含夹层巴西劈裂实验方案
含夹层巴西劈裂实验方案
一、试验内容
1、把无夹层完整巴西盘在荷载作用下破坏规律和力-位移关系曲线作为对照组，并含夹层巴西盘进行对比。
2、考虑加载速率、试件尺寸、夹层灰砂比对巴西劈裂实验影响，并对破坏规律和力-位移关系曲线进行分析。
3、将ABAQUS仿真模拟得出的力-位移曲线和试验得出的力-位移曲线进行对比。
二、巴西静态劈裂拉伸实验
静态劈裂拉伸实验所采用的试件与确定混凝土强度等级的试件相同(立方体或圆柱体),通过上下压板与试件之间各垫以圆弧型钢垫条及垫层对试件中心施加压力。
由弹性力学分析可知,在试件的垂直中面上除加力点附近的局部区域外,将产生均匀的水平拉应力,当此拉应力增大到混凝土抗拉强度时,试件将沿垂直中面裂为两半。
如图所示增加荷载直到劈裂沿着垂直方向的直径开始,对任意作用在圆柱体上的压缩荷载P ,圆柱体垂直直径方向上,附近的单元
受到垂直方向的压应力为:()⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-=1-22
z D z D LD P z πσ 以及水平方向的拉应力为:LD
P
y πσ2= 式中
P —垂直总荷载 D —圆柱体的直径 L —圆柱体的长度
查阅文献可知,试件尺寸愈小,劈裂强度愈高。
此外,垫条的大小、形状和材料对劈裂实验结果均有影响,加大垫条的截面尺寸,可提高试件的劈裂强度。
三、试件制作
基本砂浆灰砂比1:1，编号为C。
采用42.5普通硅酸盐水泥。
夹层砂浆取四种不同配灰砂比1:0 、1:0.5 、1:1（无夹层）、1:2 ,编号分别为A、B、C（无夹层）、D、。
夹层与直径通长设置，宽度为5mm。
首先按照不同的配比制作成100mm×100mm×100mm立方体,在标准条件下,养护达到28天龄期后,采用钻孔取芯的方法取芯,然后统一在大理石切割机上加工成型。
试件尺寸为Φ75mm×75mm的圆柱体和Φ75mm×50mm的圆柱体。
编号夹层灰砂比试件尺寸试件个数
A-1 1:0 Φ75mm×75mm 2
A-2 1:0 Φ75mm×50mm 2
B-1 1:0.5 Φ75mm×75mm 2
B-2 1:0.5 Φ75mm×50mm 2
C-1 1:1 Φ75mm×75mm 2
C-2 1:1 Φ75mm×50mm 2
D-1 1:2 Φ75mm×75mm 2
D-2 1:2 Φ75mm×50mm 2
总计16
分析不同夹层灰砂比和试件尺寸条件下巴西圆盘的力-位移变化曲线。
四、实验设备和数据采集软件
1、万能试验机
2、静态电阻应变仪
3、TST3826静态应变测试分析系统
打开试验机和操作系统，把试件放置在万能试验机上，连接上静态电阻应变仪和TST3826静态应变测试分析系统。
加载荷载，读取和记录数据。
下图为文献所示的实验安装图：。
混凝土抗劈裂夹具试验步骤
混凝土抗劈裂夹具试验步骤
1、试件采用边长为150mm的立方体标准试件，每组3个试件。
2、试验机与试件之间采用钢制弧形垫条。
在钢制垫条与试件之间应垫以木质三合板垫板，木质三合板垫板的要求：宽15-20mm，厚3-4mm。
两种垫条(板)的长度均应不小于试件的边长，木质垫板不得重复使用。
劈裂试验夹具,混凝土抗劈裂夹具,混凝土抗折夹具抗劈裂夹具试验步骤
(1)检查试件外观，并测量尺寸。
(2)在成型时的顶面和底面划出劈裂面的位置。
(3)按图所示安放试件、弧形钢制垫条及木质垫板。
试件的轴心应对准试验机下压板的中心，垫条应垂直于试件成型时的顶面。
(4)加载：当试件的抗压强度低于30Mpa时，加载速度取0.02-0.05MPa/s,当试件的抗压强度等于或高于30MPa时，应取0.05-0.08MPa/s。
当试件临近破坏、变形迅速增长时，应停止调整试验机油门，直至试件破坏。
记录最高荷载，精确至0.01MPa。
4、抗劈裂夹具混凝土立方体试件的劈裂抗拉强度按下式计算：
式中——混凝土劈裂抗拉强度(MPa);
——最高荷载(N);
——试件劈裂面面积(mm2)。
5、抗劈裂夹具以3个试件测值的算术平均值作为该组试件的劈裂抗拉强度值。
劈裂抗拉强度试验
劈裂抗拉强度试验劈裂抗拉强度试验是一种常用的材料力学试验方法，用于评估材料在拉伸条件下的抗裂能力。
本试验通过将试样沿其厚度方向切割成两半，然后施加拉伸载荷，观察材料抗裂能力的指标。
下面将从试验原理、设备和操作步骤、试验结果分析等方面详细介绍劈裂抗拉强度试验的相关内容。
一、试验原理：劈裂抗拉强度试验基于材料的裂纹扩展行为和断裂韧性理论。
