红砂岩单轴压缩试验的率效应研究
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。
不同含水率红砂岩单轴压缩试验声发射特征研究
不同含水率红砂岩单轴压缩试验声发射特征研究文圣勇，韩立军，宗义江，孟庆彬，张建（中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州）摘要：利用微机控制电液伺服岩石三轴试验机，分别对不同含水率砂岩进行常规单轴压缩试验，加载过程中同时进行声发射( AE)检测，得到４种不同含水率试样全应力-应变曲线、声发射振铃数和累计振铃数曲线。
结果表明：水对砂岩的力学特性和声发射特征有较大影响；峰值前不同含水率试样应力-应变曲线无明显屈服特征，而应力与声发射累计振铃数曲线有明显的台阶出现；岩样声发射振铃数在加载过程中基本呈递增趋势，越接近后期增加越明显，峰值处声发射振铃数达到最大，声发射累计振铃数以近乎直线方式增长；峰值后应力与声发射振铃数同时减小。
含水率越高，砂岩声发射振铃数越少且越滞后，但各种试样所得声发射累计振铃数曲线在形状上相似。
关键词:红砂岩;含水率;单轴试验;声发射;声发射振铃数0引言声发射(Acoustic Emission，AE)是通过察听受荷岩石内的发声来探测其内部状态和力学特性的一种方法。
当岩石受载荷产生变形时，岩石中原有的或新生的裂缝周围区域出现应力集中，应变能增高。
当载荷增大到一定数量级时，原有微裂纹尖端附近区域出现了微观变形或屈服，裂纹扩展，从而使得应力迟滞，岩石中所储藏能量的一部分以弹性波(声波)的形式释放出来，这就是声发射现象[1]。
声发射是研究脆性材料内部失稳破裂演化过程的一个常用工具，因为它能连续、实时地监测在载荷作用下脆性材料内部微裂纹的产生和扩展过程，并可对破坏位置进行定位，这是其他试验方法所不具有的特点，己被广泛应用于研究岩石、混凝土等材料的破裂失稳机理，并取得了很多成果[2-10]。
文献[10 ]在周期性循环载荷作用下，通过改变应力幅度和加载速率对细粒砂岩进行了声发射试验研究;Jansen 等[12]应用声发射技术研究了岩石破裂过程中，随时间变化的三维微裂纹分布，描述了岩石的损伤累积、裂纹成核以及宏观裂纹扩展的过程;赵兴东等回针对不同岩石声发射活动特性进行了研究，反映了岩石声发射与其自身属性的关系。
砂岩的压缩试验解析
砂岩的压缩试验解析引言砂岩是一种常见的岩石，它广泛存在于地壳中的许多地方。
砂岩具有一定的强度和可压性，因此了解其压缩性质对于地质工程和地质灾害防治具有重要意义。
本文将对砂岩的压缩试验进行解析，以提供相关领域的研究者和工程师参考。
实验设计本次压缩试验选择了一块典型的砂岩样本作为研究对象。
首先，样本表面需进行充分的清洁和处理，以确保试验结果的准确性。
然后，样本放置于试验仪器中，并施加不同的压力。
同时，测量和记录样本的应变和应力数据，以便进行后续的分析和解析。
结果分析通过对实验数据的分析和整理，我们得到了以下结果：1. 应力-应变曲线：根据实验数据绘制得到的应力-应变曲线显示出了明显的凸型特点。
在初期压缩阶段，应力随应变的增加而线性增加，但随着应变的进一步增大，应力增加的速率逐渐减缓，直至趋于平稳。
这表明砂岩在初期受到的应力较小，但当应变达到一定程度时，砂岩开始变得更加坚硬和脆弱。
2. 压缩模量：通过计算应力和应变之间的比值，得到了砂岩的压缩模量。
实验结果显示，随着应变的增加，砂岩的压缩模量逐渐增大。
这意味着砂岩在受到较小应力时，具有较大的变形能力，但当应力增加时，其变形能力逐渐减小。
3. 峰值应力：实验中还观察到了砂岩样本的峰值应力。
峰值应力是指砂岩在受到最大压力时达到的最高应力值。
通过测量和分析实验数据，我们得到了砂岩样本的峰值应力，并与其他研究结果进行了比较。
结果表明，峰值应力与砂岩的物理性质和成分密切相关，在不同样品之间可能存在较大的差异。
结论通过对砂岩的压缩试验进行解析，我们得出了以下结论：1. 砂岩具有明显的应力-应变特性，初期受力较小，但随着应变的增加，其应力增加的速率逐渐减缓。
2. 砂岩的压缩模量随着应变的增加而增大，表明其变形能力逐渐减小。
3. 不同砂岩样品的峰值应力可能存在较大的差异，与物理性质和成分有关。
这些结论对于地质工程和地质灾害防治提供了重要的参考，有助于评估和预测砂岩岩体的稳定性和工程可行性。
简单分析岩石单轴压缩变形试验的影响因素
简单分析岩石单轴压缩变形试验的影响因素[摘要]：岩石力学是研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏的规律并在工程地质定性分析的基础上，定量地分析岩体稳定性的一门学科。
岩石变形的研究是岩石力学问题的重要内容之一，是公路、铁路等工程地质勘察中对岩石力学性质评论的必不可少的依据。
