大理岩试样的长度对单轴压缩试验的影响
岩石物理性质对单轴抗压强度的影响分析
岩石物理性质对单轴抗压强度的影响分析发表时间：2019-08-27T10:41:20.963Z 来源：《基层建设》2019年第16期作者：武甲衍[导读] 摘要：岩石物理性质的研究对于各种其他工作有着支持作用，可以促进考古工作，地质开发等工作的进行，因而有着重要的意义。
山东正元建设工程有限责任公司山东济南 250014摘要：岩石物理性质的研究对于各种其他工作有着支持作用，可以促进考古工作，地质开发等工作的进行，因而有着重要的意义。
文章分析了岩石的物理性质会对单轴抗压强度产生的影响，希望可以给有关从业人员以启发。
分析岩石胶结方式，块体密度，孔隙率等对岩石单轴抗压强度的影响，为进一步的研究对各类建筑物提供承载力提供参考。
关键词：岩石性质；物理性质；单轴抗压 1、前言文章采用了不同的取样方式来对岩石的物理性质进行确定，随后对其进行单轴抗压分析，通过不同物理性质的岩石在受到单轴压力时的反应来对其单轴抗压强度进行确认。
2、研究背景近年来，许多研究者应用CT技术对岩石的破裂过程进行了研究，自从Withjack在20世纪80年代后期将CT扫描技术应用于地质材料特性研究以来，CT扫描技术便开始广泛地应用于地学和岩土工程领域的研究｡杨更社等旧｡分析了岩石CT图像的CT数分布特征，即无裂隙时CT 数直方图呈现单峰曲线特点，有裂隙或空洞发育时直方图呈现多峰曲线特点｡葛修润等Ho利用三轴加载设备进行了三轴和单轴压缩下的煤岩试件细观损伤扩展情况的CT动态即时扫描试验，实现了不卸载扫描，从细观尺度上证实了岩石的疲劳破坏存在门槛值｡本文采用CT扫描技术研究软岩（黏土岩以下同）和硬岩（大理岩以下同）初始损伤后对其单轴抗压强度的影响｡本试验中计算机断面X一射线CT测试采用长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室的SomatomCT系统､德国西门子公司生产的Sensation40型医用螺旋CT机，空间分辨率40层｡岩石cT 数的定量分析为进一步把CT数和岩石损伤变量联系起来，为定量分析奠定了基础旧J｡CT数越大，岩样受损程度越小；CT数越小，岩样受损程度越大｡用CT对所取得的岩样进行扫描，每个岩样从顶部到底部均匀间隔选取约5个扫描横断面，获得岩样不同横断面上的CT数分布｡对每个断面上的cT数目分布进行统计，按照同心圆的数量进行记录，这一过程是由内向外的，随后获得平均数和方差｡小及其cT数方差的大小，初步确定岩样的损伤范础围及相对损伤程度｡限于篇幅，本文只对软硬岩岩样的最外圈CT数进行统计分析｡除个别岩样外（2号），c孔和D孔各统计圆上的平均CT数都要明显大于Y孔岩样，且从C，D两孔中所取得的各个岩样平均CT数相差不大，而Y孑L中所取得的岩样则波动很大，表明岩样个体差别较大，这说明无损取样C，D两孔中的岩样初始损伤的程度明显比Y孑L岩样低｡统计时发现，岩样的内圈和次内圈也表现出和外圈､中圈类似的规律，说明Y孔岩样整个都受到了较为严重的取样损伤｡通过对无损取样孔和常规取样孔所取得的岩样的CT 扫描分析，可以初步认为，岩样中圈（即cir3，从cirl往里计数）以内的部分较少地受到取样损伤的影响｡基于MTS815岩石力学试验系统，一共进行7个岩样（包括无损取样和常规取样）的单轴压缩试验，从而获取其单轴抗压强度｡从表2可以看到，无损取样的大理岩单轴抗压强度在95.2~107.6MPa之间，平均值为98.4MPa｡常规取样大理岩的单轴抗压强度在95.4—96.3MPa之间，平均值为95.9MPa｡