术指导。
1试验方法1.1试样制备及试验设备本次试验以泥质砂岩为研究对象，为保证试验获得参数准确可靠，在采样过程中，采样点位于隧道施工现场同一位置，岩石试样尽量均质，严格按照规定切割、打磨制成高为100mm 、直径为50mm 的圆柱样，试样直径和高度误差均不超过2mm ，岩石试样用保鲜膜包裹并裹上胶带，将试样打包放于泡沫纸箱运至岩石力学实验室。
地质结构发展过程的单轴与三轴压缩实验及力学特性分析
122管理及其他M anagement and other地质结构发展过程的单轴与三轴压缩实验及力学特性分析刘 静（辽宁省东煤测试分析研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110000）摘 要：为了更好地开展三轴压缩实验，实现对力学参数值的测定和统计，现利用微机控制电液装置，对地质结构进行单轴实验和三轴压缩实验。
首先，根据实验准备情况，将地质周围的围压分别设置为1MPa、3MPa、5MPa、10MPa，并测量出其基本物理力学参数，为后期全面了解和把握力学参数相关离散程度打下坚实的基础。
当其离散程度指标值在0.27%~3.49%范围波动时，此时，地质结构发生变形特性达到最佳状态。
实验结果表明：深层地质结构峰值应变随着地质围压值的不断增大而增大，通过采用函数拟合的方式，可以确保地质中岩体弹性模量、泊松比以及变形模量均呈现出非相关关系，同时，通过利用幂函数，可以确保地质结构的峰值应变不会随着围压的增大而增大，而是趋于一个比较稳定的值，为后期选取合理的弹性模量提供重要的依据和参考。
关键词：地质岩体单轴；三轴压缩；实验；力学特性中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2021）04-0122-2 收稿日期：2021-02作者简介：刘静，女，生于1983年，蒙古族，辽宁沈阳人，本科，高级工程师，研究方向：地质实验测试类。
地质结构作为一种岩体集合体，内部包含多种矿物，其力学参数在不同的实验条件下所表现出的特征存在一定的差异性。
而地壳中的地质结构始终处于三向受力状态，通过对地质进行单轴实验和三轴压缩实验，可以精确测量力学参数值，为工程理论计算与施工提供重要的依据和参考。
因此，为了更好地分析力学特性，如何科学开展地质单轴和三轴压缩实验是实验人员必须思考和解决的问题。
1 实验准备在本次实验中，所用到的地质结构中的岩体主要以辉绿岩为主，这种岩体主要由多种成分组成，如辉岩、橄榄石、基性长石、石英等。
为了进一步提高地质的统一性和完整性，所选用的地质样本必须要来自同一区域的岩石，同时，还要采用塑料包裹的方式，将其进行密封保存和运输，确保岩样的质量。
岩石三轴压缩实验的强度特性及应用_李亚林
４期
李亚林等：岩石三轴压缩实验的强度特性及应用
７５
１．１ 摩尔强度理论简介 １９００ 年，由德国工程师摩尔（Ｍｏｈｒ）创立的强度理论，被后人称为摩尔强度理论。 以广州某重大工程基底中风化泥质粉砂岩的三轴强度包络线图（图 １）为例，对摩尔强
２００６， ２６（３）：４４－ ４６．
Ｓｔｒ ｅｎｇｔｈ Ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｏｃｋ Ｔｒ ｉａｘｉａｌ Ｃｏｍｐｒ ｅｓｓｉｏｎ Ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔ
ＬＩ Ｙａｌｉｎ， ＧＡＯ Ｌｅｉ， ＧＵＯ Ｄｅｓｈｕｎ， ＹＡＮ Ｙｕｄｉｎｇ
２００６， ２６（１）：１１－ １７． ［４］ Ｙａｎ Ｙｕｄｉｎｇ， Ｌｉ Ｙａｌｉｎ， Ｚｈａｎｇ Ｚｈｕａｎ ｅｔ ａｉ， Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｎ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｉｎ Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ，
Ｅａｒｔｔｈｑｕａｋｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，２００５， １９（４）：３５４￣３７０． ［５］ 姜慧，胡聿贤，赵凤新，等． 用随机模拟方法研究设定地震的地面运动参数 ［Ｊ］ ． 地震工程与工程震动，