岩石单轴压缩试验是最通用的一种试验方法，因其原理较为简单，也较容易配附加的测量仪器，故至今广泛地应用于工程实践和各种科研工作中。
关键词：弹性模量泊松比影响因素1、序言岩石单轴压缩变形试验的目的是测定规则形状的岩石试样在单轴荷载作用下的纵向和横向的变形量，绘制相应的应力一应变曲线，从而求得弹性模量及泊松比。
本文主要通过对花岗岩和泥岩在弹性模量试验中的比对试验，初步分析了影响岩石压缩变形试验的主要因素，是室内岩石弹性模量试验的工作总结。
2、弹性模量的概念及其取值方法2.1弹性模量的概念弹性理论的基础，即应力（σ）与—应变（ε）的关系。
从这简单的线性关系中得知：应力与应变之比σ/ε=e就称为弹性模量[1]。
e值在物理意义上讲，系代表在压缩或拉伸时，材料对弹性变形的抵抗能力，但在力学意义上讲，它反映了岩石材料的坚硬程度。
2.2岩石弹性模量的取值方法岩石弹性模量的取值方法是根据国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会的《岩石力学试验建议方法》中来计算的。
主要是割线弹性模量e50及泊松比μ的取值方法。
在纵向应力一应变曲线上的原点与应力相应于极限抗压强度50%处的应力点的连线，其斜率为割线模量e50[1]，国内外规范多采用抗压强度50%时的变形量为基础。
大多数岩石这个应力水平下仍处于弹性范围内，很少出现微裂隙扩展现象，因此采用此应力点与原点连线斜率确点e50 。
泊松比μ（也称泊松系数），是指横向应变（εd）与纵向应变（εh）的比值，即μ=εd/εh [1]。
一般情况下，μ是采用抗压强度50%应力点上所对应的横向应变与纵向应变之比来计算。
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。
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1、掌握岩石单轴压缩实验的基本原理和方法。
2、了解岩石单轴压缩强度的测试方法。
3、通过实验了解岩石在不同压力下的力学性质。
4、了解矿山工程中用于确定岩石层强度、稳定性和采矿方法选择的基本实验方法。
二、实验原理在实验室条件下，对岩石进行单轴压缩实验，即将岩石样品置于压力机滑动块与固定块之间，施压加荷，岩石样品在压力的作用下发生变形，最终出现破裂破坏。
这种实验方法可以测定岩石样品在单轴压缩应力下断裂时的应力水平值和断裂模式，是评估岩石力学性质和确定其强度和稳定性的重要方法。
单轴压缩强度表示岩石样品在单轴压缩下破坏时的最大承受压力或应力水平。
在实验过程中，将岩石样品沿其轴向方向施以单向的压力，直到样品发生破坏，根据压力与样品断面积之比计算出样品的单轴压缩强度。
单轴压缩实验中常用的岩石模型为标准直径为50mm、高度为100mm、直径与高度比为1:2的圆柱形样品。
通过实验获取不同压力下岩石样品的应变和应力的数据，利用数据处理方法分析出样品的单轴压缩强度和岩石在不同压力下的变形和断裂模式。
三、实验步骤1、制备标准圆柱形样品在实验之前，制备标准的圆柱形样品是非常重要的，直径为50mm、高度为100mm，或者根据实际情况选择其他规格的样品。
2、测量标准圆柱形样品尺寸使用卷尺对样品的直径和高度进行测量，并记录下来，便于计算样品的断裂强度。
3、安装压力机将样品放置在压力机的压缩板上，并确保样品在滑动块与固定块之间完全垂直。
调整滑动块的位置，使其与样品顶部接触。
将固定块和滑动块夹紧，用气动或手动方式施压。
4、开始施压施加压力，开始进行单轴压缩实验，随着施压的增加，记录下实验的每一阶段应变和应力数据。
5、记录数据根据实验数据绘制出应力-应变曲线、应力-时间曲线，计算出单轴压缩强度。
模拟分析样品破裂模式。
6、进行岩石单轴压缩实验的注意事项a、施压过程应逐步增加，避免突然增压，以免样品产生损伤。
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
岩石单轴压缩实验
实验名称：岩石单轴压缩实验一实验目的：1.了解RFPA软件，熟悉软件界面，了解软件用途。
2.掌握软件RFPA的原理及使用方法。
3.了解岩石在外界压力的作用下的破碎情况。
4.掌握RFPA软件模拟岩石单轴压缩的过程。
二实验步骤：1、熟悉RFPA软件界面，了解软件个部分的作用。
见图1-1：图1-12、运用软件进行相关试验(1)试验模型试样模型尺寸100mm×50mm ，网个划分为100×100个基元。
采用平面应力问题，整个加载过程通过位移加载方式。