试样上所施加的拉伸力会引起试样内部发生裂纹，而这些裂纹最终会导致试样破裂。
通过观察裂纹的扩展和试样破裂的情况，可以评估材料的抗裂能力和断裂韧性。
二、设备和操作步骤：1. 设备：劈裂抗拉强度试验机、试样制备设备、光学显微镜等。
2. 操作步骤：a. 材料试样的制备：首先根据要求选择合适的试样尺寸和几何形状，然后使用试样制备设备将试样制备成所需的形状。
b. 安装试样：将试样安装到试验机上，确保试样的握持夹具均匀施加力。
c. 施加载荷：按照预定的加载速率施加拉伸力，记录加载过程中的应力和应变值。
d. 观察裂纹扩展：在试验过程中，使用光学显微镜或其他合适的观察设备，观察并记录试样上裂纹的扩展情况。
e. 试样破裂：当试样破裂时，记录破裂位置和形态，取下试样用于后续分析。
三、试验结果分析：试验结果可通过测量试样的最大应力和断口形貌等来评估材料的劈裂抗拉强度。
最大应力表征了试样在破裂前所承受的最大拉伸力，而断口形貌则可以提供有关试样破裂方式和裂纹扩展路径的信息。
通过分析试验结果可以得出以下结论：1. 高劈裂抗拉强度表示材料在拉伸条件下具有较好的抗裂能力，适用于各种承受拉伸力的工程应用。
2. 断口的形貌和裂纹扩展路径可以用于检测材料的断裂韧性。
光滑的断裂面和呈弓形的裂纹扩展路径表明材料具有较高的韧性，适用于受冲击载荷的应用。
3. 进一步分析试验结果，可以通过应力应变曲线等数据得出材料的拉伸模量、屈服强度等力学性能指标。
简言之，劈裂抗拉强度试验通过切割试样并施加拉伸力，用于评估材料抗裂能力的试验。
巴西劈裂试验对岩石抗拉强度影响因素研究
巴西劈裂试验对岩石抗拉强度影响因素研究刘天宇;万文;王亚;罗世林;唐劲舟【摘要】在巴西劈裂试验中选用最基本的垫条加载的加载方式条件下,对不同厚径比的茅口灰岩岩石试件采用不同的加载速率进行巴西圆盘劈裂试验.通过试验数据分析发现,在相同的厚径比下,随加载速率的提高,岩石的抗拉强度小幅增加;当采用相同的加载速率时,茅口灰岩抗拉强度均随厚径比的增加而减小,存在一定的尺寸效应.运用FLAC3D数值分析软件,针对垫条加载进行了不同厚径比及加载速率的巴西劈裂数值模拟试验,结果表明水平拉应力最大值位于圆盘轴线上端面中心点,即圆盘开始起裂的位置位于端面中心点附近.随着加载速率增加,圆盘端面中心点等效应力增大;随着厚径比增加,圆盘端面中心点等效应力减小.最后提出了在垫条加载下抗拉强度的修正公式,消除厚径比及加载速率对岩石抗拉强度的影响,并验证了修正公式的有效性.【期刊名称】《矿业工程研究》【年(卷),期】2016(031)004【总页数】7页(P1-7)【关键词】巴西劈裂;垫条加载;厚径比;加载速率;抗拉强度【作者】刘天宇;万文;王亚;罗世林;唐劲舟【作者单位】湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭411201;湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湖南湘潭411201【正文语种】中文【中图分类】TD313抗拉强度是表征岩石强度特性的重要参数之一,同时也是矿山设计中安全与稳定性分析的控制参数.茅口灰岩[1,2]表面无明显裂纹,孔隙率较低,主要矿物成分为方解石、石英等,是南方煤矿开采中广泛遇到的工程介质,故研究茅口灰岩抗拉强度具有重要意义.在试验过程中由于直接拉伸法试件制备不易、试验操作复杂和试验成功率低等原因,采用间接拉伸法中巴西劈裂法[3,4]进行试验较为常见.本文采用巴西劈裂法中最为常见的垫条加载方式[5,6]进行加载.厚径比是岩石抗拉强度的一个重要影响因素[7],国内学者做了大量研究取得了相当多的有价值的成果.喻勇[8,9]对二维弹性力学公式计算岩石抗拉强度提出了质疑,利用三维有限元对圆盘试件内部应力分布进行了分析.张盛等[10]利用三维有限元软件分析了不同厚度平台巴西圆盘中心轴线上等效应力的分布规律,为了控制相对误差建议采用厚径比为0.3以下的圆盘试样.尹乾等[11]通过对不同高径比圆盘试样进行巴西劈裂试验发现,随着高径比的增加,抗拉强度逐渐减小,呈近似三次函数关系.然而,国内学者研究加载速率对岩石抗拉强度的影响相对较少,早在20世纪80年代吴绵拔[12]认为随着加载速率的增大会导致岩石抗拉强度略有提高.席道英[13]认为随着加载速率的量级变化,岩石的强度和弹性模量会随之产生影响.吕志强[14]通过室内实验对煤岩体的研究,发现加载速率的变化影响煤岩的抗拉强度及破坏模式,煤岩抗拉强度较低,具有低强度高脆性的特征,且受加载速率影响很大.