试分析简单拉伸与劈裂试验确定抗拉强度的异同
岩石单轴压缩、拉伸、巴西劈裂数值实验模拟
2.1 软件的基本原理
RFPA 是一个以弹性力学为应力分析工具、以弹性损伤理论及其修正后的 Coulomb 破坏准则为介质变形和破坏分析模块的真实破裂过程分析系统。 其基本 思路是： 1）材料介质模型离散化成由细观基元组成的数值模型，材料介质在细观上 是各向同性的弹-脆性或脆-塑性介质； 2）假定离散化后的细观基元的力学性质服从某种统计分布规律（如 weibull 分布），由此建立细观与宏观介质力学性能的联系； 3）按弹性力学中的基元线弹性应力、应变求解方法，分析模型的应力、应 变状态。RFPA 利用线弹性有限元方法作为应力求解器； 4）引入适当的基元破坏准则（相变准则）和损伤规律，基元的相变临界点 用修正的 Coulomb 准则； 5）基元的力学性质随演化的发展是不可逆的； 6）基元相变前后均为线弹性体； 7）材料介质的裂纹扩展是一个准静态过程，忽略因快速扩展引起的惯性力 的影响。
2.2 软件的网格划分
RFPA 选取等面积四节点的四边形单元剖分计算对象。为了使问题的解答足 够精确，RFPA 方法要求模型中的单元足够小（相对于宏观介质），以能足够精
确的地反映介质的非均匀性。但它又必需足够大（包含一定数量的矿物和胶结物 颗粒，以及微裂隙、孔洞等细小缺陷），因为作为子系统的单元实际上仍是一个 自由度很大的系统，它具有远大于微观尺度的细观尺度。这以要求正是为了保证 使剖分后的单元性质尽量接近基元性质。尽管这样会增加计算量，但是问题的处 理变得简单， 而且随着计算机技术的高速发展， 计算机瓶颈的影响将会逐渐消除。 由于模型中的基元数量足够多，宏观的力学行为，本质上是介质大量基元力学行 为的集体效应。
（a）step42-01
（b）step52-02
（c）step70-06
图 3、RFPA 模拟单轴拉伸条件下的破坏过程、最大主应力场、声发射累计分布图
岩石抗拉试验劈裂法测试技术的探讨
岩石抗拉试验劈裂发测试技术的探讨摘要：通常情况下用来对岩石的抗拉强度进行测定的方法有很多，一般可以分为直接拉伸法以及间接拉伸法两种，然而，使用直接拉伸法进行试验会受到夹持条件等的限制，所以，对岩石的抗拉强度进行测定的时候通常使用的都是间接拉伸法，也就是劈裂法。
本文从抗拉强度的定义以及影响因素、劈裂法与其实验的影响因素、实验中所用到的设备、整个实验的操作步骤、对实验数据工程的处理以及对实验结果进行分析等问题出发，对岩石抗拉试验劈裂发测试的技术进行探讨。
关键词：岩石；抗拉试验；劈裂法；测试技术岩石所具有的抗拉强度的高低是岩石的十分重要的力学性质指标，同时也是对岩石的稳定性以及结构设计安全进行分析的一个重要的控制参数，改革开放以来，随着我国经济的迅猛发展，在全国各地所兴建的高层建筑、大型桥梁、水坝以及隧道等工程开始越来越多，这类工程在建设的过程中经常会遇到岩石，岩石所具有的抗拉强度的力学性能指标是进行评判、设计、控制以及检验质量的一个重要的凭据。
通常情况下用来对岩石的抗拉强度进行测定的方法有很多，一般可以分为直接拉伸法以及间接拉伸法两种，然而，使用直接拉伸法进行试验会受到夹持条件等的限制，所以，对岩石的抗拉强度进行测定的时候通常使用的都是间接拉伸法，也就是劈裂法。
一、抗拉强度的定义以及影响因素岩石的抗拉强度指的是岩石自身在单向受到一定的拉力的时候，受拉面可以承受的最大的拉应力。
岩石是一种比较复杂的力学介质，会对岩石的抗拉强度产生影响的因素有很多，岩石自身的强度特征以及变形特征不仅与它的应力状态有关，还与岩石的结构构造、矿物组成、温度以及含水率等有着十分密切的关系，并且也与实施实验的方法及实验的结果有一定的关系，例如加荷速率、试件大小以及尺寸比例等[1]。
二、劈裂法与其实验的影响因素1、劈裂试验的起源是南美洲，是现阶段中国内外在测定岩石的抗拉强度的时候所使用的最普遍的方法，这种实验是在试样的直径方向施加一定的径向的线性载荷，让试样可以沿着直径被破坏的一种试验[2]。