力学性质参数如下表：表2-1均质度弹性模量强度Poisson 自重3 50000 200 0.25 0摩擦角C/T 比Max strain T Max strain C 标准30 10 1.5 200 M-C（2）网格划分和参数赋值网格的划分以及其他参数的赋值见下图2-1，2-2：图2－1 岩石试件及参数设定值图2－2 岩石试件参数设定(3)边界条件和控制条件的选定点击主面板上的控制键Boundary conditions，进行设置边界条件，其具体数据如图2－3：图2－3 加载力的数值设置打开主面板上的Built，选择Control Information进行完成这个实验的步骤设置，具体数据如图2－4：图2－4 加载步数设定(4)计算过程以及结果分析压缩破裂过程见图2-5：图2-5压缩破裂过程结果曲线分析，N-S曲线见图2-6图2-6N-S曲线从数值试验得到的载荷-位移全过程曲线再现了如下基本的岩石力学性质○1.线性变形阶段。
在加载的初期，载荷-位移曲线几乎是线性的。
○2.非线性变形阶段。
当载荷达到试件最大承载能力的50%左右时，试件的变形开始偏离线性，部分基元破坏。
○3.软化阶段。
当达到最大载荷之后，使试件进一步变形的载荷越来越小，进入弱化阶段，直至试件产生宏观破坏。
三实验结论及体会试验数值表明，试件在破坏过程中,开始出现许多小裂纹，再进一步加载的条件下，试件中突发性地出现了由一系列小张裂纹汇集成的一个剪切带。
实验五岩石单轴压缩实验
实验五岩石单轴压缩实验文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]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—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。
单轴压缩下不同饱和度红砂岩横波特征研究
第15卷第1期2024年2月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.15，No.1Feb. 2024单轴压缩下不同饱和度红砂岩横波特征研究程锦山a ，b ， 管华栋*a ，b ， 王观石a ，b ， 汪永超a ，b ， 林强a ，b（江西理工大学，a.江西省环境岩土与工程灾害控制重点实验室；b.土木与测绘工程学院，江西 赣州 341000）摘要：为了研究饱和度对岩石超声波横波传播规律影响，以红砂岩为研究对象，开展不同饱和度下入射频率分别为50、100、200 kHz 的超声波横波传播实验，分析饱和度及入射频率对横波声学参数变化规律。
结果表明：干燥至饱和状态，横波波速随饱和度增大呈非线性下降趋势，幅值衰减系数随饱和度增大呈非线性递增趋势，均满足三次函数关系，属于高度相关；整体分析发现横波波速受饱和度变化影响大于幅值衰减系数，幅值衰减系数拟合参数能较好反映岩样物理量的变化；基于敏感性及决定系数的综合考虑，建议今后采用100 kHz 作为含水砂岩超声波横波测试优势频率。
研究成果可为不同饱和度下岩石超声波测试技术发展提供参考。
关键词：饱和度；超声波横波；横波波速；幅值衰减系数；入射频率中图分类号：O426.2 文献标志码：AExperimental study on the acoustic parameters of redsandstone affected by water saturationCHENG Jinshan a, b , GUAN Huadong *a, b , WANG Guanshi a, b , WANG Yongchao a, b , LIN Qiang a, b（a. Jiangxi Key Laboratory of Environmental Geotechnical and Engineering Disaster Control ； b. School of Civil and Surveying & MappingEngineering ， Jiangxi University of Science and Technology ， Ganzhou 341000， Jiangxi ，China ）Abstract: To study the influence of saturation on the ultrasonic shear wave propagation law of rocks, with red sandstone as the research object, ultrasonic shear wave propagation tests were conducted with frequencies of 50, 100 and 200 kHz under different saturations, and the variation law of saturation and frequency on shear wave acoustic parameters were analyzed. The results show