单轴压缩试验成果整理

2007年2月水 利 学 报SH UI LI X UE BAO 第38卷　第2期收稿日期:2006201204基金项目:国家自然科学基金项目(10572064)作者简介:常留红(1979-),女,江苏泰州人,助教,硕士,主要从事水工结构及其材料方面的研究。

E 2mail :claire886@1631com 文章编号:055929350(2007)022*******单轴压缩下水泥砂浆本构关系的试验研究常留红1,陈建康2(11长沙理工大学河海工程学院,湖南长沙　410076;21宁波大学力学与材料科学研究中心,浙江宁波　315211)摘要:为探讨水泥砂浆材料在不同应变率条件下的本构关系,进行了水泥砂浆单轴压缩试验,试验分析得出,砂浆材料是率相关的,砂浆的初始损伤的演化发生在应变值达到017～019倍应力峰值对应的应变值之后。

据此,在标准线性固体模型的基础上,考虑损伤内变量的演化,建立了应变率相关的水泥砂浆的非线性黏弹性损伤模型。

通过数值计算表明,试验数据和本文本构方程的吻合较好。

关键词:水泥砂浆;应变率;黏弹性;损伤演化;本构关系中图分类号:T V43211文献标识码:A1　研究背景随着科技的发展,人们对混凝土的结构、工作环境及使用功能等都提出了更高的要求,如重力式海洋平台、高拱坝、大跨度桥梁等复杂结构,其工作环境和荷载作用也变得复杂多样。

长期以来,人们根据大量的试验在宏观研究尺度下,利用非线性弹性、塑性、断裂损伤力学、内时理论以及细观力学和统计模型等多种途径进行了广泛的研究,提出了一系列本构模型。

基于热力学内变量理论提出了以试验为基础的经验损伤演化规律[1,2],此类研究的方法通常是假定一个损伤变量,然后定义应变能函数,再找出损伤演化规律[3],但此类模型待定参数较多,而且其中的一些参数没有明确的物理意义,使用起来比较繁琐。

考虑材料的细观结构,将断裂力学、细观力学、弹塑性分析方法应用于微裂纹、微空洞的成核和扩展,从而建立材料的损伤演化的物理过程[4,5],这类方法可以较好地处理微缺陷的影响,但其实质上体现的是局部损伤特征,不能反映损伤之间的相互作用及其产生的影响。