研究岩石的实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过岩石力学实验，研究岩石的力学性质，包括抗压强度、抗拉强度、变形性能、水理性质等，为岩土工程设计和施工提供理论依据。
二、实验原理岩石力学实验主要包括以下几种：1. 岩石单轴抗压强度试验：在岩石试件上施加轴向压力，当试件破坏时，记录破坏时的最大轴向压力，以此确定岩石的单轴抗压强度。
2. 岩石抗拉强度试验（劈裂试验）：将岩石试件沿劈裂面进行拉伸，当试件破坏时，记录破坏时的最大拉伸力，以此确定岩石的抗拉强度。
3. 岩石变形试验：通过施加轴向压力，观察岩石的变形情况，分析岩石的变形规律。
4. 岩石水理性质试验：测定岩石的吸水性、软化性、抗冻性和透水性等水理性质。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：岩石力学试验机、万能试验机、岩样制备设备、量筒、天平等。
2. 实验材料：岩石试件、砂、水等。
四、实验步骤1. 岩石单轴抗压强度试验：（1）将岩石试件加工成标准尺寸，并对试件表面进行打磨。
（2）将试件放入岩石力学试验机，调整试验机夹具，使试件轴向压力方向与试件轴线一致。
（3）启动试验机，以一定的加载速度对试件施加轴向压力，当试件破坏时，记录破坏时的最大轴向压力。
2. 岩石抗拉强度试验（劈裂试验）：（1）将岩石试件加工成标准尺寸，并对试件表面进行打磨。
（2）将试件放入万能试验机，调整试验机夹具，使试件劈裂面与试验机轴线一致。
（3）启动试验机，以一定的拉伸速度对试件施加拉伸力，当试件破坏时，记录破坏时的最大拉伸力。
3. 岩石变形试验：（1）将岩石试件加工成标准尺寸，并对试件表面进行打磨。
（2）将试件放入岩石力学试验机，调整试验机夹具，使试件轴向压力方向与试件轴线一致。
（3）启动试验机，以一定的加载速度对试件施加轴向压力，记录试件的变形情况。
4. 岩石水理性质试验：（1）测定岩石的吸水性：将岩石试件放入量筒中，加入一定量的水，记录试件吸水后的质量。
（2）测定岩石的软化性：将岩石试件浸入水中，记录试件饱和后的抗压强度。
混凝土弯拉强度与劈裂强度的关键区分2010-11-04
材料抗拉强度与劈裂强度是一个概念吗？？混凝土主要用于抗压，混凝土的抗压强度是通过实验得出的，我国采用边长为150m m的立方体作为混凝土抗压强度的标准尺寸试件。
<规范>规定以边长为150mm的立方体在（20±3）℃的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准实验方法测得的具有95%保证率的抗压强度作为混凝土强度等级，C25后的数字25即为混凝土立方体抗压强度的标准值25N/mm2，但是不是说其抗压强度为25N/mm2，具体还要通过实验做出来结果。
混凝土的劈裂抗拉强度也要通过实验做出来,混凝土的劈裂抗拉强度实验采用立方体或圆柱体试件，在试件的中心平面内，作用均匀分布的压力，使外力作用的竖向平面内产生近似均布的拉应力，该拉应力可以根据弹性理论计算出来。
我国采用150mm*150mm*150mm的立方体作为标准试件。
混凝土劈裂抗拉强度按下式计算：f=2P/（πA)=0.637P/A一般来说混凝土的劈裂抗拉强度的标准值略大于混凝土的抗拉强度的标准值，也就是略大于1.78N/mm2ps:不是，抗拉强度是指在一定实验条件下材料抵抗发生塑性变形的最大强度，而披裂强度指的是塑性变形直到出现裂源，材料所能抵抗的最大拉力下的强度...不一样的...ps:《公路水泥混凝土路面施工技术规范》JTG F30-2003的主编付智博导、研究员。
现回答您的问题：在小梁弯曲破型试验中，我们定义水泥胶砂小梁中点加载弯曲三个试验平均值为抗折强度；定义标准混凝土梁三分点加载弯曲三个试验平均值为弯拉强度。
如果两者的加载方式相同、梁的尺寸及养生等条件均完全相同，则抗折强度就是弯拉强度。
抗拉强度绝不是弯拉强度，与抗压强度绝不是弯拉强度一样。
材料强度和断裂特性测试方法概述