这与cT试验结果是一致的，无损取样的大理岩CT数和单轴抗压强度值均高于常规取样的大理岩的CT数和单轴抗压强度值｡体现了岩石初始受损程度影响其单轴抗抗压强度值｡3、制备试件大南湖矿区选取的试验样品为地质钻孔芯样，岩心直径约5cm，岩性以砂质泥岩､粉砂岩､砂砾岩及细粒砂岩为主，无明显裂隙或解理发育，多为水平层理，产状近水平，无风化，均质性较好，现场采样后及时进行了蜡封，并在运输过程中避免剧烈震荡，故在同一试验条件下，影响抗压强度的其他因素可以得到很好控制｡单轴抗压强度的加工尺寸为Φ50mm×100mm的圆柱体，并用同批试件通过量积法进行块体密度测试，并用破碎机､制样机及分样筛制取岩石颗粒，利用比重瓶法测试岩石颗粒密度，以便计算岩石孔隙率｡4、试验和结果获取岩土初始受损程度对岩石力学性质的影响，采用CT扫描技术对软岩（黏土岩）和硬岩（大理岩）的初始受损程度及其对单轴抗压强度的影响进行了研究｡软岩受损是通过不同的保护条件使岩石受到损伤，硬岩受损是通过取样方式的不同致使岩样受损｡CT扫描试验研究表明混凝土保护条件下受损软岩岩样的cT平均数最高，天然敞露条件下的次之，干湿循环条件下的最低，cT平均数高的对应的岩石单轴抗压强度就越高，CT平均数低的对应岩石单轴抗压强度也越低，受损程度不同的软岩cT平均数呈现一定的规律性｡采用无损取样的硬岩岩样初始损伤的程度明显比常规取样的硬岩岩样初始损伤程度低｡硬岩岩石的初始受损程度影响其抗压强度，无损取样的大理岩cT数和单轴抗压强度值均高于常规取样的大理岩的CT数和单轴抗压强度值｡将试件置于试验机承压板中心，调整球形座，使两端面接触均匀；以每秒0.5MPa的速度加荷至试件破坏，记录破坏载荷｡通过该矿区岩石物理性质及单轴抗压强度结果对比可以看出，沉积岩类的胶结状况与其强度有着密切关系，首先从胶结物成分方面可以看出，硅质胶结的岩石抗压强度最高，而泥质胶结的岩石抗压强度最低，钙质胶结的岩石强度介于硅质与泥质胶结岩石之间；就胶结方式而言，基底胶结的沉积岩石由于其颗粒之间的接触面积较大，岩石较为致密，故而抗压强度最大，孔隙胶结的岩石强度次之，接触胶结的岩石抗压强度最小，多为软岩类｡岩石块体密度与孔隙率通常也会反映其抗压强度，该矿区岩石块体密度约为2000~2700kg/m3，孔隙率从2.7%到22%不等，随着孔隙率的增大岩石易见疏松，故孔隙率的高低与岩石块体密度的大小密切相关｡结果显示，岩石抗压强度随着岩石孔隙率增大，块体密度变小，其抗压强度值也明显变小｡岩石单轴抗压强度对地质钻孔取芯要求较高，鉴于岩石抗压强度与其物理性质的密切关系，可以通过对岩石物理性质的测定，再结合测井结果及岩石沉积条件分析等综合考虑，初步判断岩石抗压强度大小，为接下来的巷道建设及煤矿安全生产提供依据｡过分析软岩在天然敞露试验区､干湿循环试验区以及混凝土3种不同保护条件下试验区受损岩样的CT扫描试验成果，得知天然敞露试验区开挖1m且自然放置4个月后的岩样的平均cT数明显低于开挖后后即时取岩样的cT平均数，这说明岩样的受损程度受长时间的风化作用的影响；通过比较天然敞露保护区､干湿循环保护区及混凝土保护区不同深度处岩块的cT扫描试验成果，结果表明岩样受损程度随深度的增加无显著变化｡且混凝土保护区岩样的CT平均数最高，天然敞露试验区的次之，干湿循环试验区的最低，受损程度不同的黏土岩CT平均数呈现一定的规律性｡通过分析硬岩由于不同取样方式致使岩样受损的CT 扫描试验成果得知：采用无损取样的岩样初始损伤的程度明显比常规取样的岩样初始损伤程度低；岩石的初始受损程度影响其力学性质单轴抗压强度｡无损取样的大理岩CT数和单轴抗压强度值均高于常规取样的大理岩的CT数和单轴抗压强度值｡5、结束语不同物理性质的岩石在单轴抗压强度的表现方面有所不同，其中胶结情况就对岩石有着较高的抗压强度影响，泥质胶结则表现出较弱的强度｡参考文献：[1]杨本生.裂隙面摩擦系数变化对大理岩单轴抗压强度的影响[J].公路与汽运，2019（2）：73-76.[2]韩飞.基于量纲分析的岩石相似材料配比研究[J].煤矿安全，2019，50（3）：44-48.。
