岩石抗拉试验劈裂法测试技术的探讨

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岩石抗拉试验劈裂法测试技术的探讨

黄珍彬

（广西水文地质工程地质队，广西 柳州545000）

摘 要：岩石的抗拉强度是岩石的重要力学性质指标，在工程上，将劈裂法试验规定为测定岩石抗拉强度的必做试验。文章在论述抗拉强度的定义及其影响因素、劈裂法及其试验影响因素的基础上，分析了运用劈裂法测定岩石抗拉强度试验的过程，即试验设备、试验操作步骤、试验数据工程处理及试验结果。试验表明，运用劈裂法来测定岩石抗拉强度的试验结果是可行、可靠的。

关键词：岩石试验；抗拉强度；劈裂法；测试

中图分类号：TU455 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）21－0015－02

岩石的抗拉强度是岩石的重要力学性质指标，也是岩石结构设计安全与稳定性分析的一个控制参数。近年来，随着中国经济建设的迅猛发展，大型桥梁、隧道、水坝及高层建筑等工程越来越多，在工程建设中经常会遇到岩石，其抗拉强度力学性能指标是设计、检验、控制和评判质量的重要依据。一般测定岩石抗拉强度试验方法有很多，大致可分为直接拉伸法和间接法两大类，但由于直接拉伸试验受夹持条件等限制，因此，岩石的抗拉强度一般采用间接拉伸法（劈裂法）来测定。因此，文章就岩石抗拉试验劈裂法测试技术展开探讨，以供参考。

1 抗拉强度的定义及其影响因素

1.1 岩石的抗拉强度是指岩石在单向受拉条件下，受拉面上能承受的最大拉应力

Dh

P

πσ21=

式中，σ1：岩石抗拉强度，MPa ；

D ：圆柱体试件的直径或立方体试件高度，mm ； P ：试件破坏时的荷载，N ；

h ：圆柱体试件厚度或立方体试件厚度，mm 。

1.2 影响岩石抗拉强度的主要因素

岩石是一种复杂的力学介质，其变形特征和强度特征不仅取决于应力状态，而且与岩石的矿物组成、岩石结构构造、含水率和温度等密切相关，且其试验结果还与试验方法有关，如试件大小、尺寸比例、加荷速率等。

2 劈裂法及其试验影响因素

2.1 劈裂试验

劈裂试验亦称巴西试验（Brazilian test ），这种方法起源于南美洲，是目前国内外测定岩石抗拉强度应用最广泛的试验方法。劈裂试验是在圆柱体（亦称圆盘）试样的直径方向上施加径向线性载荷，使试样沿直径破坏的试验。

2.2 试验测试中的影响因素

在室内试验测试中，影响劈裂试验结果的影响因素一般有：试样的试验状态、受力方向、样品形状和尺寸、垫条的材料和尺寸等。

2.2.1 试样试验状态

由于受各工程环境条件的影响，不同工程对试样试验状态要求不同，所产生的抗拉强度也不同。一般，室内试样的试验状态有干燥状态、天然状态和饱和状态。对结构坚硬致密的试样，结果变化不大；但对于结构软弱易碎的试样，结果就有较大的变化。

2.2.2 试样受力方向

岩石抗拉强度常表现有明显的各向异性，特别是在许多变质岩和沉积岩中表现更为突出。一般情况，当拉力垂直于软弱面时，抗拉强度最低；拉力平行软弱面时，抗拉强度最高。由于岩石抗拉强度明显的各向异性，因此劈裂法试验就具有一定的方向性。

2.2.3 试件形状和尺寸的影响

（1）一般，岩石抗拉强度劈裂法测试时以圆断面为基础。但也有研究报道，在一对集中力的作用下，正方形平面中心的最大拉应力与圆板中心的最大拉应力相近。因此，在测试时也可采用正方形试样。

（2）尺寸越大，强度越低（微裂纹概率随尺寸而增大）。 2.2.4 关于垫条材料和尺寸的选择

在采用劈裂法进行试验时，垫条材料和尺寸的选择十分重要，其测试结果会随垫条材料、尺寸的不同有所差异。目前，由于尚难判定各垫条材料和尺寸选择的优缺点，因此根据国内外许多学者在各种不同条件下的研究成果以及我们积累的试验资料显示，在采用劈裂法进行试验时，对于坚硬和较坚硬的岩石选用直径为1 mm 的钢丝作垫条，对于软弱和较软弱的岩石选用垫条宽度与试样直径之比为0.08～0.1的胶木条作垫条。

参考文献

1 黄天泽、黄金陵.汽车车身结构与设计［M ］.北京：机械工业

出版社，2004

2 《营运客车类型划分及等级评定》（JT/T 325－2004）

Bus Interior Design

Shang Fang

Abstract: This article describes the composition of the bus interior, choice of materials and processes as well as some experience skills. Ensure that the bus interior to provide security and comfort, and try to make it user －friendly design, a pleasure to watch. Key words: bus interior; materials and processes; user －friendly design

3 试验设备

（1）压力机，规格10 t；

（2）试样加工设备：钻饰机、切石机、磨光机、卡尺、直角尺、测量平台、放大镜、金刚砂、玻璃板、烘箱、干燥器等；

（3）垫条：直径为1.5 mm或2 mm的钢丝。

（4）其他：劈裂法实验夹具，或直径2.0 mm钢丝数根；游标卡尺（精度0.02 mm）；材料试验机。

4 操作步骤

4.1 试样制备

试验时，先将岩石加工成直径50 mm、厚25 mm的标准圆盘形试件，也可加工成50 mm×50 mm×50 mm的立方形试件，每组试验做3块。在试件制备过程中，不允许人为裂缝产生。试件制备的精度应满足以下要求：①试件加工允许尺寸误差小于0.2 mm；②试件两端面的不平整度小于0.05 mm，试件两端面平行度小于0.1 mm；③端面应垂直于试样轴线，最大偏差小于0.25 °；④对于非均质粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比应满足标准试样的要求。