周辉[15]通过电镜扫描破坏后的巴西圆盘试件,通过宏、细观俩方面的分析并引入端口形貌学的分析方法,揭示了脆性岩石劈裂过程中的加载速率效应.但是,这些研究成果并未明确指出岩石抗拉强度与加载速率的关系.本文着重针对厚径比、加载速率这两大关键的影响因素分析茅口灰岩的抗拉强度特性,并运用有限差分软件进行数值计算,得出不同条件下的端面等效应力值,验证试验的有效性,最后提出了修正公式并加以验证. 1.1 试样的制取从长沙宁乡煤炭坝采集茅口灰岩岩样,根据《水利水电工程岩石试验规程SL 264-2001》试验要求,将岩样切割打磨,制备岩石抗拉强度圆盘试件的直径均为50 mm,厚度分别取20,25,30,35,40 mm,共计5组,厚径比依次为0.4,0.5,0.6,0.7,0.8.部分试件如图1所示.1.2 试验设备本文依托湖南科技大学能源学院三轴剪切流变试验室进行圆盘劈裂试验,试验设备为RYL-600剪切流变仪(如图1所示).该伺服流变仪为长春市朝阳仪器有限公司生产,具有刚度大、测量精确、控制精度高、稳定性好的特点.1.3 试件的加载垫条加载是巴西劈裂试验较为常见的一种加载方式,其试验方法是在上下承压板与试件之间各加入1根直径约1.5 mm的钢丝垫条,轴向加压时,在试件的上下端面形成线性集中载荷,圆盘试件端面在拉应力作用下,沿加载方向破裂.试验各分为3组,每组均包含不同高径比从0.4～0.8,第一组轴向载荷的加载速率0.1 MPa/s,第二组的轴向载荷加载速率0.2 MPa/s,第三组的轴向载荷加载速率0.3 MPa/s.2.1 圆盘受力分析根据二维平面应力弹性力学的理论,巴西劈裂试件根据弹性力学的平面应力问题求解,在距离圆盘中心最远处即两端处受压应力为最大,其中,以压应力为正,拉应力为负,正应力σxσy和剪应力τxy可表示为式中,p:最大载荷;D:试件的直径;L:试件的厚度.根据应力表达式式(1)～式(3),假定试件两端处受到集中荷载P,依据圣维南原理,距两端较远处应力集中的影响忽略不计;且在圆盘中心0处,即θ1=θ2=0,r1=r2=0.5,根据式(1)和式(2),可得圆盘试件直径平面内垂直加载方向的水平拉应力为直径平面内径向压应力为由式(4)～式(5)可得,压应力为拉应力的3倍.对于大部分岩石材料来讲,抗压强度为抗拉强度的10倍以上,由此可知,圆盘试件在端面中心点受到水平拉应力而破坏,将式(4)中的p替换成p1,即为抗拉强度计算公式.2.2 试验结果分析在不同加载条件下,剔除试验失败试件后,选取典型圆盘试件,不同加载速率与厚径比下茅口灰岩抗拉强度值如表1所示.试验结果表明,茅口灰岩抗拉强度值大多介于2～4 MPa之间,离散性较小.其中,最大值为4.87 MPa,最小值为2.58 MPa,算术平均值为3.54 MPa.加载速率为0.1 MPa/s时,算术平均值为3.2 MPa;加载速率为0.2 MPa/s时,算术平均值为3.46 MPa;加载速率为0.3 MPa/s时,算术平均值为3.95 MPa.2.3 厚径比对岩石抗拉强度的影响根据不同加载速率及厚径比下的试验结果,绘制应力应变曲线如图2所示.从图2应力应变曲线分析可知:各加载速率下的应力应变曲线特征表现大多表现为全应力应变5阶段:(1)微裂隙压密阶段;(2)弹性变形;(3)裂隙产生和扩展阶段;(4)裂隙发展到破裂阶段;(5)破裂后阶段.从微裂隙压密阶段加载到峰值阶段,应力应变曲线为一条近似光滑上凹的曲线,不存在应力跌落的情况,当试件到达峰值后,试件直接沿加载方向破裂,失去承载能力,各级加载条件下均未出现台阶式下跌的情况.峰后曲线表现为直线式下滑,这是线性集中载荷作用的结果.同时,同一加载速率下,抗拉强度均随厚径比增加而减小;同一厚径比下,加载速率的增加会增大岩石抗拉强度.在0.1 MPa/s时,各组试件的应变值差异较小,大多介于0.004～0.006之间;在0.2 MPa/s时,各组试件的应变值差异开始增大,由0.004～0.008;在0.3 MPa/s时,各组试件的应变值差异进一步增大,由0.002～0.007.因此,加载速率变化对试件应变值产生明显影响. 为了进一步更加明显地研究厚径比对抗拉强度的影响,将加载速率分别为0.1,0.2,0.3 MPa/s的3组试件分别进行一次线性拟合.拟合曲线图如图3,较好地反映试样随着厚度的增加抗拉强度总体呈衰减的趋势.加载速率为0.1 MPa/s时,试件抗拉强度的算术平均值为3.2 MPa;加载速率为0.2,0.3 MPa/s时,算术平均值为3.46,3.95 MPa.