《单轴压缩条件下煤体裂隙细观CT探测实验研究》篇一一、引言煤炭作为我国的主要能源之一，其开采过程中的安全问题一直备受关注。

煤体在地下受到多种复杂应力作用，其中单轴压缩是常见的应力状态之一。

煤体在单轴压缩过程中会产生裂隙，这些裂隙的发育和扩展对煤体的力学性质和开采安全具有重要影响。

因此，研究单轴压缩条件下煤体裂隙的细观特征对于了解煤体的力学性质和优化开采工艺具有重要意义。

本文通过细观CT探测技术，对单轴压缩条件下煤体裂隙的发育和扩展进行了实验研究。

二、实验材料与方法1. 实验材料实验所使用的煤样取自某煤矿，经过处理后制成标准试样。

试样尺寸为Φ50mm×H100mm的圆柱形，以满足单轴压缩实验的要求。

2. 实验方法本实验采用细观CT探测技术，对煤体在单轴压缩过程中的裂隙发育和扩展进行实时观测。

具体步骤如下：（1）将煤样放置在单轴压缩实验机中，设置压缩速度和压缩范围。

（2）在实验开始前，使用CT扫描仪对煤样进行初始扫描，获取煤样的初始细观结构。

（3）开始单轴压缩实验，并在实验过程中进行多次CT扫描，记录煤样在压缩过程中的细观结构变化。

（4）分析CT扫描图像，提取煤体裂隙的形态、大小、分布等细观特征。

三、实验结果与分析1. 裂隙发育过程通过CT扫描图像，可以清晰地观察到煤体在单轴压缩过程中裂隙的发育和扩展过程。

随着压缩的进行，煤体内部逐渐出现微小裂隙，这些裂隙随着压力的增大而逐渐扩展、连接，形成较大的裂隙。

最终，当压力达到一定值时，煤体发生破坏，裂隙大量涌现。

2. 裂隙细观特征通过对CT扫描图像的分析，可以提取出煤体裂隙的形态、大小、分布等细观特征。

结果表明，煤体裂隙的形态多样，包括直线状、曲线状、网状等。

裂隙的大小也各不相同，从小尺度微裂纹到较大尺度的宏观裂隙均有出现。

此外，裂隙在煤体内的分布也具有不均匀性，局部地区裂隙密集，而其他地区则相对稀疏。

3. 影响因素分析本实验还探讨了不同因素对煤体裂隙发育的影响。

实验1 常温单轴拉伸实验马 杭 编写单轴拉伸实验是研究材料机械性能的最基本、应用最广泛的实验。

由于试验方法简单而且易于得到较为可靠的试验数据，在工程上和实验室中都广泛利用单轴拉伸实验来测取材料的机械性能。

多数工程材料拉伸曲线的特性介于低碳钢和铸铁之间，但其强度和塑性指标的定义与测试方法基本相同，因此通过单轴拉伸实验分析比较两种材料的拉伸过程，测定其机械性能，在机械性能的试验研究中具有典型的意义，掌握其拉伸和破坏过程的特点有助于正确合理地认识和选用材料，了解静载条件下结构材料的许用应力的内涵。

一、实验目的1.通过单轴拉伸实验，观察分析典型的塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）的拉伸过程，观察断口，比较其机械性能。

2.测定材料的强度指标（屈服极限S σ、强度极限b σ）和塑性指标（延伸率δ和面缩率ψ）。

二、实验设备1.电子万能材料试验机WDW-100A(见附录一)。

2.计算机、打印机。

3.游标卡尺。

图1-1 圆棒拉伸试样简图三、试样材料性能的测试是通过试样进行的，试样制备是试验的重要环节，国家标准GB6397-86对此有详细的规定。

本试验采用圆棒试样，如图1-1所示。

试样的工作部分（即均匀部分，其长度为C l ）应保持均匀光滑以确保材料的单向应力状态。

均匀部分的有效工作长度0l 称为标距，0d 和0A 分别为工作部分的直径和面积。

试样的过渡部分应有适当的圆角以降低应力集中，两端的夹持部分用以传递载荷，其形状与尺寸应与试验机的钳口相匹配。

材料性能的测试结果与试样的形状、尺寸有关，为了比较不同材料的性能，特别是为了使得采用不同的实验设备、在不同的实验场所测试的试验数据具有可比性，试样的形状与尺寸应符合国家标准（GB6397-86）。

例如，由于颈缩局部及其影响区的塑性变形在断后延伸率中占很大比重，同种材料的延伸率不仅取决于材质，而且还取决于试样标距。

按国家标准规定，材料延伸率的测试应优先采用两类比例试样：（1）长试样：0010d l =（圆形截面试样），或003.11A l =（矩形截面试样） （2）短试样：005d l =（圆形截面试样），或0065.5A l =（矩形截面试样）用长试样和短试样测得的断后延伸率分别记做10δ和5δ，国家标准推荐使用短比例试样。

《岩体力学》岩石单轴抗压强度试验一、试验的目的测定岩石的单轴抗压强度R c。

当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，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。

本次试验主要测定天然状态下试样的单轴抗压强度。

二、试样制备1、试料可用钻孔岩心或坑槽探中采取的岩块。

在取料和试样制备过程中，不允许人为裂隙出现。

2、本次试验采用圆柱体作为标准试样，直径为50mm，允许变化范围为48～54mm，高度为100mm，允许变化范围为95～105mm。

3、对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径之比宜为2.0～2.5。

4、制备试样时采用的冷却液，必须是洁净水，不许使用油液。

5、对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石，应采用干法制样。

6、试样数量：每组须制备3个。

7、试样制备的精度。

(1)在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。

(2)两端面的不平行度，最大不超过0.05mm。

(3)端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25°。

三、试样描述试验前的描述，应包括如下内容：1、岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小，风化程度，胶结物性质等特征。