材料强度和断裂特性测试方法概述材料强度和断裂特性是评估材料性能和可靠性的重要指标。
在工程领域中，如果材料无法经受住所需的力量或无法在适当的载荷条件下延展，可能导致结构和功能的失败。
因此，了解材料的强度和断裂特性对于设计和制造过程至关重要。
本文将概述几种常见的材料强度和断裂特性测试方法。
一、材料强度测试方法1. 拉伸测试：拉伸测试是最常见和基础的材料强度测试方法之一。
这种测试方法通过将材料置于拉伸设备中，施加一个持续增加的拉伸载荷，直到材料发生断裂。
拉伸测试可以确定材料的拉伸强度、屈服强度、断裂强度等力学性能。
2. 压缩测试：压缩测试是另一种常见的材料强度测试方法，它与拉伸测试相反。
在压缩测试中，材料被放置在压缩设备中，施加一个持续增加的压缩载荷，直到材料发生压缩变形或破坏。
压缩测试可以评估材料的压缩强度、屈服强度以及抗压性能。
3. 弯曲测试：弯曲测试常用于评估材料在受弯曲载荷下的性能。
在弯曲测试中，材料被放置在一个弯曲设备中，施加一个持续增加的弯曲载荷，直到材料产生弯曲或破坏。
弯曲测试可以测量材料的弯曲强度、弯曲刚度以及抗弯刚性。
二、材料断裂特性测试方法1. 断裂韧性测试：断裂韧性是评估材料在受到撞击或快速载荷下承载能力的能力。
常见的断裂韧性测试方法包括冲击试验和拉伸试验。
- 冲击试验：冲击试验通过施加一个快速、高能量的外力来模拟撞击条件。
常用的冲击试验方法有冲击强度试验和冲击韧性试验。
这些试验可以评估材料在受到冲击载荷时的断裂特性。
- 拉伸试验：拉伸试验用于评估材料在肯尼迪构面的韧性。
这种试验方法会施加一个快速增加的拉伸载荷，以模拟材料在快速载荷下的响应。
拉伸试验可以通过测量材料断口面积的增加和断口延伸来评估材料的断裂韧性。
2. 断裂韧性测试：断裂韧性是评估材料在受到撞击或快速载荷下承载能力的能力。
常见的断裂韧性测试方法包括冲击试验和拉伸试验。
- 冲击试验：冲击试验通过施加一个快速、高能量的外力来模拟撞击条件。
基于数理统计的混凝土抗压-劈裂抗拉强度关系式的研究
基于数理统计的混凝土抗压-劈裂抗拉强度关系式的研究陈伟;张文博;毛明杰;杨秋宁;逯君【摘要】混凝土结构的抗拉强度大多采用劈裂抗拉试验方法检测,探明混凝土立方体试件的劈裂抗拉强度与抗压强度的关系,对混凝土结构有实际意义.在对国内外关于混凝土抗压和劈裂抗拉强度试验结果统计分析的基础上,通过对大量文献数据的回归分析,提出了适用于C60以下混凝土的抗压-劈裂抗拉强度关系式.结果表明,依据所提出的关系式由抗压强度所计算出的劈裂抗拉强度与试验值吻合度较高.【期刊名称】《宁夏工程技术》【年(卷),期】2016(015)002【总页数】5页(P118-122)【关键词】混凝土;劈裂抗拉强度;抗压强度;关系式【作者】陈伟;张文博;毛明杰;杨秋宁;逯君【作者单位】宁夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川 750021;宁夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川 750021;宁夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川750021;宁夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川 750021;宁夏大学新华学院,宁夏银川 750021【正文语种】中文【中图分类】TU528.01混凝土浇筑后的早期龄期内，水化热导致混凝土内部温度积聚过高，内部温度难以在短时间内散发，从而容易引起混凝土表面发生温度裂缝。
随着龄期的增长，混凝土因水化、干燥等原因易导致混凝土结构体积收缩，混凝土与已有结构的黏结抑制其收缩时，混凝土结构内部将产生收缩裂缝。
另外，在混凝土结构正常服役期间，也可能产生外力作用下的结构裂缝。
混凝土结构开裂后将加快其内部钢筋的腐蚀，影响结构的安全性、耐久性及适用性。