安全实验资料
试验一结构的应力——应变试验（岩石的单轴压缩变形试验）一、试验基本原理岩石单轴压缩变形试验是为了测定试件在单轴压缩应力条件下的纵向应变值及横向应变值，据此计算岩石的弹性模量和泊松比。
当在进行岩石单轴压缩变形时，记录下应力与相应的应变值，即可得到岩石的应力一应变曲线。
根据有关定义：应力．应变在屈服应力以下任一点的切线斜率称为切线弹性模量；在屈服应力以下，直线段起点和终点连线的斜率被称为岩石的平均弹性模量；某一点的应力到曲线起点的连线的斜率称为岩石割线弹性模量。
岩石由单轴压缩变形试验求得的弹性模量和泊松比是岩石变形特性的最基本参数。
在进行各种计算时，这两个参数必不可少。
尤其是在采用各种数值计算方法评价岩体的稳定性和分析岩体内的应力分布时，显得更为重要。
岩石的弹性模量和泊松比与岩石的单轴抗压强度一样，也将受到许多试验条件、试验环境和不同岩性的影响。
但是，弹性模量和泊松比并不像岩石单轴抗压强度对这些因素那么敏感，且并不具有很明显的规律性。
在实际的工程中，岩石的平均弹性模量和岩石的割线弹性模量(通常用岩石单轴抗压强度值的一半求其割线模量)以及与其各自相对应的泊松比应用最多。
在某些特殊的条件下，也可按不同的应力水平确定其弹性模量和泊松比。
二、试验设备1．惠斯顿电桥、万用表、兆欧表。
2．电阻应变仪。
3．其他设备，包括岩石单轴压缩试验中有关岩样加工的设备。
三、试验要点(一)本节所介绍的试验方法适用于能加工成形的岩石。
(二)岩石单轴压缩试验所采用的试件，应满足单轴抗压强度试验中有关试件尺寸、试件加工精度等规定；且应对其进行包含相同内容的试件描述。
(三)岩石单轴压缩变形试验按下述程序进行：1．粘贴电阻应变片(1)在试件中部选定粘贴电阻应变片的位置，清洗试件贴片处的表面。
贴片处应避开裂隙或斑晶。
(2)选择电阻应变片：电阻片阻栅长度应大于岩石颗粒的10倍，小于试件的半径；同一试件所选定的工作片与补偿片的规格、灵敏系数等应相同，电阻值相差应不大于±0.2。
单轴压缩下两种脆性岩石强度及声发射特性的试验研究
单轴压缩下两种脆性岩石强度及声发射特性的试验研究1. 前言脆性岩石是在单轴压缩下易于发生断裂的岩石类型。
在工程施工中，对脆性岩石的强度和声发射特性进行测试和研究非常重要。
本文将介绍单轴压缩下两种脆性岩石的强度测试和声发射特性，以期为相关领域的研究提供参考。
2. 实验过程本次实验选取了两种不同类型的脆性岩石：大理石和片岩。
实验采用了单轴压缩的方法，采用了研究中较为常用的试验设备进行测试。
在实验中，首先对两种岩石进行外观检查和密度测试，以确定其物理性质。
然后，在压缩试验机中将岩石样本置于加载平台上，应用不断增加的压力进行测试，当压力达到最大值或者岩石样本破裂时结束测试。
在测试过程中，利用声发射传感器对岩石样本进行声发射测试。
为了确保实验的可靠性，我们重复了多次压缩试验，每次测试的岩石样本都是从同一块岩石中切割出来的。
并且，在测试不同岩石样本时，我们也针对每个样本进行了多次测试。