that the shear wave velocity decreases nonlinearly with increasing saturation, and the amplitude attenuation coefficient increases nonlinearly with increasing saturation, both of which meet the cubic function relationship and are highly correlated. The overall analysis shows that the influence of saturation on shear wave velocity is greater than that of the amplitude attenuation coefficient, and the fitting parameters of the amplitude attenuation coefficient can better reflect the changes in physical quantities of rock samples. Based on the comprehensive consideration of sensitivity and determination coefficient, it is suggested to use 100 kHz as the dominant frequency of ultrasonic shear wave testing for water-bearing sandstone in the future. The research results can provide a reference for the development of rock ultrasonic testing technology under different saturations.收稿日期：2022-12-23；修回日期：2023-03-16基金项目：国家自然科学基金项目资助（41462009）；江西省高等学校井冈学者特聘教授岗位资助项目（205201200003）；江西省教育厅科学技术研究资助项目（GJJ190499）；江西理工大学人才培养资助项目（205200100112）；桥梁无损检测与工程计算四川省高校重点实验室2021年度开放基金项目（2021QYY01）通信作者：管华栋（1988— ），博士，讲师，主要从事岩石力学方面的研究工作。
不同饱和度冻结红砂岩动态压缩性能及能量特性试验研究
第 54 卷第 3 期2023 年 3 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.3Mar. 2023不同饱和度冻结红砂岩动态压缩性能及能量特性试验研究贾蓬，卢佳亮，毛松泽，钱一锦，孙占阳(东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳，110819)摘要：为研究饱和度对冻结红砂岩动态压缩性能及能量特性的影响，对饱和度分别为0，25%，50%，75%和100%的冻结红砂岩进行SHPB 动态冲击压缩试验。
研究结果表明：不同饱和度的冻结红砂岩破坏机制主要受未冻水弱化效应、冻结强化效应和冻胀损伤效应3种机制的影响；当饱和度低于25%时，未冻结合水对岩石的动态力学性能产生弱化作用；当饱和度介于25%~75%之间时，冻结强化作用占主导地位；当饱和度高于75%时，水冰相变导致的冻胀损伤占主导地位。
冻结红砂岩的峰值强度、耗散能、能量利用率随饱和度的增加均呈先减小后增大再减小的三段式分布规律，且具有明显的应变率效应，而冻结红砂岩冲击压缩破坏的分形维数随饱和度的增加呈先上升后下降再上升的趋势。
冻结红砂岩的冲击压缩力学性质及其能量特征均与冻结强化和冻胀损伤的相互作用密切相关。
关键词：饱和度；冰冻岩石；动态压缩；分形维数中图分类号：TU45 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2023）03-1131-10Experimental study on dynamic compression performance and energy characteristics of frozen red sandstone with different saturationsJIA Peng, LU Jialiang, MAO Songze, QIAN Yijin, SUN Zhanyang(School of Resources and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China)Abstract: In order to study the effect of saturation on the dynamic compression performance and energy characteristics of the frozen red sandstone, SHPB dynamic impact compression tests were carried out on frozen red sandstone specimens with saturation of 0, 25%, 50%, 75% and 100%, respectively. The results show that the failure mechanism of the frozen red sandstones with different saturations is mainly composed of three mechanisms, i.e., the weakening effect of unfrozen water, the strengthening effect of freezing and the damage effect of frost heave. When the saturation is lower than 25%, the unfrozen bound water weakens thedynamic收稿日期： 2022 −07 −06； 修回日期： 2022 −09 −10基金项目(Foundation item)：国家重点研发计划项目(2022YFC2903903)；国家自然科学基金资助项目(52174071) (Project(2022YFC2903903) supported by the National Key R&D Plan of China; Project(52174071) supported by the National Natural Science Foundation of China)通信作者：贾蓬，博士，教授，博士生导师，从事岩石力学与地下工程稳定性的研究；E-mail ：****************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.029引用格式： 贾蓬, 卢佳亮, 毛松泽, 等. 不同饱和度冻结红砂岩动态压缩性能及能量特性试验研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(3): 1131−1140.Citation: JIA Peng, LU Jialiang, MAO Songze, et al. Experimental study on dynamic compression performance and energy characteristics of frozen red sandstone with different saturations[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(3): 1131−1140.第 54 卷中南大学学报(自然科学版)mechanical properties of the rock. When the saturation is between 25% and 75%, the freezing strengthening effectis dominant. When the saturation is higher than 75%, the frost heaving damage caused by water-ice phase transition dominates. The peak strength, dissipated energy and energy utilization rate of the frozen red sandstone samples all show a three-stage distribution law of first decreasing, then increasing and then decreasing with the increase of saturation, and show significant strain rate effect. The fractal dimension of the fragmented sandstone samples shows an increasing−decreasing−then increasing trend with the