混凝土抗拉强度作为混凝土的一项基本力学指标，涉及到混凝土结构的抗剪、抗扭和裂缝宽度计算等。
虽然混凝土轴心抗拉强度较劈裂抗拉强度更能反映混凝土的实际抗拉强度，但混凝土轴心抗拉试验操作较为困难，而劈裂抗拉强度试验的操作相对较简单，且劈裂抗拉强度也较为接近混凝土的实际抗拉强度。
因此，劈裂抗拉强度试验仍是评定混凝土抗拉强度时较为普遍使用的方法。
劈裂抗拉强度和抗压强度之间的比例出处-概述说明以及解释
劈裂抗拉强度和抗压强度之间的比例出处-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在土木工程领域，劈裂抗拉强度和抗压强度是两个重要的材料力学性能指标。
劈裂抗拉强度是材料在受到拉力的作用下沿着其结构中存在的裂缝或裂纹方向抵抗断裂的能力，而抗压强度则是材料在受到压力的作用下抵抗变形和破坏的能力。
本文将探讨劈裂抗拉强度和抗压强度之间的比例关系，通过对这两种性能的定义和影响因素进行分析，以期为相关领域的研究提供一定的参考和指导。
通过研究劈裂抗拉强度和抗压强度的比例关系，可以更好地理解材料的力学性能，为工程设计和材料选择提供科学依据。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文主要包括了三个部分: 引言、正文和结论。
在引言部分，我们将概述本文的主题内容，并介绍文章结构和目的。
在正文部分，将详细讨论劈裂抗拉强度和抗压强度的定义，以及它们之间的关系。
在结论部分，将总结劈裂抗拉强度和抗压强度之间的比例关系，并探讨它们在不同应用领域中的意义，同时还会展望未来在这一领域的研究方向。
结构部分的内容1.3 目的本文的目的在于探讨和分析劈裂抗拉强度和抗压强度之间的比例关系。
通过深入研究这两种力学性质之间的联系，我们可以更好地理解材料的力学特性，为工程实践提供重要的参考依据。
同时，本文旨在总结已有的研究成果，为相关领域的研究者提供参考和启发，同时展望未来研究方向，为进一步探讨和发展相关领域的研究工作提供思路和建议。
通过全面分析劈裂抗拉强度和抗压强度之间的比例关系，希望能为材料科学和工程技术领域的发展做出贡献。
2.正文2.1 劈裂抗拉强度的定义劈裂抗拉强度是指材料在受到拉伸力作用下，发生劈裂破裂的抵抗能力。
通常用于描述材料在拉伸状态下的强度和韧性。
劈裂抗拉强度是材料的一个重要机械性能指标，它可以反映材料的抗拉能力和抗破坏能力。
在工程领域中，劈裂抗拉强度常被用来评估材料的耐久性和安全性，尤其是在设计和制造过程中。
通过测试和测量劈裂抗拉强度，可以帮助工程师们选择合适的材料并确定其在实际应用中的性能表现。
试分析简单拉伸与劈裂试验确定抗拉强度的异同资料
其抗拉强度。
圆盘劈裂法试验
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1- 硬质钢丝; 2- 承压板; 3- 圆盘
状岩石试件
图3
试件加载方法
换算成岩样中心的拉应力。
式中:
σ：岩样抗拉强度(MPa) ;
P ：劈裂荷载值( N) ;
D：岩样直径(mm) ;
L：岩样厚度(mm) 。
两种方法对比分析
属材料拉伸试验相类似, 试件及
夹具如图1 所示。将试件置于万
能材料试验机上进行轴向拉伸, 试
件被拉断时的应力值即为岩石的
单向抗拉强度( 简称抗拉强度) , 以
σt表示。
P： 试件被拉断时的拉( kN) ;
F： 试件横截面积( cm2)
图1
直接拉伸试验
由于岩石试件在试验过程中所受拉荷载是通过转换器获得的,转
弹性范围内钢柱受压与受拉的荷载～位移曲线是一致的) , 得到转换
器本身的荷载 位移曲线,然后在岩石拉伸试验的荷载～位移曲线中减
去相同荷载下转换器本身的荷载～位移曲线上的位移值,就是岩石试
件的拉伸荷载～位移曲线。
直接拉伸试验
为了尽量消除由随机接触
间隙引起的误差, 试验前都先
施加一定的(如几十到几百牛
状态区域划分,即破坏危险区的确定是地下工程围岩稳定
性分析评价的关键,而岩石抗拉强度又是确定工程围岩破
坏区的基础资料之一。
