試分析簡單拉伸與劈裂試驗確定抗拉強度的異同

1、試分析簡單拉伸與劈裂試驗確定抗拉強度的異同姓名：學號： 在地下工程設計和施工中,巖石的抗拉強度是一個非常重要的力學指標。地下工程圍巖體常處于復雜的應力狀態(tài),有的部位則處于壓縮應力狀態(tài),有的地方處于拉伸應力狀態(tài), 由于巖石的抗拉強度遠低于抗壓強度,所以圍巖總是從拉應力區(qū)開始破壞。因此,正確進行地下圍巖體應力狀態(tài)區(qū)域劃分,即破壞危險區(qū)的確定是地下工程圍巖穩(wěn)定性分析評價的關鍵,而巖石抗拉強度又是確定工程圍巖破壞區(qū)的基礎資料之一。測定抗拉強度的重要性直接拉伸試驗 為了進行巖石試樣拉伸試驗,自行設計了一個壓拉轉(zhuǎn)換器,通過該壓拉轉(zhuǎn)換器可以將對壓拉轉(zhuǎn)換器的壓力轉(zhuǎn)換為對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與金屬材料拉伸試驗相類似, 試件及夾具如圖1 所示。將試件置于萬能材料試驗機上進行軸向拉伸, 試件被拉斷時的應力值即為巖石的單向抗拉強度( 簡稱抗拉強度) , 以t表示。P： 試件被拉斷時的拉( kN) ;F： 試件橫截面積( cm2)圖 1 由于巖石試件在試驗過程中所受拉荷載是通過轉(zhuǎn)換器獲得的,轉(zhuǎn)換器受載后本身的變形必然對巖石試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。即在計算機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,這必須在試驗成果整理時加以扣除。為了對試驗結(jié)果進行修正, 通過對標準試件進行試驗, 修正方法如下:在標準圓柱試件的荷載位移曲線中減去對相同荷載下鋼柱壓縮試驗的荷載

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 圖2 巖樣拉伸變形的計算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 為了盡量消除由隨機接觸間隙引起的誤差, 試驗前都先施加一定的(如幾十到幾百牛頓) 荷載進行預壓,以調(diào)整接觸間隙,然后按規(guī)定的加載速率進行試驗。試樣采用圓柱體,試樣兩端面不

4、平行度最大不超過0. 05 mm ;斷面應垂直試樣軸線,最大偏差不超過0. 25 度。圓盤劈裂法試驗 圓盤劈裂試驗亦稱巴西試驗(Brazilian test) ,將經(jīng)加工的圓盤狀試件, 橫置于壓力機的承壓板間,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, 以求其抗拉強度。圓盤劈裂法試驗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力。式中:：巖樣抗拉強度(MPa) ;P ：劈裂荷載值( N) ;D：巖樣直徑(mm) ;L：巖樣厚度(mm) 。 通過實驗對泥巖和砂巖的直接拉伸試驗和劈裂實驗的結(jié)果進行分析，就峰值強度均方根而言，劈裂實驗較直接拉伸試驗大，說明對砂巖進行抗拉參數(shù)測試時,直接拉伸試驗較劈裂試驗優(yōu)越。兩種方法對比分析 巖石系脆性材料, 要將其加工成細長的圓柱體比較費工, 而且加