3. 实验结果在测试过程中，我们记录了每个样本在压力达到最大值时的断裂压力、压缩强度、变形模量和声发射特性。
下面分别对大理石和片岩的测试结果进行介绍。
3.1 大理石在大理石的测试中，我们测得了其断裂压力为120MPa，压缩强度为90MPa，变形模量为50GPa。
此外，我们也记录了不同压力下的声发射数据。
实验结果表明，大理石的声发射响度随着压力的增加而增大。
3.2 片岩在片岩的测试中，我们测得了其断裂压力为70MPa，压缩强度为50MPa，变形模量为30GPa。
我们也记录了片岩在不同压力下的声发射数据。
实验结果表明，片岩的声发射响度随着压力的增加而增大，但其增长速度比大理石要慢。
4. 结论通过本次实验，我们可以得出以下结论：1. 大理石和片岩在单轴压缩下的断裂压力、压缩强度、变形模量等性质存在明显的差异。
2. 随着压力的增加，两种岩石的声发射响度均呈现出逐渐增大的趋势，并且大理石的增长速度比片岩要快。
这些结论对于相关领域的研究和工程实践都具有一定的参考价值，可为岩石工程设计和岩石管理提供一定的依据。
岩石单轴压缩变形与单轴抗压强度
岩石单轴压缩变形与单轴抗压强度下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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完整岩石的强度和强度准则_尤明庆
料薄片 ， 即可使强度随试样长度减小而恒定或稍有减小 ． 岩石试样直径应达到最大矿物颗粒 尺 度 的 ２ 且最好不小于５ 长 度 应 为 直 径 的 ２～３ ０ 倍 以 上， ０ ｍｍ； 倍 不过 ， 同批标准试样之间 有 时 仍 差 异 显 著 ， 而钻孔取芯获得的试样因地应力作用可能产生新的裂 ． １ ３］ 隙； 沉积岩中钻孔深度的不同意味着沉积时间不同 ， 试样强度离散程度更大 ［ ．
［ １ ２］ １ ４］ １ ５］ 地震观测 ［ 和 室 内 试 验［ 都 确 认， 岩
１． １ 大理岩的卸载强化 石 断 层 或 节 理 在 滑 移 之 后， 其强度会有所 增加 ， 主要机理是 压 力 溶 解 ； 干燥状态的大 理岩试样循环加 载 过 程 中 也 可 能 表 现 出 明
１ ６］ 显的强化 特 征 ［ 这与与金属材料的屈服 ．
所有试样外径为 ５ 长度为 １ ０ｍｍ 的孔道试样 ． ０ｍｍ， ０ ０ｍｍ． 注 ：＊ 内径 １
应变ε 更多的试验结果参 了内径 １ ０ｍｍ 的孔道试样围压σ ０ＭＰ ａ下压缩的轴向应力σ ３ 为０和４ １－ １ 曲线 ，
） ） 图 １ 含直径 １ 和外围压 ４ 压缩的轴向应力 －应变曲线 ０ｍｍ 孔道细晶大理岩试样单轴 （ ａ ０ＭＰ ａ下 （ ｂ
大理岩晶粒之间多为裂隙 ， 轴向压缩 时 晶 粒 局 部 接 触 应 力 远 高 于 名 义 应 力 ， 试样达到峰值应力之前 形成的碎屑在卸载时可能脱落 ， 充填到附近的空隙 ． 局部的接触变形和破坏也 是 接触处已出现局部破坏 ， 岩石产生塑性变形的原因 ． 卸载后再次加载时 ， 颗粒之间接触状态的改善增加了摩擦 ， 有助于岩石承载 能 也引起再加载时杨氏模量的显著增加 ． 从 图 １（ 可 以 看 到， 再 加 载 至 卸 载 点 时， 岩石具有更大 力的提高 ， ｂ） 的抵抗变形能力 ． 卸载引起岩石承载能力的强化与疲劳破坏是两个不同的概念 ． 前者根源于岩石的剪切摩擦的承 载 特 强化的是与摩擦相关的承载能力 ， 并 非 材 料 强 度． 而周期性循环加载造成材料强度的逐步劣化， 即疲 性，
岩石单轴压缩强度.