直接拉伸试验
为了进行岩石试样拉伸试验,自行设计了一个压～拉转换
器,通过该压～拉转换器可以将对压～拉转换器的压力转换为对
岩石试样的直接拉伸,使岩样受拉破坏。
岩石的直接单向拉伸试验与金
通过实验对泥岩和砂岩的直接拉伸试验和劈裂
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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Eng Geol, 1993,33(2):177-178.[5] 徐根,陈枫,肖建清.载荷接触条件对岩石抗拉强度的影响[J].岩石力学与工程学报,2006,25(1):168-173.[6] 杨同,王宝学,孙林,等.垫条方式对岩石劈裂试验的影响分析[J].勘察科学技术,2002(1):3-7.[7] 邓华锋,李建林,朱敏,等.圆盘厚径比对岩石劈裂抗拉强度影响的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2012,31(4):792-798.[8] 喻勇,陈平.岩石巴西圆盘试验中的空间拉应力分布[J].岩土力学,2005,25(12):1913-1916.[9] 喻勇.质疑岩石巴西圆盘拉伸强度试验[J].岩石力学与工程学报,2005,24(7):1150-1157.[10] 张盛,梁亚磊,李大伟.圆盘厚度对岩石抗拉强度公式的影响性研究[J].采矿与安全工程学报,2009,26(4):450-454.[11] 尹乾,赵洪辉,邓天慈,等.几何尺寸对岩石抗拉强度影响的试验研究[J].煤矿安全，2014,45(4):17-20.[12] 吴绵拔.加载速率对岩石抗压和抗拉强度的影响[J].岩土工程学报,1982,4(2):97-106.[13] 席道英,谢瑞,张毅,等.加载速率对岩石力学性质及声发射率的影响[C]//中国岩石力学与工程学会岩石动力学专业委员会第四届全国岩石动力学学术会议,1994:19-23.[14] 吕志强.加载速率对煤岩抗拉强度参数影响程度研究[J].煤炭技术,2014,33(10):301-302.[15] 周辉,杨艳霜,肖海斌,等.硬脆性大理岩单轴抗拉强度特性的加载速率效应研究——试验特征与机制[J].岩石力学与工程学报,2013,32(9):1868-1875.。
混凝土圆柱体劈裂试验
混凝土圆柱体劈裂试验引言：混凝土作为一种常用的建筑材料，在工程中承担着重要的结构载荷。
为了确保混凝土的力学性能和结构的可靠性，需要进行一系列的试验研究。
其中，混凝土圆柱体劈裂试验是一种常用的试验方法，用于评估混凝土的抗拉强度和抗裂性能。
本文将详细介绍混凝土圆柱体劈裂试验的目的、原理、试验方法和结果分析。
一、目的：混凝土圆柱体劈裂试验的主要目的是评估混凝土的抗拉强度和抗裂性能。
通过该试验可以确定混凝土的抗拉强度、拉伸模量、裂缝宽度等参数，为混凝土结构的设计和施工提供依据。
二、原理：混凝土在受到拉力作用时，由于其自身的脆性特性，容易产生裂缝。
混凝土圆柱体劈裂试验通过施加垂直于圆柱轴向的拉力，使混凝土发生劈裂破坏。
试验中测定的拉力和裂缝宽度等参数可以反映混凝土的抗拉强度和抗裂性能。
三、试验方法：1. 试件制备：按照规定的尺寸和配比制备混凝土圆柱体试件。
通常采用直径150mm、高度300mm的圆柱体试件。
2. 试验设备：准备好试验机、测量仪器和相应的加载装置。
试验机应具备足够的负荷能力和控制精度。
3. 试验过程：将试件放置在试验机上，垂直于圆柱轴向施加拉力。
根据需要可以进行恒定速度加载或按照一定的加载速率进行加载。
4. 试验记录：在试验过程中，记录试件的加载荷载和变形情况。
特别是当试件发生裂缝时，要记录裂缝的数量、宽度和位置等信息。
5. 试验结束：当试件达到破坏状态或者加载到规定的荷载水平后，停止试验并记录最终的荷载和变形数据。
四、结果分析：根据试验记录的数据，可以对混凝土的抗拉强度和抗裂性能进行评估和分析。
