試分析簡(jiǎn)單拉伸與劈裂試驗(yàn)確定抗拉強(qiáng)度的異同

1、試分析簡(jiǎn)單拉伸與劈裂試驗(yàn)確定抗拉強(qiáng)度的異同姓名：學(xué)號(hào)： 在地下工程設(shè)計(jì)和施工中,巖石的抗拉強(qiáng)度是一個(gè)非常重要的力學(xué)指標(biāo)。地下工程圍巖體常處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài),有的部位則處于壓縮應(yīng)力狀態(tài),有的地方處于拉伸應(yīng)力狀態(tài), 由于巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度,所以圍巖總是從拉應(yīng)力區(qū)開始破壞。因此,正確進(jìn)行地下圍巖體應(yīng)力狀態(tài)區(qū)域劃分,即破壞危險(xiǎn)區(qū)的確定是地下工程圍巖穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)的關(guān)鍵,而巖石抗拉強(qiáng)度又是確定工程圍巖破壞區(qū)的基礎(chǔ)資料之一。測(cè)定抗拉強(qiáng)度的重要性直接拉伸試驗(yàn) 為了進(jìn)行巖石試樣拉伸試驗(yàn),自行設(shè)計(jì)了一個(gè)壓拉轉(zhuǎn)換器,通過(guò)該壓拉轉(zhuǎn)換器可以將對(duì)壓拉轉(zhuǎn)換器的壓力轉(zhuǎn)換為對(duì)巖石試樣的直接拉伸,使巖樣受拉破壞。 巖

2、石的直接單向拉伸試驗(yàn)與金屬材料拉伸試驗(yàn)相類似, 試件及夾具如圖1 所示。將試件置于萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行軸向拉伸, 試件被拉斷時(shí)的應(yīng)力值即為巖石的單向抗拉強(qiáng)度( 簡(jiǎn)稱抗拉強(qiáng)度) , 以t表示。P： 試件被拉斷時(shí)的拉( kN) ;F： 試件橫截面積( cm2)圖 1 由于巖石試件在試驗(yàn)過(guò)程中所受拉荷載是通過(guò)轉(zhuǎn)換器獲得的,轉(zhuǎn)換器受載后本身的變形必然對(duì)巖石試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。即在計(jì)算機(jī)采集到的位移中除了巖石本身的位移以外,還包含了轉(zhuǎn)換器的位移,這必須在試驗(yàn)成果整理時(shí)加以扣除。為了對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正, 通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行試驗(yàn), 修正方法如下:在標(biāo)準(zhǔn)圓柱試件的荷載位移曲線中減去對(duì)相同荷載下鋼柱壓縮試驗(yàn)的荷載

3、位移曲線上的位移值(在彈性范圍內(nèi)鋼柱受壓與受拉的荷載位移曲線是一致的) , 得到轉(zhuǎn)換器本身的荷載 位移曲線,然后在巖石拉伸試驗(yàn)的荷載位移曲線中減去相同荷載下轉(zhuǎn)換器本身的荷載位移曲線上的位移值,就是巖石試件的拉伸荷載位移曲線。直接拉伸試驗(yàn) 圖2 巖樣拉伸變形的計(jì)算1 - 鋼柱和轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)變形;2 - 巖樣和轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)變形;3 - 鋼柱的變形;4 = (1 - 3) :轉(zhuǎn)換器的變形;5 = 2 - 4 :巖樣的變形。直接拉伸試驗(yàn) 為了盡量消除由隨機(jī)接觸間隙引起的誤差, 試驗(yàn)前都先施加一定的(如幾十到幾百牛頓) 荷載進(jìn)行預(yù)壓,以調(diào)整接觸間隙,然后按規(guī)定的加載速率進(jìn)行試驗(yàn)。試樣采用圓柱體,試樣兩端面不

4、平行度最大不超過(guò)0. 05 mm ;斷面應(yīng)垂直試樣軸線,最大偏差不超過(guò)0. 25 度。圓盤劈裂法試驗(yàn) 圓盤劈裂試驗(yàn)亦稱巴西試驗(yàn)(Brazilian test) ,將經(jīng)加工的圓盤狀試件, 橫置于壓力機(jī)的承壓板間,并在試件的上、下承壓板之間各放置一根直徑為2mm的硬質(zhì)鋼絲作為墊條, 墊條須位于與試件垂直的對(duì)稱軸面將施加的壓力變?yōu)榫€荷載,并使試件產(chǎn)生垂直于上、下荷載作用方向的張拉力。然后加載使試件受壓, 試件沿徑向產(chǎn)生張拉破壞, 以求其抗拉強(qiáng)度。圓盤劈裂法試驗(yàn)1- 硬質(zhì)鋼絲; 2- 承壓板; 3- 圓盤狀巖石試件圖 3 試件加載方法換算成巖樣中心的拉應(yīng)力。式中:：巖樣抗拉強(qiáng)度(MPa) ;P ：劈裂荷載值( N) ;D：巖樣直徑(mm) ;L：巖樣厚度(mm) 。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)泥巖和砂巖的直接拉伸試驗(yàn)和劈裂實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，就峰值強(qiáng)度均方根而言，劈裂實(shí)驗(yàn)較直接拉伸試驗(yàn)大，說(shuō)明對(duì)砂巖進(jìn)行抗拉參數(shù)測(cè)試時(shí),直接拉伸試驗(yàn)較劈裂試驗(yàn)優(yōu)越。兩種方法對(duì)比分析 巖石系脆性材料, 要將其加工成細(xì)長(zhǎng)的圓柱體比較費(fèi)工, 而且加