2、节理裂隙的发育程度及其分布，并记述受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。

3、量测试样尺寸，检查试样加工精度，并记录试样加工过程中的缺陷。

试件压坏后，应描述其破坏方式。

若发现异常现象，应对其进行描述和解释。

四、主要仪器设备1、钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。

2、测量平台、角尺、放大镜、游标卡尺。

3、压力机，应满足下列要求：(1)压力机应能连续加载且没有冲击，并具有足够的吨位，使能在总吨位的10%—90%之间进行试验。

(2)压力机的承压板，必须具有足够的刚度，其中之一须具有球形座，板面须平整光滑。

(3)承压板的直径应不小于试样直径，且也不宜大于试样直径的两倍。

如压力机承压板尺寸大于试样尺寸两部以上时，需在试样上下两端加辅助承压板。

第３１卷第１期２　０　１　３年１月水　电　能　源　科　学Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３１Ｎｏ．１Ｊａｎ．２　０　１　３文章编号：１０００－７７０９（２０１３）０１－００５０－０４单轴压缩下煤岩尺寸效应的试验及理论研究王剑波１，２，朱珍德１，２，刘金辉３（１．河海大学岩土工程科学研究所，江苏南京２１００９８；２．河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏南京２１００９８；３．枣庄矿业集团付村煤业有限公司，山东枣庄２７７６００）摘要：为研究尺寸效应对煤岩力学性质的影响，以枣庄矿业集团付村煤矿的煤岩为例，利用ＲＭＴ－１５０Ｂ岩石力学试验系统对９组不同高宽比的立方体煤岩岩样做了单轴压缩试验。

通过对试验数据的拟合分析，得出煤岩岩样尺寸与抗压强度、弹性模量的定量关系式。

同时基于应变等效假设，假定煤岩强度服从Ｗｅｉｂｕｌｌ分布规律，提出煤岩考虑尺寸效应的损伤统计本构模型，与试验结果对比，发现该模型能较好地反映煤岩峰值强度前的应力应变关系，具有一定的合理性。

关键词：单轴压缩；尺寸效应；煤岩；本构模型中图分类号：ＴＵ４５２；ＴＵ４５８＋．３文献标志码：Ａ收稿日期：２０１２－０９－０７，修回日期：２０１２－１０－２２基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３）基金资助项目（２０１１ＣＢ０１３５０４）；深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金资助项目（ＳＫＬＧＤＵＥＫ０９０２）；江苏省２０１１年度研究生培养科技创新计划基金资助项目（ＣＸＺＺ１１－０４２８）作者简介：王剑波（１９８７－），男，硕士研究生，研究方向为岩石力学特性，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｊｂｓｔ１４２７＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 岩石具有尺寸效应，即不同尺寸的岩石物理力学性质存在差别。

自２０世纪３０年代通过试验模拟等方法对岩石尺寸效应进行相关研究，获得了岩石尺寸增大强度的平均值减小、离散程度降低及岩石强度随试样尺寸呈指数型衰减规律的公式等［１～３］。

