岩石试样围压下直接拉伸试验.pdf

第 25 卷第 4 期 河 南 理 工 大 学 学 报 Vol. 25 　No. 4 2006 年 8 月 　　　　　　 JOURNAL OF HENAN POL YTECHN IC UN IV ERSIT Y　 　　　　　 Aug. 2006 岩石试样围压下直接拉伸试验 尤明庆 , 周少统 , 苏承东 (河南理工大学 能源科学与工程学院 , 河南 焦作　454003) 摘要 : 圆盘试样巴西劈裂是在拉压应力联合作用下破裂的 , Griffith 准则认为压应力小于 3 倍抗拉强度则对岩石拉伸破坏没有影响 , 这些问题都需要直接的试验验证. 在 50 mm ×100 mm 试样两端粘结 80 mm 的拉头 , 置入液压缸中施加围压 , 拉头承受轴向载荷引起岩样拉 伸 ; 同时利用伺服试验机对拉头施加轴向压缩载荷 , 平衡其承受的部分拉伸载荷. 通过改变 轴向压缩载荷的数值 , 就可以得到不同围压下岩样的拉伸强度. 尽管试验结果具有相当的离 散性 , 但完全可以确认岩样拉伸强度随围压增大而减小 , 巴西劈裂强度低于岩石单向拉伸强 度. 岩石在压拉应力作用下发生的拉伸破坏可以利用应力之间的线性关系描述. 关 　键 　词 : 岩石力学 ; 直接拉伸试验 ; 围压; 强度准则 中图分类号: TU 458 + . 3 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : (2006) 0 　引　言 岩石是矿物颗粒的集合体. 就颗粒之间的空间关系而言 , 应该只有剪切破坏和拉伸破坏 2 种模 式. 就剪切破坏而言 , 裂隙面不仅可以承载正应力 , 而且可以通过摩擦力承载剪应力 , 在围压较高时 摩擦承载能力可以超过材料的粘结力. 岩石试样常规三轴压应力下多是剪切破坏. 另一方面 , 颗粒之 间产生拉伸破坏之后将相互分离不能承载. 而岩石是非均质材料 , 各处强度不等 , 粘结强度较低的颗 粒间先发生破坏 , 使其周围颗粒承载加大 , 超过试样承载的名义载荷或平均载荷 , 易于破坏. 这是岩 石试样拉伸强度明显偏低的原因. 据此也可以知道 , 基于局部颗粒构建的拉伸破坏概念及强度准则与 宏观岩样并不完全一致. 已有的岩石试样直接拉伸结果多是单向拉伸[13 ] , 数量有限 ; 使用液压拉伸“狗骨”形状的试 样[4 ] , 制备试样也较为困难 , 且试样并不承载均匀应力 ; 密封处承受剪切应力 , 局部的不平整会引 起应力集中 , 似乎难以实际应用. 目前对岩石的抗压强度研究较多, 而应力状态对拉伸强度的影响论 述很少. Murrell 准则、DruckerPrager 准则等尽管含有拉伸应力 , 但在拉伸应力区域具有明显的欠 缺 , 并无实际应用价值[5 ] . 由于直接拉伸试验的困难, 实验室多对圆盘试样进行径向压缩的劈裂试 验 , 基于弹性力学分析 , 得到圆盘加载轴线上受均匀拉应力 , 认为岩石的抗拉强度较低 , 圆盘的破裂 意味着岩石受拉破坏[6 ] . 二维的 Griffith 准则 　　　　　　σ + 3 σ ≥0 , ( σ - σ) 2 = 8 T ( σ + σ) , ( 1) 1 3 1 3 0 1 3