图 １ 广州某工程基底中风化泥质粉砂岩的三轴强度包络线 Ｆｉｇ．１ Ｔｒｉａｘｉａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｅｎｖｅｌｏｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｒａｔｅ－ ｅｆｆｌｏｒｅｓｃｅｎｔ ａｒｇｉｌｌａｃｅｏｕｓ ｓｉｌｔｓｔｏｎｅ ｓａｍｐｌｅ
１．２ 岩石三轴强度的特点 表 １ 为中风化泥质粉砂岩的部分三轴实验结果和相关数据。结合图 １ 和表 １ 阐述岩石
（２）由三轴抗压强度实验可得到理论破裂角 θ，此 θ即为破裂面的倾角。可为工程设计 者提供应作重点应力分析的剖面。如岩体内存在薄弱结构面，此薄弱面的倾角若与 θ相近，
岩石三轴强度实验细则
岩石三轴强度实验细则一、实验原理二、实验设备1.实验机：用于施加各个方向上的压力。
2.试样：选取具有代表性的岩石样品，大小要适中，平坦度要求高。
3.缓冲液：由于实验中需要施加大的压力，为减小试样的不均匀变形，通常在压力传递介质和试样之间加入缓冲液，如硅胶、水等。
4.张应力应变仪：用于记录试样的应力应变关系曲线。
三、实验步骤1.准备工作a.根据实验要求选取合适的岩石样本，进行预处理，确保试样表面光滑平坦，无明显裂纹和破碎。
b.设置实验机的参数，包括压力的加载速率、实验温度等。
c.准备好试样和缓冲液，并保证其清洁。
2.实验装置组装a.将试样放置于实验机的试验仓内，并用夹具夹紧固定。
b.在试样和实验仓之间注入缓冲液，确保良好的压力传递。
c.进行标定实验，准确测量试样的尺寸和质量等参数。
3.施加压力a.分别施加垂直和平行于试样轴向的压力，使试样承受三个方向上的压力。
b.每次施加压力后暂停一段时间，观察试样的变形情况，记录试样的应力和应变数据。
4.测试过程中的观察和记录a.观察试样的变形情况，记录试样的应力和应变数据。
b.在试样变形或发生破坏时，及时记录相关信息，如试样破裂的位置、载荷下降的情况等。
5.实验结果的处理a.绘制应力应变曲线，以确定岩石的强度特性，包括弹性模量、屈服强度、破坏强度等。
b.根据实验结果，分析试样的变形和破坏机制，并进一步研究岩石的力学性质和变形特性。
四、实验结果的处理方法实验结果的处理方法主要包括应力应变曲线的绘制和分析、岩石强度参数的计算和岩石的变形和破坏机制分析等。
1.应力应变曲线的绘制和分析a.根据试验过程中记录的应力和应变数据，绘制应力应变曲线。
b.基于曲线的斜率和变化趋势，分析试样的弹性行为、屈服行为和破坏行为。
2.岩石强度参数的计算a.弹性模量：利用应力应变曲线的线性范围内的斜率计算得到。
b.屈服强度：找到应力应变曲线的拐点或曲线平稳段的切线斜率，根据应力应变关系计算得到。
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本次试验砂岩的物理性质见表 3 , 实验中主要
考虑含水量对强度的影响 , 其影响原因是水从试件
表面的裂隙进入岩石内部 , 润湿了岩石全部自由面
上的每个矿物颗粒 , 水分子加入改变了岩石的物理
中国矿业 2004 年第 13 卷第 4 期
状态 , 削弱了颗粒之间的联系 , 使得抗压强度降 底 , 试验表明 : 在饱和状态下岩石强度最小 , 风干 状态下岩石强度最大 。
σc/σs 0164
图 4 砂岩在不同围压下的全应力应变曲线
图 6 莫尔圆包络线及强度准则
312 强度特性 砂岩在不同围压下的强度特征表现为 : 随围压
增大 , 抗压强度明显提高 , 塑性变形明显增大 , 其 变形不仅与围压σ3 大小有关 , 而且与σ1 - σ3 的大 小有关 , 当σ1 - σ3 在一定范围内 , 变形符合线弹 性变形规律 , 当σ1 - σ3 超过一定范围时 , 变形才 具有塑性变形 , 见图 5 。
σபைடு நூலகம்/ MPa 60188
0 M Pa σs/ MPa
40159
表 2 砂岩在不同围压下的强度σc 、屈服强度σs 、σs/σc 值
σc/σs 0166
σc/ MPa 12116
5 M Pa σs/ MPa
8111
σc/σs 0167
σc/ MPa 17214
10 M Pa σs/ MPa
11019
密度ρ (g/ cm3)
从图 1 、图 2 、图 3 可以看出 : 水对岩石强度