加载速率为0.1 MPa/s时,20 mm下试样的抗拉强度为4,25,30,35,40 mm下的抗拉强度依次为3.56,3.00,2.93,2.58 MPa,比20 mm下分别减小11%,25%,26.7%,35.5%.加载速率为0.2 MPa/s时,当厚径比从0.4变为0.8时,抗拉强度由4.48 MPa减至2.65 MPa,变化量为1.83 MPa,减幅为40.8%;0.3 MPa/s时,当厚径比0.4从变为0.8时,抗拉强度由4.87 MPa减至2.95 MPa,变化量为1.92 MPa,减幅为39.4%,随着试样厚度的增加,抗拉强度总体呈衰减趋势.另一方面,由于试样厚度的增加,试样内部存在的孔隙和弱面也随之加大,试样受载时抗拉强度也会相应降低,说明了岩石的尺寸效应对不同厚径比茅口灰岩的抗拉强度有一定影响.表2为平板加载下抗拉强度与厚径比的拟合方程,拟合度分别为0.93,0.91,0.93,拟合度较高.2.4 加载速率对岩石抗拉强度的影响加载速率会改变试件内部应力状态,影响其峰值强度,试件抗拉强度总体随加载速率增大而增大.不同加载速率下的峰值强度应力散点图如图4所示.通过图4可分析得出:加载速率为0.1 MPa/s时,试件抗拉强度的算术平均值为3.2 MPa;加载速率为0.2 MPa/s时,试件抗拉强度的算术平均值为3.46 MPa;加载速率为0.3 MPa/s时,试件抗拉强度的算术平均值为3.95 MPa.加载速率为0.1 MPa/s 时,在厚径比为0.4,0.5，0.6,0.7,0.8时,抗拉强度分别为4.00,3.56,3.00,2.93,2.56 MPa;加载速率为0.2 MPa/s下的抗拉强度分别为0.1MPa/s下抗拉强度的112%,115.4%,104.7%,99.6%,102.7%,较0.1 MPa/s下的抗拉强度略有提升;加载速率为0.3 MPa/s下的抗拉强度分别为0.2 MPa/s下抗拉强度的108.7%,106.8%,121%,128.8%,111.3%,比0.2 MPa/s下的抗拉强度进一步提升.但在0.2 MPa/s下厚径比为0.7时比0.1 MPa/s下试样的抗拉强度有所下降,结果存在一定的离散性.试件抗拉强度总体随加载速率增大而增大,0.2 MPa/s与0.3MPa/s下的岩石平均抗拉强度分别比0.1 MPa/s下的岩石抗拉强度增大8.1%与23.4%.根据理论与上述试验验证,加载速率对茅口灰岩抗拉强度值有一定影响,抗拉强度峰值随加载速率的提高而小幅增加.3.1 模型建立与边界条件为进一步验证圆盘劈裂试验的有效性,利用有限差分软件FLAC3D对其进行数值模拟.首先,在有限元软件ANSYS中将模型建好,再导入有限差分软件FLAC3D中进行数值模拟.试样直径为50 mm,厚度分别为20,25,30,35,40 mm共5种,对应的厚径比分别为0.4,0.5,0.6,0.7,0.8这5种,体积模量为2×108 Pa,剪切模量为2×108 Pa,密度为2.5 g/cm3.模型加载示意图如图5所示.线荷载加载方向为Z轴负方向,上述所有试样的中心线均为X轴.所有模型的边界条件:模型底部与加载线对称的底边在Y,Z方向没有位移,该底边的重点在X方向也没有位移,线荷载所通过平面的所有节点在Y方向均无位移.3.2 端面等效应力模拟结果在三维条件下,试件内部的应力分布状况复杂,具体从哪一点起裂,由强度理论决定.对于茅口灰岩这类脆性材料,一般采用Griffith强度理论进行分析.基于Griffith强度理论的等效应力σG,其受参数的影响直接表征了该参数对圆柱体内应力分布的影响,如图6所示.Griffith准则的具体表现形式为式中,σ1为第一主应力,σ3为第三主应力.从图6中可以看出,当厚径比r/h为定值时,随着加载速率取值的增加,距端面中心处相同间隔下的记录点的等效应力大小均表现出不同程度的增加,但是各曲线总的趋势变化不大.以厚径比r/h=0.4为例,随着加载速率的增加,等效应力没有出现明显凸起点且其最高点位置从17 mm变化到14 mm,故可知随着加载速率的增加应力集中的影响逐渐减少.当加载速率为0.2 MP/s,厚径比r/h=0.5和0.8时;以及加载速率0.3 MP/s,厚径比r/h=0.5和0.7时,可以明显看到应力凸起点,同时考虑到试件从有效应力最大点最先开始破裂,因此在这种情况下不能保证试件在端面中心点破裂,试验失效.