increase of saturation. The mechanical properties and energy characteristics of impact compression of frozen red sandstone are closely related to the interaction between freezing strengthening and frost heave damage.Key words: saturation; frozen rock; dynamic compression; fractal dimension我国寒区面积约占全国国土面积的75%左右[1]，是世界上寒区面积分布最多的国家之一。
简单分析岩石单轴压缩变形试验的影响因素
简单分析岩石单轴压缩变形试验的影响因素
简单分析岩石单轴压缩变形试验的影响因素
[摘要]：岩石力学是研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏的规律并在工程地质定性分析的基础上，定量地分析岩体稳定性的一门学科。
岩石变形的研究是岩石力学问题的重要内容之一，是公路、铁路等工程地质勘察中对岩石力学性质评论的必不可少的依据。
岩石单轴压缩试验是最通用的一种试验方法，因其原理较为简单，也较容易配附加的测量仪器，故至今广泛地应用于工程实践和各种科研工作中。
关键词：弹性模量泊松比影响因素
1、序言岩石单轴压缩变形试验的目的是测定规则形状的岩石试样在单轴荷载作用下的纵向和横向的变形量，绘制相应的应力一应变曲线，从而求得弹性模量及泊松比。
本文主要通过对花岗岩和泥岩在弹性模量试验中的比对试验，初步分析了影响岩石压缩变形试验的主要因素，是室内岩石弹性模量试验的工作总结。
2、弹性模量的概念及其取值方法
2.1弹性模量的概念
弹性理论的基础，即应力（σ）与—应变（ε）的关系。
从这简单的线性关系中得知：应力与应变之比σ/ε=e就称为弹性模量[1]。
e值在物理意义上讲，系代表在压缩或拉伸时，材料对弹性变形的抵抗能力，但在力学意义上讲，它反映了岩石材料的坚硬程度。
2.2岩石弹性模量的取值方法
岩石弹性模量的取值方法是根据国际岩石力学学会实验室和现。
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 —
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×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。
四.2.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。
1—百分表 2-百分表架 3-试样 4水平检测台图5-3 电阻应变片3.粘贴工艺：试样表面清洗处理→涂胶→贴电阻应变片→固化处理→焊接导线→防潮处理。
五.实验步骤1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对岩石试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。
2012岩石单轴压缩应变特征的率相关性及能量机制试验研究
裂隙压密阶段、弹性阶段、微裂纹稳定扩展阶段、
1
引言Leabharlann 裂纹加速扩展阶段和峰后段(如图 1[1]所示)。岩石渐 进性破坏过程各阶段的划分取决于 3 个重要的应力 门槛值：起裂应力ci、扩容应力cd 和峰值强度f， 其中，ci 对应于峰值强度的 30%～50%[3]，是轴向 裂纹形成的标志[2]；而应力水平cd 的出现则标志着 裂纹不稳定扩展的开始，一般对应于峰值强度的
， ，4
(1. Key Laboratory of Engineering Geomechanics，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China；2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China； 3. Department of Hydraulic and Hydropower Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China； 4. AVIC Geotechnical Engineering Institute Co.，Ltd.，Beijing 100098，China)
[10]
岩石力学试验及岩石工程变形破坏机制研究提供参 考，对岩石工程的开展也将具有较好的指导意义。
2
试样制备及试验设备
选用主要成分为石英和长石的二长花岗岩为母
