下载文档原格式
巴西劈裂试件尺寸标准嘿，你知道吗？巴西劈裂的“神秘尺寸密码”嘿，朋友们！想象一下，在材料科学的奇妙世界里，就像超级英雄要有量身定制的酷炫装备一样，巴西劈裂试件也有它的“专属尺寸标准”，要是不搞清楚，那实验结果可能就像没头苍蝇一样乱撞，让人摸不着头脑啦！**“标准尺寸：精确的科学铠甲”**在这神奇的材料科学领域里，巴西劈裂试件的标准尺寸可不是随便定的，那简直就是一套“精确的科学铠甲”！“你可别小瞧这尺寸标准，它就像为材料量身打造的黄金战衣，尺寸不对，实验结果能靠谱吗？绝对不能！”比如说，试件的直径和厚度都有严格的规定范围，直径一般要在 50mm 到 150mm 之间，厚度要在直径的 0.5 到 1 倍之间。
这就好比给运动员选鞋子，尺码不合适，怎么能跑出好成绩呢？举个例子，如果试件直径太小，受力就不均匀，就像一个小孩非要去举大人才能举得动的杠铃，结果肯定惨不忍睹！而合适的尺寸能让我们更准确地了解材料的抗拉性能，就像给材料做了一次全面而精准的“体检”。
**“尺寸比例：和谐的力学舞蹈”**“尺寸比例那可是一场和谐的力学舞蹈！”试件的直径和厚度之间的比例关系，那可有着大学问。
这比例就像是舞蹈中舞者的步伐和节奏，必须协调一致，才能跳出优美的舞姿。
如果厚度过大，就像一个胖子在狭窄的舞台上跳舞，施展不开；厚度过小呢，又像一个瘦子在大风中摇摆，站都站不稳。
比如说，当直径为 100mm 时，厚度选择 50mm 到 100mm 之间较为合适。
这样的比例能让试件在实验中更好地承受荷载，展现出材料真实的力学性能，就像舞者在完美的节奏中展现出最动人的姿态。
**“精度要求：毫米级的精细雕琢”**“精度要求简直就是毫米级的精细雕琢！”在巴西劈裂试件尺寸标准中，精度的要求那可是极其严格的。
这精度就像是雕刻大师手中的刻刀，每一刀都要精准无误。
哪怕是小小的几毫米误差，都可能让实验结果“谬以千里”！比如，直径的测量误差要控制在 1mm 以内，厚度的测量误差也要在 1mm 以内。
混凝土立方体劈拉强度尺寸效应试验研究谢胜涛;申粘红;韩双双;吴晨【摘要】为研究混凝土立方体劈裂抗拉强度尺寸效应现象，开展了不同强度等级边长的立方体试块劈裂抗拉试验，揭示了混凝土立方体劈裂抗拉强度尺寸规律，研究结果表明：不同强度等级下混凝土立方体劈裂抗拉强度均存在尺寸效应现象，强度等级越高，劈裂抗拉强度尺寸效应越显著。
%To research the phenomenon that splitting cleavage strength of concrete cube size effect. It launches splitting tensile strength test of cube components with different strength degree and different side length,and demonstrates splitting tensile strength size and law of concrete cube. The results prove that in the difference strength,there are splitting cleavage strength of concrete cube size effect,and the higher strength grade, the phenomenon become more apparent.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2016(042)013【总页数】2页(P116-117)【关键词】混凝土;劈裂抗拉强度;尺寸效应;强度等级【作者】谢胜涛;申粘红;韩双双;吴晨【作者单位】防灾科技学院，河北三河 065201;防灾科技学院，河北三河065201;防灾科技学院，河北三河 065201;防灾科技学院，河北三河 065201【正文语种】中文【中图分类】TU528混凝土材料是土木工程中最常用的建筑材料，由于原材料来源广泛、价格低廉、耐久性优良、便于施工、能适应各种不同的用途和使用环境等诸多优点，在工程结构中得到广泛应用。