有明显的影响 , 不同含水量下岩石的强度不同 , 含 水量越高 , 强度就越低 , 反之则含水量越低 , 强度 就越高 , 而且水对软岩如砂岩的影响很明显 。
图 1 第 1 组试件在三种状态下的应力与 纵向 、横向 、体应变曲线
图 2 第 2 组试件在三种状态下的应力与 纵向 、横向 、体应变曲线
Keywords : Sandstone , Uniaxial compression test , Triaxial compression test , Stress2strain , Failure t heory
岩石在外载荷作用下能承受的最大应力称为岩 石的强度〔1〕, 影响岩石强度的因素有很多 , 其中 水对岩石强度有明显的影响 , 特别是对软岩的影响 表现得更为突出 , 所以研究岩石在饱和状态 、自然 状态 、风干状态下的强度特征和变形特性有重要的 意义 。由于地壳中的岩石绝大多数处于三向应力状 态 , 所以对岩石进行三轴压缩试验研究更能反应实 际情况 , 实验测得的三轴抗压强度可以确定莫尔包 络线 、强度准则和强度参数 C、 值 , 其值能为工 程提供参考与借鉴 。
图 5 砂岩在等围压下的实验结果 68
莫尔 - 库仑强度准则在实际工程中广泛应用 ,
通过砂岩的三轴压缩实验 , 根据最小二乘法 , 采用
回归分析得出了砂岩的强度参数 C、 值 , 其 C =
5198M Pa , = 58191°, 强 度 准 则 表 达 式 见 式
(1) 。
ι= 1166σ+ 5198
Ξ 基金项目 : 重庆市院土基金资助项目 , 编号 6592
66
中国矿业 2004 年第 13 卷第 4 期
为 0105MPa/ s , 在试件上粘贴应变计测试件的纵向 变形和横向变形 。
三轴 压 缩 试 验 采 用 英 国 英 斯 特 朗 公 司 ( Instron) 生产的电液伺服式 Instron 1346 试验机 , 该试验机可以进行拉伸 、压缩 、断裂韧性 、低周疲 劳和裂纹扩展试验 , 轴向载荷最大 1000kN , 围压 最大 50MPa , 可采用载荷控制 、位移控制进行加 载 , 加载过程中还可以保持载荷不变 。本次试验采 用载荷控制 , 加载围压控制在 0～15MPa , 在试件 上粘贴应变计测试件的纵向变形和横向变形 。 2 砂岩的单轴压缩特性 211 应力应变关系特性
从图 1 、图 2 、图 3 可以看出 : 在单轴压缩试 验中 , 砂岩在饱和状态 、自然状态 、风干状态下的 应力与纵向应变曲线的形状是一致的 , 属于塑弹性 变形 。峰值前可以分为 3 个阶段〔2 ,3〕, 即 : 压密 、 弹性 、塑性变形阶段 。第 1 阶段随轴向应力增加纵 向变形 、横向变形也增加 , 但纵向变形大于横向变 形 , 体应变增大 , 试件体积变小 , 曲线微向上弯 曲 , 产生的原因是岩石试件中的微裂隙或节理面被 压密实的结果 。第 2 阶段体应变继续增大 , 试件体 积继续减小 , 试件内部的微裂隙或节理面被压密实 闭合后 , 应力与纵向应变曲线近似于直线 , 但各曲 线性部分长度不同 , 这是岩石中微裂隙或节理面的 宽度不一样产生的 , 使得闭合程度不同 。第 3 阶段 岩石内部开始产生微裂隙 , 随加载载荷的增加 , 试 件内部的裂隙扩展最终汇合贯通 , 使试件破坏〔4〕。 这个阶段 , 体应变有一个最大值 , 这个最大值对应 的应力就是屈服应力 , 屈服应力σs 约为峰值应力 σc 的 2/ 3〔1〕, 表 1 可以说明 。屈服点以前试件的体 应变都在增大 , 试件体积不断缩小 , 过了屈服点之 后 , 试件的横向变形迅速增加 , 体应变开始减小 , 试件体积增大 , 到峰值时 , 体应变趋于零 , 试件又 恢复原来的体积 。 212 强度特性
关键词 砂岩 单轴压缩试验 三轴压缩试验 应力应变 强度准则 中图分类号 TU459 文献标识码 A 文章编号 1004 - 4051 (2004) 04 - 0066 - 04
A RESEARCH ON SANDSTONE UNIAXIAL AND TRIAXIAL COMPRESSION TESTS
(1)
4 强度影响因素
影响岩石强度的因素有许多 , 大体可以分为两
类 , 一类是岩石本身的影响 , 如矿物成分 、颗粒大
小 、胶结情况 、密度 、孔隙比 、含水量 、生成条件
以及层理结构等 , 第二类是试验环境与物理环境如
试件尺寸 、形状 , 试件加工情况 、压力机的刚度 、 加载速度 、温度等〔3 ,7〕。