材，按照 ISRM 的建议方法[13]加工成标准试样。试 样规格为 50 mm×125 mm，制作过程中试样尺寸会 有小幅波动，共制备试样 30 个。实际试验过程中， 每组应变率选用的试样个数根据试验情况而定，如 应变率较低的情况下，由于加载时间较长，岩石中 裂纹发育、发展情况不同，岩石的力学参数以及变 形特性会存在较大的差异，选用较多的试样方能代 表低应变率加载条件下的岩石特性；应变率较高的 情况下，由于加载时间较短，裂纹发育不充分，试 验中岩石体现出的力学和变形性质较一致，可以选 择较少的试样个数。 试验加载设备采用中国科学院工程地质力学重 点实验室自主研发的变频动态加载岩石力学试验系 统(如图 2(a)所示)。该系统为液压伺服控制系统， 可以实施变频(0.01～5 Hz)动态试验，加载应变率范 ＜10－1 s－1。根据应变率的不同，试验采用变 围为
单轴压缩岩石疲劳寿命影响因素试验分析
表 ２ 应力幅值对疲劳寿命的影响 Table 2 The influence of different stress amplitudes on fatigue life
试样 RG－1－1 RG－3－1 RG－4－1 上限应 力比 0.9 0.9 0.9 下限应 力比 0.3 0.4 0.5 幅值应 力比 0.6 0.5 0.4 加载 频率 /Hz 0.2 0.2 0.2 波形 正弦波 正弦波 正弦波 疲劳寿 命/次 30 174 629
Abstract: Using the multi-function testing machine named RMT150B, the fatigue life of rock due to different affecting factors under uniaxial compression condition were studied. It was emphasized that the fatigue life of rock sample was influenced by stress amplitudes, waveforms and frequencies. The essential reason of influence of stress amplitudes and waveforms on rock life was different dissipation of energy. And the essential reason of influence of different frequencies on rock life was different rate of loading. Key words : rock；uniaxial compression；fatigue life；cyclic loading；affecting factors
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。
岩石材料尺寸效应的试验和理论研究
岩体宏观力学参数进行了研究，建立了岩体变形模 量与尺寸之间的关系；文[9]在考虑岩石变形和破坏 局部化的基础上，提出了一个新的强度准则，并利 用该准则定量描述了岩石强度的尺寸效应；文[10] 将损伤力学与分形几何理论相结合起来，定量分析 了岩石强度的尺寸效应；文[11]通过建立工程岩体 的连续性模型，研究了工程岩体力学参数的尺寸效 应；文[12]探讨了荷载作用下岩石的统计尺寸效应 和结构尺寸效应。
摘 要：通过在伺服试验机上对同直径不同长度大理岩样进行单轴压缩试验，研究了尺寸对岩石强度和变形特性 以及破裂形式的影响规律，结果表明，岩石长度对峰值应力前的变形特性没有显著影响，但明显改变峰后的变形 特性，长度越大的岩样，岩石峰后越脆；且直径一定时随着长度的增大，岩样破裂形式由竖向劈裂变为剪切破坏。 岩石材料强度长度效应是由于岩样端部摩擦效应所致，而并非根源于材料的非均质性。提出了大理岩石材料尺寸 效应的理论模型 F0=F2exp[a+b(D/L)]，所得理论曲线与试验值吻合得很好,其中物理参数 a 反应了岩石材料力学参 数对尺寸的敏感程度，而物理参数 b 反应了岩石材料力学参数与尺寸的相关性，b>0 呈负相关，b<0 呈正相关， 而 b=0 无相关性。
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王进等 ：红砂 岩单轴压缩试 验的率效 应研 究
各 向同性 的均质 岩 芯 ，也 适 用 于各 向异 性 的非 均质 岩芯 ，如 图 １所示 。