当加载速率为0.1 MP/s时,0.4～0.8的厚径比时,试件端面加载点轴线上没有出现明显凸起点,且端面中心点处等效应力取得最大,又考虑到试件的破坏是从等效应力最大点处最先破裂,故在此种条件下可以保证试件从端面中心点最先起裂,劈裂试验的有效性得到保证.3.3 抗拉强度修正公式根据上述分析可知,试样的破坏最先起裂点是发生在圆盘试样的端面中心点,而不是圆盘内部中心点,如果采用基于平面应力假设的公式计算其抗拉强度得出结果会低于实际抗拉强度,故须对此进行修正.以试样端面中心点的等效应力σG与σt(P为临界荷载,即测试中的最大荷载)的比值k*为修正系数,根据有限差分法结果计算得到k*和厚径比r/h以及加载速率v的关系,进行曲面拟合.得到三维条件下巴西圆盘劈裂抗拉强度修正系数公式:式中,加载速率的单位:MPa/s.拟合曲面如图7所示,图中原点表示实际修正系数,拟合相关系数达到0.923 04,式(9)能够较好的反映厚径比和加载速率对巴西圆盘三维修正系数的影响.得到修正后的抗拉强度为为了进一步说明修正公式的有效性,选取一组0.2 MPa/s下的垫条加载数据代入式(9),各厚径比下修正前后的抗拉强度值如图8所示.从图8可知,修正前,厚径比为0.4下试样的抗拉强度为4.48 MPa,0.5,0.6,0.7,0.8下的抗拉强度依次为4.11,3.14,2.92,2.65 MPa,比厚径比为0.4下分别减小8.2%,29.9%,34.8%,40.8%.修正后,厚径比为0.4下试样的抗拉强度为3.99 MPa,0.5,0.6,0.7,0.8下的抗拉强度依次为3.46,3.57,3.54,3.54 MPa,比厚径比为0.4下分别减小13.3%,10.5%,11.3%,11.3%.修正后的岩石抗拉强度波动值约下降30%,修正后的岩石抗拉强度值几乎不受厚径比的影响.1)在相同的厚径比下,随加载速率的提高,岩石的抗拉强度小幅增加;当采用相同的加载速率时,茅口灰岩抗拉强度均随厚径比的增加而减小,存在一定的尺寸效应.2)圆盘轴线上端面中心点为水平应力最大值,即圆盘是由端面中心点开始起裂,随着加载速率增加,圆盘端面中心点水平拉应力增大,随着厚径比增加,圆盘端面中心点水平拉应力减小,与试验吻合较好.3)抗拉强度修正公式,可以消除厚径比及加载速率对岩石抗拉强度的影响.【相关文献】[1] 周述和.重庆松藻煤矿茅口灰岩岩溶水害与治理[J].中国煤田地质,2005,17(5):65-67.[2] He K Q, Yu Y J, Wang F. 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基于巴西劈裂试验的顺层板岩边坡“滑移-拉裂”破坏研究
其中:T为滑动力;R为抗滑力;A0为拉裂截面面积;［θ0］为材料抗拉强度值(由统计试验数据确定)。
1.2 巴西圆盘劈裂试验试样分组
板岩层理角度θ为板岩层理方向与水平方向(x方向)之间的夹角，如图1(a)所示。按照θ分别为 0°，15°，30°，45°，60°，75°和 90°将试样分为 7组，每组试验为6块，如图1(b)。
图1 板岩巴西圆盘劈裂试验试样分组图Fig.1 Slate Brazilian disc splitting test specimen of photos
本文采用试验方法(巴西圆盘劈裂试验)对顺层板岩边坡滑移破坏模式进行详细分类，讨论板岩圆盘试样的破坏模式随板岩层理倾角的变化规律和劈裂强度变化规律，划分不同层理倾角下板岩边坡的破坏模式。在确定板岩边坡破坏模式基础上，推导了板岩边坡整体滑移和滑移－拉裂破坏的判据，并应用于怀通高速公路沿线板岩边坡的稳定性分析中，结果与实际稳定状态相吻合。
(3)滑移拉裂型破坏。当层理角度介于45°～75°时发生。加载过程中沿滑动面方向的滑动力较大，而法向力较小，试样首先沿层理面产生滑动趋势，产生微小滑移，随着不断加载，试样达到抗拉强度时试样中心发生开裂，此过程为“滑移拉裂”，如图4(d)所示。
(4)滑移型破坏。当层理角度介于75°～90°时发生。加载过程中沿滑动面方向的滑动力较大，而法向力极小，抗滑力小于试样抗拉强度，而发生“滑移破坏”，如图4(e)所示。
【期刊名称】《铁道科学与工程学报》
【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】7页(P94-100)
【关键词】板岩;顺层边坡;巴西劈裂试验;变形模式;滑移-拉裂
【作 者】董辉;张海明;傅鹤林;刘运思;饶军应
2-岩石力学实验及地层压裂设计
岩石的纵横波 速度受其本身的弹 性参数影响。根据 纵横波速度可以得 出岩石的动态弹性 参数。
d
2 2 0.5 t s t p 2 2 t s t p