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. Overview of karst geo-environments and karst water resources in north and south China[J]. Environ Earth Sci, 2011,64:1865-1873.[3] 中华人民共和国水利部.水利水电工程岩石试验规程[M].北京:中国水利水电出版社,2001:32-33.[4] Guo H, Aziz N I, Shmidt L C. Rock fracture toughness determination by the Brazilian test[J]. 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.。
不同岩石巴西劈裂强度的尺寸效应徐燕飞;赵伏军;王国举;周升民【期刊名称】《矿业工程研究》【年(卷),期】2012(027)004【摘要】通过对3种厚度在20-50mm不等的圆柱形岩石试样进行巴西劈裂试验，采用统计和回归的方法分析了试样厚度对岩石劈裂强度的影响，得出单轴抗压强度越大的岩石，巴西劈裂强度的尺寸效应越明显；不同岩石劈裂强度的尺寸效应各有不同，白色大理石劈裂强度随试样厚度增加呈线性减小，硅质砂岩劈裂强度随试样厚度增加呈线性增大，炭质泥岩劈裂强度随厚度增加呈指数增大．拟合这3种岩石劈裂强度与厚度关系的函数，相关系数都在0．99以上．试验结果还表明，不同岩石劈裂时横向应变和轴向应变也受试样厚度的影响，存在明显的应变尺寸效应．【总页数】6页(P7-12)【作者】徐燕飞;赵伏军;王国举;周升民【作者单位】湖南科技大学能源与安全工程学院,湖南湘潭411201;湖南科技大学能源与安全工程学院,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;湖南科技大学能源与安全工程学院,湖南湘潭411201;山西潞安集团左权佳瑞煤业有限公司,山西晋中032600【正文语种】中文【中图分类】TD315【相关文献】1.岩石巴西劈裂强度与裂纹扩展颗粒尺寸效应研究 [J], 黄彦华;杨圣奇;鞠杨;周小平;赵坚2.红砂岩巴西劈裂强度和极限应变的尺寸效应 [J], 李颖;王贾博3.固井水泥石巴西劈裂强度尺寸效应试验 [J], 温曹轩;陈美杰;吴羿君;潘博翔;杨婷娟;高源;贾善坡4.砂岩巴西劈裂抗拉强度的尺寸效应研究 [J], 徐快乐; 刘聪颖; 倪鑫; 朱余; 宛良朋; 邓华锋5.基于颗粒流的巴西劈裂抗拉强度的尺寸效应研究 [J], 窦浩宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
巴西劈裂法实验总结巴西劈裂法实验是一种常用的材料力学实验方法，用于测定材料的断裂韧性。
本文将对巴西劈裂法实验进行总结，包括实验原理、实验步骤、实验结果分析等内容。
一、实验原理巴西劈裂法实验是一种静态力学实验方法，主要用于测定岩石、混凝土等材料的断裂强度和断裂韧性。
实验原理基于材料在拉伸过程中的断裂特性，通过施加一个压力垂直于材料的力，使材料产生横向拉伸破坏，从而测定材料的断裂强度和断裂韧性。