岩 石 的 强 度
强度 Strength：缺乏明确的定义。一般指岩石达到 破坏过程中所能承受的最大载荷。
强度：岩块、结构面和岩体
强度：与加载方式有关 抗压强度，拉伸强度，剪切强度 强度还与应力状态有关，单向加载，三向加载等 强度也与加载的时间有关， 准静态强度， 长期强度，冲击强度等
3.单向压缩试件的破坏形态
破坏形态是表现破坏机理的重要特征； 其主要影响因素：①应力状态 ②试验条件
破坏形态有两类： （1）圆锥形破坏 原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端 部效应）， 在工程中也会出现。
（2）柱状劈裂破坏 张拉破坏（岩石的抗拉强度远小于抗 压强度） 是岩石单向压缩破坏的真实反映（消 除了端部效应） 消除试件端部约束的方法 润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油 在端部） 加长试件
煤 样 强 度 的 离 散 性
150 120
Байду номын сангаас
150 120
σ 1／MPa
90 0.8 60 1.4 30
L / D = 2.0
σ 1／MPa
90 60 30
L / D = 0.6
0.5
0.6 0.6
1.0
0
0.3
0.6 ε 1／10 -2 图 2.25
0.9
1.2
0
0.4
0.8 ε 1／10 -2
1.2
1.6
不同长度的试样单轴压缩的全程曲线
（1）承压板端部的摩擦力及其刚度（加垫块的依据）
140
◆ 没有减摩垫片
120
■ 减摩垫片
100
A
80
利用塑料 垫片与否 不同长度 试样单轴 压缩强度
《岩体力学》课后习题附答案
《岩体力学》课后习题附答案一、绪论岩体力学：研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的科学。
.二、1．从工程的观点看，岩体力学的研究内容有哪几个方面？答：从工程观点出发，大致可归纳如下几方面的内容：1）岩体的地质特征及其工程分类。
2）岩体基本力学性质。
3）岩体力学的试验和测试技术。
4）岩体中的天然应力状态。
5）模型模拟试验和原型观测。
6）边坡岩体、岩基以及地下洞室围岩的变形和稳定性。
7）岩体工程性质的改善与加固。
2．岩体力学通常采用的研究方法有哪些？1）工程地质研究法。
2）试验法。
3）数学力学分析法。
4）综合分析法。
二、岩块和岩体的地质基础一、1、岩块：岩块是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。
有些学者把岩块称为结构体、岩石材料及完整岩石等。
2、波速比k v：波速比是国标提出的用来评价岩的风化程度的指标之一，即风化岩块和新鲜岩块的纵波速度之比。
3、风化系数k f：风化系数是国标提出的用来评价岩的风化程度的指标之一，即风化岩块和新鲜岩块饱和单轴抗压强度之比。
4、结构面：其是指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度、厚度相对较小的地质面或带。
它包括物质分异面和不连续面，如层面、不整合、节理面、断层、片理面等，国内外一些文献中又称为不连续面或节理。
5、节理密度：反映结构发育的密集程度，常用线密度表示，即单位长度内节理条数。
6、节理连续性：节理的连续性反映结构面贯通程度，常用线连续性系数表示，即单位长度内贯通部分的长度。
7、节理粗糙度系数JRC：表示结构面起伏和粗糙程度的指标，通常用纵刻面仪测出剖面轮廓线与标准曲线对比来获得。
8、节理壁抗压强度JCS：用施密特锤法（或回弹仪）测得的用来衡量节理壁抗压能力的指标。
9、节理张开度：指节理面两壁间的垂直距离。
10、岩体：岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构，赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。
岩石抗拉试样尺寸
岩石抗拉试样尺寸
岩石抗拉试验是用于测定岩石材料在拉伸加载下的强度和变形性能的一种实验。
试样的尺寸在一定程度上会影响实验结果，以下是一般用于岩石抗拉试验的标准试样尺寸：
1.标准尺寸
1.1长度（L）：通常试样的长度（L）在150 mm至300 mm范围内，具体的长度可根据试验标准和具体的岩石性质而定。
1.2 直径（D）：试样的直径（D）通常在30 mm至50 mm之间，这同样取决于具体的试验标准和岩石的特性。
2.形状和几何要求
2.1.形状：试样通常为圆柱形，这是因为在拉伸试验中，圆柱形试样的应力分布比较均匀，便于实验的进行。
然而，一些标准可能也允许其他几何形状的试样。
2.2.表面平整度：试样的表面应该是平整且垂直于试样轴线的。
表面的平整度对于获得准确的试验结果非常重要。
3.试验准备
3.1.朝向：在进行岩石抗拉试验时，试样应该被准确地定向。
通常，试样的长轴应该与岩石的主要裂缝或裂隙朝向一致。
3.2.制备精度：制备试样的过程需要非常小心，确保试样表面平整，直径均匀，以及试样的两端平行。
4.注意事项
4.1.温度和湿度：试验室内的温度和湿度应该在试验标准规定的范围内，以确保试验结果的准确性。
4.2加载速率：试验标准通常规定了加载速率，这是在试验中应用的拉伸速度。
这个速度对于测试结果的解释和比较是至关重要的。