σs 约为峰值应力σc 的 2/ 3〔1〕, 表 2 可以说明 。屈服 点以前试件的体应变都在增大 , 试件体积不断缩 小 , 过了屈服点之后 , 试件的横向变形迅速增加 , 体应变开始减小 , 试件体积增大 , 到峰值时 , 体应 变趋于零 , 试件又恢复原来的体积 。这个阶段岩石 内部开始产生微裂隙 , 裂隙随加载载荷增加加速扩 展 , 最终裂隙汇合贯通使岩石破坏 。第 4 阶段试件 破坏后 , 岩石的承载能力没有完全丧失 , 还具有一 定的承载能力 , 强度减弱到残余强度 , 而且残余强 度随围压增大而增大 。
砂岩单轴三轴压缩试验研究Ξ
姜永东 鲜学福 许 江 熊德国
(重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室·重庆 400030)
摘 要 研究了砂岩在饱和 、自然 、风干三种状态下的单轴抗压强度特性和三轴抗压强度特性 。在 单轴 、三轴压缩试验中得到了应力与纵向应变 、横向应变 、体应变之间的关系曲线 , 单轴应力 - 纵向应 变曲线在峰值前可分为 3 个阶段 , 三轴应力 - 纵向应变全过程曲线可分为 4 个阶段 。根据三轴轴向应力 和围压绘制了莫尔圆 , 采用回归分析得到了强度准则和强度参数 C、 值 , 并且分析了含水量对岩石强 度的影响 , 其实验结果能为工程提供参考与借鉴 。
1 试件的加工与试验设备 为了研究砂岩的力学特性 , 本次实验采用重庆
市云阳县寨坝滑坡体下盘的砂岩 , 将所取岩芯加工 成为圆柱体试件 , 试件直径 为 50mm , 高 h 为 100mm 。
单轴压缩试验采用日本 SHIMADZU 公司生产 的伺服式刚性试验机 , 该试验机可以进行拉伸 、压 缩 、剪切试验 , 轴向载荷最大 250kN , 可采用载荷 控制 、位移控制进行加载 , 计算机自动采集数据 。 本次进行的单轴压缩试验采用载荷控制 , 加载速度
32100
20130
0163
54169
35150
0165
80150
第 3 组试件 σs/ MPa
50180
50186
30152
0160
81120
50160
0162
111150
76100
62130
40140
0165
121190
80180
0166
126130
80180
σc/σs 0163 0168 0164
Abstract : The experiment studies bot h t he uniaxial compressive strengt h and triaxial compressive strengt h of sandstone , respectively under air2drying , natural and saturation conditions. The relationship between stress and axial strain , transverse strain & volume strain is obtained form t he uniaxial and triaxial tests. The result shows t hat unixial stress2strain curve can be devided into t hree staged before its peak value , while triaxial stress2 strain curve can be devided into five stages. An O1Mohr circle is grap hed according to values of t he triaxial strain and confining stress. Moreover , failure t heory and strengt h parameters : c and are obtained t hrough analyzing t he curve fitting. Finally , research analyzes t he rock strengt h influenced by moisture content . The whole research results can offer a reference to related engineering projects.