二、实验步骤1. 准备实验材料：选择合适的岩石或混凝土样品，并将其切割成规定尺寸的圆盘状。
2. 安装试样：将试样放置在实验机的夹具上，并保证试样的对称性和垂直性。
3. 施加压力：在试样的两个平行表面上施加垂直于试样轴线的压力，逐渐增加压力直到试样发生破坏。
4. 记录实验数据：记录在破坏前后施加的压力值，并测量试样的断裂面积。
5. 分析实验结果：根据实验数据计算出试样的断裂强度和断裂韧性。
三、实验结果分析巴西劈裂法实验得到的实验结果主要包括断裂强度和断裂韧性两个指标。
1. 断裂强度：断裂强度是指试样在破坏前所能承受的最大压力值。
通过实验数据的分析计算得到断裂强度，可以用于评估材料的抗压能力。
2. 断裂韧性：断裂韧性是指试样在破坏过程中所吸收的总能量。
通过实验数据的分析计算得到断裂韧性，可以用于评估材料的耐久性和抗冲击能力。
实验结果分析可以通过多次实验取平均值，以提高结果的准确性和可靠性。
同时，还可以对不同材料进行比较，评估其断裂特性的差异。
巴西劈裂法实验的优点是实验过程简单、操作方便，能够对材料的断裂特性进行较准确的评估。
但也存在一定的局限性，例如实验结果受到试样几何形状的影响，需要进行合理的试样设计和选择。
总结：巴西劈裂法实验是一种常用的材料力学实验方法，通过施加垂直于材料轴线的压力，测定材料的断裂强度和断裂韧性。
实验结果可用于评估材料的抗压能力、耐久性和抗冲击能力。
实验过程简单、操作方便，但需要注意试样几何形状对实验结果的影响。
第50卷第10期 辽 宁 化 工 Vol.50，No. 10 2021年10月 Liaoning Chemical Industry October，2021收稿日期： 2021-03-11 套管组合测井找漏技术及应用张金海1，周锦钟2，王中涛1，郑小敏1，李宁1，李桂山1，刘怡辰1（1. 中国石油集团测井有限公司生产测井中心，陕西 西安 710200；2. 中国石油青海油田勘探开发研究院，甘肃 敦煌 736202）摘 要： 套管破损或漏失等问题直接影响油气水井正常生产，国内各大油田先后开展了一系列的套损井治理及检测工作。
其中在套损出水井破损点位置确定过程中，考虑井筒流体不流动时，单一的测试手段难以检测出流量漏失变化情况，层内剩余油潜力难以被有效挖潜。
通过油井临时改注，采用套管组合测井找漏技术，能准确判断并识别出水点位置，达到降水出油的效果。
以长庆油田套损出水井为实例，通过生产测井组合技术进行套损井出水位置的精确判识，并实施有效综合治理，从而提高单井产量。
该技术目前应用效果较好，具有推广意义。
关 键 词：套损井；找漏；生产测井；综合治理中图分类号：TE358.3 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2021）10-1532-05随着油田开发时间的延长，油水井受固井质量变差、腐蚀等影响[1]，不同程度的套损现象不可避免地发生[2]，在生产过程中受多种因素（如油套管材质、工艺改造等）影响，长期使用的套管容易出现穿孔漏失现象[3]。
国内外学者针对工程危害的套损机制、固井技术及防治措施等展开相关研究[4-5]，叶翠莲[6]等对套管磨损剩余强度做了有限元分析，石岩[7]等对浅层套管漏失井监测与治理进行了相关研究，周生福[8]等对井筒封隔器工具等影响因素和对策进行了相关研究，温曹轩[9]等、吴宏杰[10]等、谢荣华[11]等、刘子平[12]等通过固井质量及超声波技术对套管受损性和井筒完整性评价做了相关研究。
