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。
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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