《单轴压缩条件下煤体裂隙细观CT探测实验研究》篇一一、引言煤炭作为我国的主要能源之一，其开采过程中的安全问题一直备受关注。

煤体在地下受到多种复杂应力作用，其中单轴压缩是常见的应力状态之一。

煤体在单轴压缩过程中会产生裂隙，这些裂隙的发育和扩展对煤体的力学性质和开采安全具有重要影响。

因此，研究单轴压缩条件下煤体裂隙的细观特征，对于了解煤体的力学性质、预测煤体破坏以及指导煤矿安全生产具有重要意义。

近年来，随着计算机技术的快速发展，CT（Computed Tomography）技术在岩土工程领域得到了广泛应用。

CT技术能够无损地探测岩土体的内部结构，并能够以三维立体的形式展示出来。

因此，本文采用CT技术对单轴压缩条件下煤体裂隙的细观特征进行探测研究。

二、实验材料与方法1. 实验材料实验所用的煤样取自某煤矿，经过加工处理后制成标准试件。

试件尺寸为Φ50mm×100mm的圆柱形。

2. 实验方法（1）试件制备：将煤样加工成标准试件，并进行干燥处理。

（2）CT扫描：对干燥后的试件进行CT扫描，记录试件的初始内部结构。

（3）单轴压缩实验：将试件置于单轴压缩实验机中进行压缩实验，同时进行CT扫描，记录试件在压缩过程中的裂隙发育情况。

（4）数据处理：将CT扫描得到的数据进行处理，提取出煤体裂隙的细观特征。

三、实验结果与分析1. 煤体初始内部结构通过CT扫描得到的煤体初始内部结构图像显示，煤体内部存在大量的原生裂隙，这些裂隙的形状、大小和分布都不规则。

这些原生裂隙对煤体的力学性质和开采安全都有重要影响。

2. 单轴压缩过程中煤体裂隙的发育在单轴压缩过程中，煤体试件内部的裂隙逐渐发育和扩展。

随着压力的增大，裂隙的数量和尺寸都逐渐增大。

当压力达到一定值时，试件发生破坏，裂隙迅速扩展并贯通，形成宏观的破坏面。

3. 煤体裂隙的细观特征通过CT技术可以得到煤体裂隙的三维立体图像，从而可以分析出裂隙的细观特征。

实验结果表明，煤体裂隙的形态复杂多样，包括张开型裂隙、剪切型裂隙和混合型裂隙等。

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。

沥青混合料单轴压缩试验(圆柱体法)一. 目的与适用范围1.本方法适用于测定热拌沥青混合料的抗压回弹模量和抗压强度。

按照《公路沥青路面设计规范》(JTJ 014)确定沥青混合料结构层的设计参数时应按本方法执行。

如无特殊规定，用于计算弯沉的抗压回弹模量的标准试验温度为20℃，用于验算弯拉应力的抗压回弹模量的标准试验温度为15℃。

加载速率为2mm／min。

2.本方法适用于直径100mm～2．0mm，高100 mm±2．0mm的沥青混合料圆柱体试件。

二.仪具与材料图1变形量测装置1一试验机台；2-球座；3-试件；4-下压板；5-上压板；6-顶杆；7-千分表或其它变形量测装置。

三.准备工作1.按T 0704用静压法成型沥青混合料试件。

也可从轮碾机成型的板块试件上用钻芯机钻取试件。

试件尺寸应符合直径100mm～2．0mm，高100mm～2．0mm的要求。

如有条件，可采用振动压实或搓揉法成型试件(试件尺寸及成型方法应在报告中注明)。

试件的密度应符合马歇尔标准击实密度100％±1．0％的要求。

2.试件成型后不等完全冷却即可脱模，用卡尺量取试件高度，若最高部位与最低部位的高度差超过2mm时试件应作废。

用于抗压强度试验的试件数不得少于3个，用于抗压回弹模量的一组试件数宜为3～6个。

3.将试件放置在室温条件下24h，用卡尺在各个试件上下两个断面的垂直方向上正确量取试件直径，取四个数的平均值作为试件的计算直径(d)，准确至0．1mm。

4.用卡尺在各个试件的4个对称位置上正确量取试件高度，取四个数的平均值作为试件的计算高度(h)，准确至0．1mm。

5.按规定的方法测定试件的密度、空隙率等各项物理指标。

6.将试件置于规定的试验温度(15 ℃或20℃)的恒温水槽中保温2．5h以上，保温时试件之间的距离应不小于10mm。

此时压板、底座也应同时保温。

在有空调的试验室内测试时，将室温调至要求的温度，试件放置12h以上。

实验：单轴抗压强度试验一、实验目的：测定岩石的单轴抗压强度R c。

当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷于垂直于加载方向的截面积之比。

岩石的单轴抗压强度主要用于岩石的强度分级和岩性描述。

本次试验主要测定天然状态下试样的单轴抗压强度。

二、试样制备：1.试料可用钻孔岩心或槽探中采取的岩块。

在取料和试样制备过程中，不允许人为裂隙出现。

2.本次试验采用长方体作为标准试样，直径为5cm，允许变化范围为4.8~5.4cm，高度为10cm，允许变化范围9.5~10.5cm。

3.对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸，允许采用非标准样式，但高经之比宜为2.0~2.54.制备试样时采用的冷却液，必须是结净水，不许使用油液。

5.对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石，应采用干法制样。

6.试样数量：每组需制备3个。

7.试样制备的精度。

（1）在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm.（2）两端面的不平整度，最大不超过0.05mm.（3）端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25.三、试样描述：实验前的描述：1.沉积岩，岩石颜色：灰白色。

长方体，颗粒中等，风化程度低。

2.试样1：窄面b=48.42mm，宽面a=51.38mm，精度高。

试样2：窄面b=47.50mm，宽面a=48.10mm，精度中等。

试样3：窄面b=45.90mm，宽面a=51.18mm，加工精度低。

加工过程中加工机对岩石加工不整齐，导致最后出现岩石的边缘出现破碎。

并且加工机的刀刃太厚，导致加工的试样大小不一。

3.岩石的破坏形式：沿着岩石的轴线方向破坏。

破坏的程度如下图一号试样二号试样四、主要仪器设备：1.切石机、磨石机和压力机2.测量平台、游标卡尺、直尺3.压力机的要求：（1）应连续加载并且没有冲击，有足够的吨位，能在总吨位的10/100~90/100之间进行实验。

（2）承压板必须具有足够的刚度，板面要平整光滑且是球形座。