岩石巴西劈裂强度与裂纹扩展颗粒尺寸效应研究黄彦华;杨圣奇;鞠杨;周小平;赵坚【摘要】基于一组经室内巴西试验结果标定的类岩石材料细观参数,通过颗粒流程序(PFC)建立圆盘试样离散元模型,对含不同颗粒粒度中心直切槽圆盘试样进行巴西劈裂模拟,分析颗粒尺寸对荷载-位移曲线、拉伸强度和破裂模式的影响,揭示裂纹扩展过程中细观力场、微裂纹以及能量演化规律.研究结果表明:切槽圆盘试样荷载-位移曲线可分为单峰值(type Ⅰ)、峰值之后软化(type Ⅱ)以及峰值之后强化(type Ⅲ)3种;切槽圆盘试样拉伸强度显著比完整圆盘的低,降幅与切槽倾角和颗粒半径相关;当切槽倾角不变时,拉伸强度总体上随着颗粒半径的增大而增大;而当颗粒半径不变时,拉伸强度随着切槽倾角的增大而减小;当切槽倾角相同时,不同颗粒半径中心直切槽圆盘试样破裂模式显著不同,颗粒尺寸主要影响中心直切槽圆盘试样次生裂纹的萌生和扩展;边界对试样作的功首先用于克服颗粒间黏结以产生裂纹,裂纹在应变能的作用不断扩展,在裂纹产生之后,摩擦能才开始起作用;颗粒的运动程度很低,因此动能很小;边界能与抗拉强度总体上呈正比关系,即边界能越大,拉伸强度越大.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(047)004【总页数】10页(P1272-1281)【关键词】岩石力学;巴西试验;中心直切槽圆盘;颗粒尺寸效应;颗粒流【作者】黄彦华;杨圣奇;鞠杨;周小平;赵坚【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州,221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221116;重庆大学土木工程学院,重庆,400045;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221116;莫纳什大学土木工程系,墨尔本,VIC 3800【正文语种】中文【中图分类】TU45岩石的力学行为会随着岩样尺寸的不同而改变，即岩石具有显著的尺寸效应。
混凝土立方体试件劈裂抗拉强度尺寸效应研究摘要：混凝土结构构件局部承压实验，表明由于混凝土包络面的作用，混凝土的抗压强度增加。
尺寸效应在钢筋混凝土断裂力学中起到重要影响，尽管设计规范提出了具体的标准来防止承载破坏，但并没有考虑到尺寸效应。
研究集中载荷作用下测试尺寸范围为1:4六大系列混凝土立方体试件。
用Bazant 尺寸效应律分析了实验得到的极限荷载，结果与文献中的实验数据进行了比较。
总之，观测到的尺寸效应数据很好的吻合了尺寸效应规律。
关键词：混凝土承载强度尺寸效应律1．引言钢筋混凝土构件设计中承载强度的预测是很有必要的，如钢筋混凝土基础、钢筋混凝土承重桥墩、后张拉混凝土梁的锚固、混凝土铰链和一些水工建筑物的基础。
为了确定混凝土承载能力，若干设计规范采用了Hawkins平方根公式，这个公式没有考虑尺寸效应。
然而，众所周知随着尺寸的增大混凝土结构的强度会降低。
断裂力学中可以很好的解释混凝土结构的尺寸效应。
20世纪70年代，人们发现古典线弹性力学不适应于准脆性材料，如混凝土，刚刚开始了混凝土断裂力学的实验性研究。
由于大量裂缝和全裂缝裂纹尖端的非弹性区的存在，混凝土不适应线弹性断裂力学。
线弹性断裂力学忽略了断裂过程区。
因此，几位研究者为了更确切的描述混凝土的失效研究了非线性断裂力学。
Bazant的非线性断裂力学方法，也就是尺寸效应律，表明在混凝土中强度尺寸效应首先涉及到一个相当大的断裂过程区。
试验试件要求几何相似材料相同，最小尺寸范围是1:4，这是这个方法中最重要的要求之一。
早先已经对Ⅰ-Ⅲ型试件采用尺寸效应律的实验方法进行了试件尺寸对混凝土强度影响的研究。
Niyogi 进行了尺寸效应对混凝土承载强度影响的实验，试验中试件尺寸范围不能应用Bazant 的尺寸效应律。