Ed G
2 3 ts 4 t 2 p
ts2 t 2 p
动静连测装置
动、静态参数转换
岩样的动、静态弹性参数呈相同的变化趋势。通 过进行回归计算，得到动静态参数转换公式。其系数 需要进行试验确定。
2
） 2S0ctg (45
2 o
2
）
c 2C octg(45o / 2）
3、岩石抗拉强度
岩石的抗拉强度远下于岩石的抗压强度，以岩体中一旦出现拉应力区，往 往该区先破坏。岩石抗拉强度室内测试方法分为两类：一类是直接法；另一类 是间接法。 1）直接拉伸实验
受力状态
将岩石两端固定，拉伸
式中：σr为井眼周围所受径向应力； σθ为井眼周围所受周向应 力；τ θr为井眼周围所受切应力；Pi为钻井液柱压力；θ为井眼 周围某点径向与最大水平主应力方向的夹角； σH为最大地应 力； σh为最小地应力；Pp为地层孔隙压力；a为有效应力系数。
重点， 随θ 角变 化而 变化
地层力学模型
直井--井壁稳定性-坍塌
A 2H
2
式中：
A ctg(45o
)
H为井深（m）
ρb为坍塌压力（g/cm3） η为应力非线性系数
Co为岩石的粘聚力（MPa）
岩石剪切破坏
直井--井壁稳定性-破裂
当井内的钻井液柱所产生的压力升高（泥浆密度过大）足以压裂地层，使其原有的裂 隙张开延伸或形成新的裂隙时的井内流体压力称为地层的破裂压力。从力学上说地层破 裂是由于井内钻井液密度过大使岩石所受的周向应力达到岩石的抗拉强度而造成的（压 裂、井漏、井喷）。即：
路面砖劈裂抗拉强度试验
路面砖劈裂抗拉强度试验路面砖是一种常见的路面材料，具有一定的抗拉强度。
为了评估路面砖的质量和性能，需要进行劈裂抗拉强度试验。
本文将介绍路面砖劈裂抗拉强度试验的目的、原理、步骤和结果分析。
一、试验目的路面砖劈裂抗拉强度试验的主要目的是测定路面砖在受拉加载下的抗拉强度。
通过试验结果，可以评估路面砖的质量和性能，为工程设计和施工提供参考依据。
二、试验原理路面砖劈裂抗拉强度试验是一种非常规试验方法，主要利用劈裂抗拉试验机进行。
试验时，将路面砖放置在试验机的夹具上，并施加拉力，直到路面砖发生劈裂断裂。
通过测量施加的拉力和路面砖的断裂面积，计算出劈裂抗拉强度。
三、试验步骤1. 准备工作：选择代表性的路面砖样本，并将其进行编号。
清洁试验机的夹具，确保试验环境干净整洁。
2. 样品制备：根据试验要求，将路面砖切割成合适的尺寸。
通常，路面砖的尺寸为长宽比为2:1的矩形形状。
3. 试验设备设置：将样品放置在试验机的夹具上，并调整夹具使其与样品表面平行。
4. 施加拉力：启动试验机，施加缓慢而均匀的拉力，直到路面砖发生劈裂断裂。
记录下此时的拉力数值。
5. 计算劈裂抗拉强度：根据试验过程中的拉力数值和样品断裂面积，计算出劈裂抗拉强度。
劈裂抗拉强度的计算公式为拉力除以断裂面积。
6. 数据分析：根据试验结果，进行数据统计和分析，得出结论。
四、结果分析根据试验结果，可以评估路面砖的劈裂抗拉强度。
通常情况下，劈裂抗拉强度越高，说明路面砖的抗拉能力越强，质量越好。
相反，劈裂抗拉强度较低的路面砖容易在受拉加载下发生断裂，使用寿命较短。
根据试验结果还可以比较不同类型、不同品牌或不同生产批次的路面砖的劈裂抗拉强度差异。
通过比较分析，可以选择性能更好的路面砖，提高路面的使用寿命和安全性能。
试验结果还可以为工程设计和施工提供参考依据。
根据路面砖的劈裂抗拉强度，可以确定合适的应用场景和使用要求，确保路面砖在实际使用中具有良好的性能和耐久性。
路面砖劈裂抗拉强度试验是一种评估路面砖质量和性能的重要方法。
典型巴西劈裂试验与直接拉伸试验的比较研究
ＤＯＩ:１０������ ３９６９ / ｊ������ ｉｓｓｎ������ １６７２ － ４０１１������ ２０１９������ ０４������ ０３３
０ 前 言
如何通过快速、经济的实验方法获得岩石抗拉强度成为 岩土工程界研究热点ꎮ 尽管直接拉伸试验能准确获得岩石 的抗拉强度ꎬ但存在操作复杂、耗时较长、经济性差等缺点ꎮ 因此ꎬ间接拉伸测试法成为岩石抗拉强度测试最经济有效的 实验方法ꎬ其中巴西劈裂试验是岩石抗拉强度间接测试最为 常用的试验方法 [１ －５] ꎬ但其试验方法的合理性及抗拉强度实
１ 直接拉伸试验
对红砂岩及花岗岩的圆柱形试件分别进行 １０ 次直接拉
伸试验ꎬ由式(１) 计算得到岩石试件的抗拉强度ꎬ然后取其平
均值作为该岩石的抗拉强度( 见表 １)ꎮ 其中红砂岩直接抗
拉强度为 ２������ ８４ ＭＰａꎬ花岗岩直接抗拉强度为 １������ ９７ ＭＰａꎮ 部分
