【摘 要】
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岩石的力学和变形参数是工程设计的基本依据,其试验测定是最基础的技术问题。虽然相关规范对一般参数的测试和确定规定或推荐了方法,但在实际工程中,还存在很多特殊的问题,需要采用特殊尺寸的试件,无法套用规范做法。岩石多轴试验(双轴或真三轴试验)中常用的立方体试件,加卸载变形破坏过程中端部条件对岩石测试强度具有显著影响。为揭示端部条件的影响,本文开展了大理岩与红砂岩立方体试件的单轴压缩试验。采用4种不同垫层
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岩石的力学和变形参数是工程设计的基本依据,其试验测定是最基础的技术问题。虽然相关规范对一般参数的测试和确定规定或推荐了方法,但在实际工程中,还存在很多特殊的问题,需要采用特殊尺寸的试件,无法套用规范做法。岩石多轴试验(双轴或真三轴试验)中常用的立方体试件,加卸载变形破坏过程中端部条件对岩石测试强度具有显著影响。为揭示端部条件的影响,本文开展了大理岩与红砂岩立方体试件的单轴压缩试验。采用4种不同垫层,共9种工况来研究端部条件对岩石测试强度的影响。试验结果表明,垫层特性对测试强度和破坏特征具有显著地影响。最大测试强度与最小测试强度相差3倍以上,厚度一致时,垫层的刚度越大,被测试件的测试强度越大;对于同一种垫层,当垫层刚度较大时,测试强度与垫层厚度无太大关系,当垫层横向变形模量较小时,垫层厚度越小,被测试件的测试强度越大;垫层横向变形能力降低时(刚度增大或厚度降低),破坏模式由劈裂破坏逐步转变为剪切破坏。为了定量分析端部摩擦效应,采用高径比为2~2.5的圆柱试样开展了对比试验(可近似认为无端部效应影响),定义相对强度和等效横向变形能力两个无量纲参数,基于相对强度和等效横向变形能力给出了不同端部变形条件对测试强度的影响规律。采用静态应变仪测试测量部分试件不同位置应变,通过Digital Image Correlation(DIC)变形场分析,给出了典型垫层条件下(2mm聚四氟乙烯)不同高度处试件横向变形情况。从垫层与岩石横向变形特性匹配的角度来解释消除端部摩擦效应的机理。试验结果为合理评估测试结果的可靠性提供了参考,同时为消除端部摩擦效应提供了新的解决思路。泊松比是一个非常重要的变形参数。然而,相对于变形模量、强度等指标,仅有很少的文献探讨岩石泊松比的测试和取值。为探究泊松比的变化规律,依据规范分析了多种岩石的泊松比。分析发现,无论是割线泊松比还是平均泊松比均随应力水平的提高而增大,将泊松比视为弹性常数的做法值得商榷。当中心点固定为应力为50%单轴抗压强度时,应力区间的大小对平均泊松比的影响甚微,且该值不受加载初期非线性变形的影响,相较于割线泊松比更适合用于描述硬岩的轴向和径向变形关系。软岩的平均泊松比往往在较低的应力水平时即超出理论极限值,其测试和取值方法需要进一步探索。论文的观点对于规范泊松比的测试、取值和使用具有一定的的参考价值。
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