摘 要 ：利 用 ＭＴＳ ３２２试验 机 对均 质红砂 岩进 行 了低 加栽 （应 变 ）率范 围 内不 同量 级 的单轴 压缩试 验 ，考察 了 加 载 率对 压 缩强度 、切 线 弹模 和破 坏应 变的 率效 应影 响规 律 。试验 过 程 中采 用位 移控 制加 载 ，对应 的加 载 量级 分 别 为 ０．１２，１．２，１２，１２０ ｍｍ／ｍｉｎ。研 究 结果 表 明 ：位移 控 制加 栽率 与试 样 实际加 栽 率 、应 变率之 间均 存 在 良好 的线性 关 系。 不 同加 载速 率 下岩 石 材料 的单 轴压 缩 强度 、切 线弹 模 随 着加 载 率的增 加 呈现 增加 趋 势 ，单 轴压 缩 强度 增加 了 １１％，切 线 弹模 增加 了 １３％，率 效应 显著 。 通过 试验 数据 发现 ，破 坏 应 变与应 变 率 （加 载 率 ）之 间无相 关性 ，不具 有 率效应 规律 ，故 强度 准则应 该是 应 力准 则 而不是应 变；隹则 。 关 键词 ：红砂 岩 ；单轴 压缩 试验 ；率效 应 ；加 载速 率 ；应 变率 ；压 缩 强度 ；切 线 弹模 ；应 力准则
岩 石 材 料 的率 效 应 特 性 研 究 ，是 岩 石 力 学 研 究 领 域 的一 个 重 要 方 向 。 目前 ，对 于 率 效 应 已经 有 了很 广 泛 的研 究 Ｉ－４］。梁 卫 同等 以层 状盐 岩 体 矿 床 中 的 ＮａＣＩ岩 盐 和无 水 芒 硝 盐 岩 为研 究对 象 ， 在 实验 室 内进 行 ｌ０一～１０一ｓ 范 围 内单 轴 压缩 强 度 与 变形 特 性 的应 变 率 效 应 研 究 ，发 现 ＮａＣ１岩 盐 和 无 水 芒 硝 盐 岩 的单 轴 抗 压 强 度 与 弹性 模 量 基 本 不 随加 载应 变 速 率 而变化 。杨 仕 教 等 通 过 定 量 分 析 发 现 ，石 灰岩 试 样 的单 轴抗 压 强 度 、峰值 强 度 以 及 破 坏 后 的形 态等 物 理 力 学 参数 受 到加 载 速 率 的 影 响 ，并 得 到 岩 石 材 料 力 学 特 性 受 加 载 速 率 影 响 的 范 围 主要 在 塑 性 变 形 到破 坏 阶段 。朱 瑞 赓 等 研 究 发 现 在 １０ ～１０ ＭＰａ·Ｓ 加 载 速 率 下 ，花 岗 岩 的单 轴 抗 压 、抗 拉 和 抗 剪 强 度 随 加 载 率 的增 加 而 增 加 ，进 而 得 出岩 石 强 度 不 仅 与 应 力 状 态 及 其 量 值 有 关 ，还 与加 载 率 有 关 。李 刚 等 采 用 ＳＨＰＢ试 验装 置 进 行 了 冲击 试 验 ，发 现 随 着应 变 率 的增 加 ，
收稿 日期 ：２０１７—０１—０５；修订 日期 ：２０１７—０３—０１ 基金项 目：周家 自然科学摹金项 目“深埋 硬岩 劈裂破坏和 动静荷哉组合作Ｈｊ机理研究”（编号 ：４１４７２２６９）资助 作 者 简 介 ：王 进 （１９９０一），男 Ｉ东 济 宁 人 ，硕 士 研 究 生 ，从 事 岩石 动 力学 、安 全 丁程 方 面 的研 究 。ｗｊｉｒ￣ｊｏｂ＠１６３ ｎ 通信作者 ：宫风强（１９７９一），男，山东潍坊人 ，副教授 ，从事岩石动力学 、岩土 下程可靠度 、安全Ｔ程方面的教学与研究１ 作。ｔ￣ｎｇｑｉａｎｇｇ＠１２６“ｍ．
第 ２６卷 第 １期 ２Ｏ １ ８年 ２月
Ｇｏｌｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
红砂岩单轴压 缩试 验 的率效应研 究
ＶＯ１．２６ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．，２０１８
王进 ，宫凤 强
１．中南 大学 资源与安全工程学院 ，湖南 长沙 ４１００８３； ２．中南大学 高等研究 中心 ，湖南 长 沙 ４１００８３
材 料 的强 度 和 弹 性 模 量 显 著增 加 ，并 建 立 Ｊ，考 虑 应 变 率 效 应 的 岩 石 动 态破 坏 准 则 。冯 遗 兴 等 根 据 岩 石 破 坏 变 形 在 不 同应 变 率下 的 变 化 规 律 ，提 出不 同 岩石 具 有 不 同的 临界 应 变 率 。通 过 该 临界 应 变率 可 以确 定 岩 石破 坏 后 区 的变形 随荷 载 的减 小 呈 增 大 或 减 小 的 变 化 趋 势 。但 是 ，对 于静 态 压 缩 试 验 ，一 般 采 用 较 低 的 加 载 速 率 得 到 静 态 乐 缩 强 度 ，而 忽 视 了 静 态 压 缩 试 验 巾 率 效 应 的 影 响 。 如 何 避 免 率 效 应 引 起 的试 验 误 差 ，对 于 试 验 结 果 的准 确性 至 关重要 。
ｌ 试 样 制 备
对 于岩 芯试 样 ，加 荷载 通 常采 片｛径 向和轴 向加 载 。但 是工 程 勘探 所 钻取 的岩 芯往 往 与荷 载一 致 ， 这 就 使得 径 向试 验 在 加荷 载方 向 ｆ＝不 符 合 ｆ 程 要 求 。轴 向试 验受 力 方 向与岩 芯 荷载 一致 ，既适用 于