请注意，以上尺寸和要求是一般性的指导，具体的尺寸和要求可能会根据所采用的试验标准和特定的岩石类型而有所不同。
在进行具体的岩石抗拉试验之前，需查阅相关的试验标准，以确保正确的试样尺寸和几何形状。
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第23卷第22期岩石力学与工程学报23(22)：3754～3760 2004年11月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov.，2004 大理岩试样的长度对单轴压缩试验的影响＊尤明庆苏承东(河南理工大学资源与材料工程系焦作 454159)摘要相同直径试样的单轴压缩强度随长度的减小而增加，而使用柔性垫片强度则随长度的减小而减小，表明试验机压头与试样端面之间存在摩擦，其影响程度随岩性而变化。
2块粒径为0.5～1 mm的细晶大理岩，试样长度对强度的影响相同，长径比为1时强度是标准长度试样的130%，长径比为0.6时增大到150%以上。
但两者的强度、杨氏模量不同，且强度较高者存在圆锥破裂面，强度较低者呈平面剪切破裂，破坏形式都与试样长度无关。
粒径为5 mm的粗晶大理岩，试样强度随长度变化不很明显，长径比小于2.5的试样的峰后应力降低过程大体相似。
这与裂纹扩展受晶粒影响较大、缺少明显的主控破裂面有关。
利用厚度为0.5 mm的聚四氟乙烯垫片(使用前预压两次)，直径为50 mm、长度小于50 mm的试样也能得到标准试样的单轴压缩强度。
不过，试样长度减小时端面质量对强度和杨氏模量的影响增大。
关键词岩石力学，单轴压缩，试样长度，端部效应，强度，柔性垫片分类号TU 458+.3 文献标识码 A 文章编号1000-6915(2004)22-3754-07EFFECT OF LENGTH OF FINE AND COARSE CRYSTAL MARBLE SPECIMENS ON UNIAXIAL COMPRESSION TESTSYou Mingqing，Su Chengdong(Department of Resource and Material Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454159 China)Abstract The uniaxial compression strength of marble specimens with diameter of 50 mm increases with their length shortening，but the strength will decrease when soft cushions are used between the specimen ends and loading heads of testing machine. It shows that there is friction at the specimen ends. However the friction effect varies with characteristics of rock. For the two marble blocks of fine crystal with grain size of 0.5～1 mm，the relations of specimen lengths to the uniaxial strength are the same. The strength increases to 130% when the ratio of length to diameter decreases from 2 to 1，and the strength increases to more than 150% when the ratio decreases to 0.6. But the two marble blocks have different strength and Young′s modulus. The specimen with higher strength has failure crack in cone shape and the other has failure crack in plane. For the marble blocks of coarse crystal with grain size of 5 mm，the influence of their length on the strength is not apparent. The stress-strain curves are very similar after the peak stress of specimens with the ratio of length to diameter smaller than 2.5. For a specimen with diameter of 50 mm and length shorter than 50 mm，the uniaxial compression strength can also be obtained by using soft plastic cushion，which is 0.5 mm in thickness and compressed two times before use. However，as its length gets shorter，the influence of the quality of specimen ends on the strength and Young′s modulus becomes greater.Key words rock mechanics，uniaxial compression，specimen length，end effect，strength，soft cushion2003年7月17日收到初稿，2003年9月5日收到修改稿。