直接拉伸试件破坏断面如图 １ꎮ
变异系数 ＲＳＤ
０������ ２８５２ ０������ ０９５
加载中心线起裂ꎮ 为验证这三种巴西劈裂试验的有效性ꎬ在 巴西圆盘试件上进行应变测量ꎮ 图 ２ 为部分破裂试件及相 应的应变监测实验数据ꎮ
图 １ 部分直接拉伸破坏试件
如图 １ 所示ꎬ直接拉伸试验试件破坏均发生在试件的中 间位置ꎬ实验效果较好ꎬ能够说明试件的破坏是由于轴向拉 伸力大于岩石试件抗拉强度而造成的拉伸破坏ꎬ保证实验数 据的可靠性ꎮ
验结果的精确性有待进一步研究ꎮ 本文红砂岩及花岗岩作 为研究对象ꎬ分别进行直接拉伸试验、无垫条巴西劈裂法( 下 文简称“ 无垫条法” ) 、垫条巴西劈裂法( 下文简称“ 垫条法” ) 及弧形夹具巴西劈裂法(下文简称“弧形夹具法”)ꎮ 实验过 程中对试件的特定位置进行应变监测ꎬ并对直接拉伸试验结 果与巴西劈裂试验结果进行分析ꎮ 该研究以室内实验为基 础ꎬ确定不同巴西劈裂试验结果的准确性及合理性ꎬ旨在为 岩石抗拉强度的测量提供实验依据ꎬ具有较强理论与实际 意义ꎮ
《岩体力学》岩石抗拉强度试验(劈裂法)
《岩体力学》岩石抗拉强度试验（劈裂法)一、实验目的：测定岩石的单轴抗拉强度。
试样在纵向力作用下出现拉伸破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗拉强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。
劈裂法实验是测定岩石抗拉强度的方法之一。
该法是在圆柱体试样的直径方向上，施加相对的线形荷载，使之沿试样直径方向破坏的实验。
本实验方法可测得各种含水状态下试样的抗拉强度。
本次实验主要测天然状态下试样的抗拉强度。
二、试样制备：劈裂试验适用于能制成规则试件的各类岩石，试件可用岩心或岩块加工制成。
一般采用直径为48～54mm，高度为直径的0.5-1.0倍，并大于岩石最大颗粒的10倍的圆柱体试件。
每组试件制备不少于3块。
试件制备的精度应満足如下要求：（1）沿试件高度，直径的误差不超过0.3mm；（2）试件两端面不平行度误差，最大不超过0.05mm；（3）端面应垂直于轴线，最大偏差不超过0.25°；三、试样尺寸测量及描述：量测试样的直径、高度，并划出加荷中线。
试件描述内容：（1）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等；（2）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；（3）含水状态。
四、主要仪器设备：同实验一。
五、试验程序：1、根据所要求的试样状态准备试样。
2、通过试件直径的两端，沿轴线方向划两条相互平行的加载基线。
将两根垫条沿加载基线固定在试件两端。
3、将试样置于压力机承压板中心，调整有球形座的承压板，使试样均匀受载，并使垫条与试件在同一加荷轴线上。
4、以每秒0.5～1.0MPa/s的加载速度加荷，直到试样破坏为止，并记录最大破坏载荷及加荷过程中出现的现象。
5、描述试样的破坏形状，并记下有关情况。
六、成果整理和计算：实验记录填于表4-1：表4-1 岩石抗拉强度试验(劈裂法)原始记录表项目编号仪器编号试验日期试验者 计算者 校核者2、按下式计算岩石的单轴抗拉强度：式中： 岩石单轴抗拉强度，MPa ； P 最大破坏载荷，N ； h 试件高度，mm ；D 试件直径，mm 。
混凝土劈裂试验
混凝土劈裂试验混凝土劈裂试验是一种常用的工程材料力学性能测试方法。
该试验通过施加拉力，将混凝土试件分裂为两个部分，以评估其抗拉强度和韧性。
本文将介绍混凝土劈裂试验的步骤、设备以及测试结果的解读，提供指导意义和实用价值。
首先，混凝土劈裂试验的步骤如下：1. 制备试件：根据相关标准，制备一定尺寸的混凝土试件，通常为长方形或圆柱形。
试件应具有规定的配合比和充实度，以确保测试结果的准确性。
2. 安装试件：将试件放置在劈裂试验机的夹具上，并确保试件与夹具接触紧密，以避免试件在测试过程中的滑动或移位。
3. 施加力：根据试验要求，在试件的两端施加拉力，逐渐增加到试件破裂为止。
在施加拉力的过程中，应记录下拉力与试件的位移关系，以绘制应力-应变曲线。
4. 记录试验数据：在试验过程中，应记录下试件的破裂负荷、位移和应变等数据。
这些数据将在后续的分析和解读中发挥重要作用。
5. 数据处理：根据试验数据，计算出混凝土试件的抗拉强度和韧性等力学性能参数。