Niyogi 在实验中采用的试件同一尺寸的配合比也不同（这就增加了影响因素。
）。
在这项研究中，对六种不同尺寸（尺寸范围为1:4）系列的混凝土立方体施加集中载荷。
[收稿日期]20181226 [基金项目]国家重大科技专项(2016Z X 05006-006)㊂ [作者简介]温曹轩(1997),男,硕士生,现主要从事油气地下储备与地质工程方面的研究工作;通信作者:贾善坡,j i a s h a n p o r s m@163.c o m ㊂[引著格式]温曹轩,陈美杰,吴羿君,等.固井水泥石巴西劈裂强度尺寸效应试验[J ].长江大学学报(自然科学版),2019,16(7):95~99.固井水泥石巴西劈裂强度尺寸效应试验温曹轩,陈美杰,吴羿君潘博翔,杨婷娟,高源 长江大学城市建设学院,湖北荆州434023() 贾善坡 (长江大学城市建设学院,长江大学岩土力学与工程研究中心,湖北荆州434023)[摘要]目前,在油气井工程中经常遇到管道破裂㊁密封性受损导致的油气泄漏等问题,而水泥环向受力破坏是油气井筒完整性失效的主要原因㊂抗拉强度作为评价水泥环完整性的重要力学参数,抗拉强度试验值大小与诸多因素有关,其中尺寸效应是重要影响因素之一㊂为探究水泥石巴西劈裂强度的尺寸效应,选取5组直径不同㊁厚径比为1ʒ2的水泥石,在相同的条件下分别进行巴西劈裂强度试验研究,绘出应力与应变的变化曲线并进行比较㊂试验结果表明,在25~60mm 的直径范围内,水泥石的抗拉强度随着试样直径的增大逐渐减小,具有较为明显的尺寸效应;试样的直径增大到60mm 后,水泥石抗拉强度趋于稳定,水泥石抗拉强度的尺寸效应不再明显㊂[关键词]水泥石;抗拉强度;巴西劈裂强度;尺寸效应[中图分类号]T U 452[文献标志码]A [文章编号]16731409(2019)07009505水泥属于水硬性胶凝材料,因其硬化后具有良好的力学性能而被广泛地使用于油气固井工程中㊂水泥环在地层中的封隔性能对油气生产安全及油气井寿命具有重要意义,随着油气勘探开发工作的深入,以及页岩气㊁C O 2封存㊁储气库等工程的开展,地下井筒受力条件十分复杂,更容易引起水泥环破坏,其中水泥环的拉伸破坏是重要的破坏要素之一㊂因此,研究水泥石的拉伸力学性质,对于评价和分析水泥环的承载能力及井筒的完整性有着重大意义㊂试验研究结果表明,岩石的巴西劈裂强度具有较强的尺寸效应[1],有很多学者从不同的方面研究了岩石巴西劈裂强度尺寸效应的影响因素㊂张明等[2]运用数值模拟的方法,研究发现,在不同的加载条件下,岩石强度具有尺寸效应㊂吕兆兴等[3]采用非均质数值试验的方法,研究发现岩石强度的尺寸效应影响参数随非均质参数的增大呈现出先增大后减小的趋势㊂雷继辕[4]利用不同尺寸的岩样进行巴西劈裂试验,发现加载速率越快,岩样的尺寸效应越明显㊂梁正召等[5]通过建立岩体尺度的随机概率模型,研究发现,随着围压的增大,试样的尺寸效应越不明显㊂尹乾等[6]针对岩石的抗拉强度与几何尺寸相关性方面展开研究,利用有限差分方法分析不同厚径比圆盘试样抗拉强度变化规律,研究发现,厚径比越大的圆盘岩石试样,劈裂抗拉强度越小㊂严妍等[7]在常规三轴条件下对岩石强度的尺寸效应展开研究,发现岩样的不均匀程度越大,强度尺寸效应越显著㊂A y a t o l l a h i 等[8]进行了不同直径中心直切槽圆盘试样巴西劈裂试验,得出较大试样的表面断裂韧性有所提高㊂Y a n g 等[9]选用5种高宽比不同的岩石试样进行数值研究,得出试样的强度随尺寸的增大而减小的变化关系㊂张海东[10]利用不同尺寸的混凝土试件进行巴西劈裂试验,确定了圆柱形混凝土试件在高径比为0.5或1时可通过巴西劈裂试验得到其抗拉强度㊂J i n 