4.2 试件描述

试验前，对试件应描述下列内容：岩石名称、颜色、主要矿物成分、结构构造、风化程度、胶结物性质等；加荷方向与岩石试件内层理、节理、裂隙的关系及试件加工中出现的问题；含水状态及所使用的方法。

4.3 试件烘干或饱水处理

烘干试件：在105～110℃温度下烘干24 h。

自由浸水法饱和试件：将试件放入水槽，先注水至试件高度的1/4处，以后每隔2 h分别注水至试件高度的1/2和3/4处，6 h后全部浸没试件，试件在水中自由吸水48 h。①煮沸法饱和试件：煮沸容器内的水面始终高于试件，煮沸时间不少于6 h。

②真空抽气法饱和试件：饱和容器内的水面始终高于试件，真空压力表读数宜为100 kPa，直至无气泡逸出为止，但总抽气时间应不少于4 h。

4.4 填制记录表

测试件加工精度、试件尺寸（试件直径应在其高度中部两个互相垂直的方向量测，取算术平均值）填入记录表内。

4.5 选择压力机度盘

一般应满足：0.2P＜P max＜0.8P。

式中，P max：预计最大破坏载荷，kN；

P：压力机度盘最大值，kN。

4.6 试样安装

通过试件直径的两端，沿轴线方向画两条互相平行的线作为加载基线，将经加工的圆盘状（或正方形板状）试件放入夹具内，夹具上、下刀刃对准加载极限，用两侧夹持螺钉固定好试件，或用两根直径2.0 mm的钢丝放在加载极限上，钢丝间用橡皮筋固定。然后把夹好试件的夹具或夹好钢丝的试件放入压力机的上、下承压板之间，并在试件的上、下承压板之间各放置一根硬质钢丝作为垫条，然后调整压力机的横梁或活塞，使试件的中心线和试验机的中心线在一条直线上，应注意使试样上、下两垫条刚好位于包含压力机加荷板中心线的垂直面内，以避免荷载的偏心作用。

垫条的作用是将施加的压力变为线荷载，并使试件产生垂直于上、下荷载作用方向的张拉力，因此，垫条须位于与试件垂直的对称轴面。

4.7 施加荷载

开动材料试验机，施加几百牛顿载荷后，松开夹具两侧夹持螺钉，然后以每秒0.03～0.05 MPa的加荷速度加压，直至试样破坏，记录最大破坏荷载，并描述试样破坏情况。

4.8 记录破坏载荷，对破坏后的试件进行摄影或描述

非干燥状态试件破坏后，应去除部分碎块立即用塑料袋封存，并尽快测定其含水率（必要时应测定干湿密度），填入记录表内。

5 试验数据工程处理

本实验采用位移、荷载转换自动控制，即先用位移控制，实验中选择10 mm/60 s的速率和恒定0.2 kN的荷载加载，等符合某一要求（荷载达到要求或位移达到要求）即停止加载，再转换为200 N/s和20 mm的荷载、位移控制。直到试件破坏，记录相关曲线，求出抗拉强度。

DL

P

R

L14

.3

2

=

式中，R L：岩石试件的单轴抗拉强度，MPa；

P：试件破坏载荷，N；

D：试件直径，mm；

L：试件厚度，mm。

6 试验结果分析

表1 岩石拉伸试验成果

试样类别编号试件直径 / mm 峰值荷载 / kN 抗拉强度σt / MPa

1 49.0 4.01

2 2.044

2 48.5 5.02

3 2.442 砂质泥岩

3 49.0 3.601 1.799 7 结论

（1）采用劈裂法测定岩石的抗拉强度，方法简便，测定结果稳定。

（2）对采集的岩石试样进行加工处理后，进行室内岩石力学劈裂抗拉参数的测试。

（3）试样试验状态、受力方向、试件形状和尺寸、垫条材料及尺寸对岩石抗拉强度有一定影响。因此，试验时，其试件试验状态应按工程要求来试验；岩石的受力方向应按正确方向施力；试件形状采用圆盘形试件，直径50 mm、厚25 mm，或是50 mm×50 mm×50 mm的立方形试件；垫条材料的硬度与岩石试件的坚硬程度相匹配，采用直径为1.5 mm或2 mm的钢丝。参考文献

1 王志毅.劈裂法测定岩石的抗拉强度［J］.大众科技，2009（12）

2 张湘渝、赵桂芳、辛红梅.岩石抗拉试验劈裂法测试技术的探

讨［J］.资源环境与工程，2007（2）

3 何满潮、胡江春、熊伟、刘成禹.岩石抗拉强度特性的劈裂试

验分析［J］.矿业研究与开发，2005（2）

Rock Splitting Tensile Test Method of Testing Techniques

Huang Zhenbin

Abstract: The tensile strength of rock mechanical properties are important indicators of the rock, in engineering, provided the test method for the determination of splitting tensile strength of rock will do the test. Article in the discussion of the definition of tensile strength and its influencing factors, chop and test factors, based on the analysis of the use of splitting tensile strength test method for the determination of rock in the process, that test equipment, test procedure, test data engineer and test results. Tests showed that the use of splitting methods to determine the tensile strength test results of rock is feasible and reliable.

Key words: rock test; tensile strength; chop; test

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