同时，通过分析应力-应变曲线的形态，可以获取更多关于材料性质的信息。
接下来，介绍混凝土劈裂试验的设备：混凝土劈裂试验机是进行这一试验的关键设备，一般由主机、夹具、传感器和数据采集系统等组成。
主机通过电动机提供拉力，夹具用于稳定试件，传感器则用于测量试件的位移、应变和负荷等。
数据采集系统可以实时记录这些数据，并提供数据分析和处理的功能。
最后，是混凝土劈裂试验结果的解读：混凝土劈裂试验的结果可以用来评估混凝土材料的抗拉强度和韧性，以及其在结构设计和施工中的适用性。
通过分析试验中获得的应力-应变曲线形态，可以判断混凝土的弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段等。
同时，研究试件的破裂负荷和位移数据，可以计算出混凝土试件的最大拉力、断裂伸长率等重要参数。
混凝土劈裂试验可以为工程师们提供重要的指导意义。
通过了解混凝土的劈裂性能，工程师可以合理选择混凝土材料，优化结构设计，确保工程质量和安全性。
此外，试验结果还可以用于评估材料使用寿命、结构抗震性能等方面，为工程决策提供科学依据。
考虑层理方向效应煤岩巴西劈裂及单轴压缩试验研究_刘恺德
第 32 卷
第2期
刘恺德等：考虑层理方向效应煤岩巴西劈裂及单轴压缩试验研究
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the former pre-peak deformation characteristics are similar；the mechanical properties are stable；the post-peak stress drops quickly and the brittle feature is apparent. However，the latter pre-peak and post-peak deformation characteristics of each curve are different；and mechanical properties are unstable. Meanwhile，the axial peak strains of all coal samples are less than 1%. Thus， the deformation features are in a brittle failure state. (4) Fracture failure patterns of coal samples in the directions of vertical and parallel to the bedding plane are respectively given priority to shear and fracturing failure under uniaxial compression；and the uniaxial compression strength and deformation parameters in both directions are obviously different. In other words，the anisotropy is apparent. (5) The uniaxial compression characteristics in the direction of vertical and parallel to the coal bedding plane are discrete；but the latter discreteness is much more obvious. (6) The uniaxial compressive strength is much greater than the tensile strength，uniaxial compression strength in the directions of vertical and parallel to bedding plane are respectively 40.1 and 14.7 times of tensile strength. Key words：mining engineering；coal；bedding；tensile strength；uniaxial compression test；vertical；parallel； anisotropy 变对煤岩单轴力学特性的响应，也包含对单轴条件