主要包括以下几个方面：1. 抗拉强度：根据试验中的荷载-变形曲线，可以确定混凝土的抗拉强度。
通常采用试验中最大荷载值除以试件的横截面积来表示。
2. 拉伸模量：通过试验中的荷载-变形曲线，可以确定混凝土的初始刚度，即拉伸模量。
3. 裂缝宽度：试验过程中记录的裂缝宽度可以用来评估混凝土的抗裂性能。
裂缝宽度越小，说明混凝土的抗裂性能越好。
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直接拉伸试验
为了进行岩石试样拉伸试验,自行设计了一个压～拉转换 器,通过该压～拉转换器可以将对压～拉转换器的压力转换为对 岩石试样的直接拉伸,使岩样受拉破坏。 岩石的直接单向拉伸试验与金 属材料拉伸试验相类似, 试件及 夹具如图1 所示。将试件置于万 能材料试验机上进行轴向拉伸, 试 件被拉断时的应力值即为岩石的 单向抗拉强度( 简称抗拉强度) , 以 σt表示。 P： 试件被拉断时的拉( kN) ; F： 试件横截面积( cm2) 图1
直接拉伸试验
为了尽量消除由随机接触 间隙引起的误差, 试验前都先 施加一定的(如几十到几百牛 顿) 荷载进行预压,以调整接触 间隙,然后按规定的加载速率 进行试验。试样采用圆柱体, 试样两端面不平行度最大不 超过0. 05 mm ;断面应垂直试 样轴线,最大偏差不超过0. 25 度。
图2 岩样拉伸变形的计算 1 - 钢柱和转换器系统变形;2 - 岩样和转换器系 统变形;3 - 钢柱的变形;4 = (1 - 3) :转换器的变 形;5 = 2 - 4 :岩样的变形。
直接拉伸试验
由于岩石试件在试验过程中所受拉荷载是通过转换器获得的,转 换器受载后本身的变形必然对岩石试验结果产生影响。即在计算机 采集到的位移中除了岩石本身的位移以外,还包含了转换器的位移,这 必须在试验成果整理时加以扣除。为了对试验结果进行修正, 通过对 标准试件进行试验, 修正方法如下:在标准圆柱试件的荷载～位移曲线 中减去对相同荷载下钢柱压缩试验的荷载～位移曲线上的位移值(在 弹性范围内钢柱受压与受拉的荷载～位移曲线是一致的) , 得到转换 器本身的荷载 位移曲线,然后在岩石拉伸试验的荷载～位移曲线中减 去相同荷载下转换器本身的荷载～位移曲线上的位移值,就是岩石试 件的拉伸荷载～位移曲线。
圆盘劈裂法试验
1- 硬质钢丝; 2- 承压板; 3- 圆盘 状岩石试件 图 3 ������ 试件加载方法
换算成岩样中心的拉应力。 式中: σ：岩样抗拉强度(MPa) ; P ：劈裂荷载值( N) ; D：岩样直径(mm) ; L：岩样厚度(mm) 。
两种方法对比分析
通过实验对泥岩和砂岩的直接拉伸试验和劈裂 实验的结果进行分析，就峰值强度均方根而言，劈 裂实验较直接拉伸试验大，说明对砂岩进行抗拉参 数测试时,直接拉伸试验较劈裂试验优越。 岩石系脆性材料, 要将其加工成细长的圆柱体比较费 工, 而且加工成品率很低, 同时要使夹具拉力与试件轴线 保持重合也比较困难, 故目前使用不多。一般情况下, 最 好使用圆盘劈裂试验法, 且应尽量采用圆盘状试件
试分析简单拉伸与劈：
测定抗拉强度的重要性
在地下工程设计和施工中,岩石的抗拉强度是一个非 常重要的力学指标。地下工程围岩体常处于复杂的应力状 态,有的部位则处于压缩应力状态,有的地方处于拉伸应力 状态, 由于岩石的抗拉强度远低于抗压强度,所以围岩总 是从拉应力区开始破坏。因此,正确进行地下围岩体应力 状态区域划分,即破坏危险区的确定是地下工程围岩稳定 性分析评价的关键,而岩石抗拉强度又是确定工程围岩破 坏区的基础资料之一。
圆盘劈裂法试验
圆盘劈裂试验亦称巴西试验(Brazilian test) ,将经 加工的圆盘状试件, 横置于压力机的承压板间,并 在试件的上、下承压板之间各放置一根直径为 2mm的硬质钢丝作为垫条, 垫条须位于与试件垂 直的对称轴面将施加的压力变为线荷载,并使试件 产生垂直于上、下荷载作用方向的张拉力。然后 加载使试件受压, 试件沿径向产生张拉破坏, 以求 其抗拉强度。