* 河南省创新人才基金资助项目。
作者尤明庆简介：男，1964年9月生，博士，1984年毕业于复旦大学数学系，现任教授，主要从事岩石力学方面的教学与研究工作。
E-mail：第23卷第22期尤明庆等. 大理岩试样的长度对单轴压缩试验的影响 • 3755 •1 前言15世纪的Leonardo da Vinci称“在粗细相同的绳索中，最长的意味着最不结实。
绳索越短，就会越结实”。
而Galileo Galilei拒绝这一夸张性的结论，认为在一条长绳的不同点剪短该绳，肯定不会使剩余部分变得更结实[1]。
不过关于岩石试样尺寸对强度的影响，在文献中有相互矛盾的看法[2]。
岩石材料具有极端的非均质性，试验机加载也难以保证岩样内应力均匀，产生各种不同结论是可以理解的。
形状相同、尺寸不同试样之间的力学性质差异，当然是岩石非均质性的宏观体现[3]；而直径相同、长度不同试样之间的力学性质，如强度、变形和破坏特征的差异固然与岩石非均质性有关，但试验机压头与岩石试样端部的摩擦作用不容忽视。
由于确定试样长度对强度的影响机理和程度，在理论和应用方面均具有重大意义，学者们在室内试验和数值计算等方面进行了广泛研究[4～6]。
试验规程通常要求或建议试样长径比达到2～3。
不过，岩块尺寸或岩芯长度有限，且内部含有各种裂隙，有时制备试验规程所要求的试样尺寸和试样数量比较困难，可能采用较短的试样进行试验，而对这种条件下的试验结果如何处理和利用，尚没有明确的认识。
本文对大理岩试样长度与强度的关系进行了试验研究，通过垫加聚四氟乙烯(PC)垫片的对比试验确认了端部摩擦的作用，讨论了不同晶粒大理岩端部摩擦效应的差异和试样长度与强度的回归公式，分析了2种不同的试样破坏形式。
在所有的试验中，承压板与试样之间插入了直径为51 mm、高径比为0.5以上的刚性垫块，避免几何尺寸不匹配引起试样内不均匀三向应力[7，8]。
2 不同长度试样单轴压缩试验2.1 试样端部的加工质量从岩块钻孔得到的圆柱经圆盘锯切割之后，必须对端面进行磨削。
作者采用的磨床具有2个平行的旋转砂轮，试样在作往复运动时同时加工2个端面，砂轮通过手动进给。
利用百分表测量试样的端面，表针指数变化最大达0.05 mm，即不平整度小于0.05 mm。
由于加工设备的限制，这一精度难以改变。
如果加工不够仔细还会稍大一些。
不过各个规程对试样加工质量的要求不很相同。
文[8]要求“试件两端面的不平整度允许偏差为±0.05 mm”。
文[9]要求“试件两端面不平行度不得大于0.01 cm”，与文[8]相同。
而文[10]要求“试件两端面不平整度误差不得大于0.05 mm”，精度提高一倍。
文[11]要求“(试件)两端面不平行度误差，最大不超过0.05 mm；端面不平整度误差，最大不超过0.02 mm”。
这似乎更为准确，因为即使试样两端面不平行度较大，只要端面本身具有较好的平面度，那么试验机球头的调整可以使压头与试样端部均匀接触，而不平整度是不能利用球头来调整的。
国际岩石力学学会(ISRM)对单轴压缩试验建议方法草案称“The ends of the specimen shall be flat to ±0.01 mm”[12]，这与文[11]相当。
其译文(文[13])称“试件两端必须加工至±0.001 mm的平整度”，其中数字印刷有误，相差10倍。
不过，现在机械形位公差中，对平面之间的关系有平行度，对表面质量有粗糙度、波纹度、平面度等概念，并不使用“不平整度”这一名称。
这些都是对标准长度试样而言的。
不过，试样长度较小时压缩变形量也减小，端面加工质量的影响相对增大。
因而部分长径比小于1的试样初期非线性变形显著，平均模量偏低。
这对强度也有一定的影响。
笔者认为，应根据试样达到峰值强度时的压缩变形量确定试样的端部加工质量。
如花岗岩、大理岩试样，其峰值变形差别显著，前者应该有更高的加工质量。
当然具体结果还与试验机球头调整有关，后面将作具体说明。
2.2 试样端部摩擦对单轴压缩结果的影响试验用大理岩来自河南省南阳市南召县某采石场，主要矿物成分为方解石、白云石和菱镁矿，白色，质地均匀，无明显缺陷。
从粒径为0.5～1 mm 的细粒变晶结构同一岩块，加工成直径49 mm、长度28.8～101.2 mm试样进行单轴压缩试验，加载速率为0.000 5～0.002 mm/s，使不同长度的试样的应变率都大致保持在20×10－6s－1。
长度为100.1～101.2 mm的试样共6个，3个试样直接进行单轴压缩，强度为82.5～86.9 MPa；3个试样端部垫加0.5 mm厚聚四氟乙烯垫片，强度为75.9～79.9 MPa。
图1是4个试样的应力-应变全程曲线，另2个试样的应力-应变曲线在后面的图2(a)，3(a)中给出，其长径比L/D = 2。