等[11]通过计算混凝土试件在不同荷载条件下的极限强度得出试样的尺寸㊁长度对极限强度的影响是显著的㊂W e i b u l l 经典统计尺寸效应理论中提到,大型结构存在低强度的小单元是产生尺寸效应的根本原因㊂水泥石作为一种脆性胶凝材料,在形成的过程中其内部会随机产生裂纹,满足尺寸效应产生㊃59㊃长江大学学报(自然科学版) 2019年第16卷第7期J o u r n a l o fY a n g t z eU n i v e r s i t y (Na t u r a l S c i e n c eE d i t i o n ) 2019,V o l .16N o .7的条件[12]㊂抗拉强度作为反映水泥环力学性能的重要指标,设计施工的一个重要参数,国内外在这方面的研究甚少㊂类比于岩石,笔者针对固井水泥石的抗拉强度与尺寸的对应关系展开研究,选取同一批次的水泥石,制成5组尺寸不同㊁厚径比相同的试样进行巴西劈裂强度试验,明确水泥石的抗拉强度与试样尺寸的对应关系,以便于固井水泥石在工程设计中的运用㊂1 水泥石巴西劈裂强度试验1.1 试验条件试验所采用的原料是葛洲坝石门特种水泥有限公司生产的高抗硫酸盐型G 级油气固井水泥,按照水灰比为0.44搅拌至均匀,用塑料模进行封装定模,在室内自然条件下浇水养护3d㊂选取完整性良好,无明显裂隙的试块,用岩芯钻取机和岩石切割机制成厚径比为1ʒ2,直径为25㊁38㊁49㊁57㊁70mm 的5组试样,每组选取6个,共计30个试样㊂图1 微机伺服控制液压万能试验机1.2 试验方案水泥石巴西劈裂强度试验采用的设备是微机伺服控制液压万能试验机,如图1所示㊂加载方式为位移控制法,因为水泥石属于脆性材料,抗拉强度小,为保证试验精度,加载速率统一取为0.003mm /s ㊂用该系统分别对5组试样进行巴西劈裂强度对比试验,同时用计算机记录㊁采集试样所承受的荷载数据㊂2 试验结果分析2.1 应力-应变曲线特征分析开展了5种不同尺寸的试样进行巴西劈裂强度对比试验,每组选取6个标准试样,绘制出应力应变曲线,如图2所示㊂在圆盘试样厚径比为1ʒ2情况下,水泥石在70㊁57㊁49㊁38㊁25mm 等5种不同直径下的巴西劈裂应力峰值随试样尺寸的减小而增大㊂相同尺寸的同组试样应力峰值相对集中,但不同试样的最大应变较为分散,这造成同组试样的巴西劈裂强度差异较为明显,且应力越大的试样所对应的应变也越大㊂同组试样的应力应变曲线也表现出相似的特征,应力应变曲线趋势如图3所示㊂由图3可知,可以将试样的应力应变曲线大致分为4个阶段:O A 段,水泥石试样与上下压头接触部位出现应力集中的现象,应力应变曲线接近于线性,水泥石尚无裂纹扩展;A B 段,荷载与变形开始偏离线性,曲线的斜率减小并出现上凸,该阶段应力在试样内部传递;B C 段,应力应变曲线的曲率再次开始增大,在这阶段裂纹从中间沿竖直方向开始扩展;C D 段,曲线的曲率开始减小,持续一段时间后斜率突变为负,此时试样完全破坏,试验结束;在这一阶段中,水泥石的的纵向裂纹逐渐扩展到圆盘试样的两端,在不断的加载过程中,裂纹连通乃至贯穿,最终导致了水泥石的劈裂破坏㊂需要说明的是,在试验过程中对试样的加载方式进行严格的控制,仍有个别试样裂纹偏离圆盘的中心线,裂纹面也不平直㊂考虑到水泥石本身是一种非均质材料,在制作加工的过程中,其内部结构会随机产生裂隙㊁裂纹㊁孔洞等缺陷,这使得部分试样在进行巴西劈裂试验过程中出现裂纹不规则㊁强度试验值的离散性偏大的现象㊂2.2 破坏形态分析选取破坏形态典型的试样,观察水泥石在巴西劈裂试验中裂纹的扩展形式㊂在加载前,使试样与垫条紧密接触,且没有应力作用,利用微机控制位移变量的方法开始加载㊂在加载过程中,试样的圆盘中心首先开始出现细小竖直裂纹,随着加载的进行,裂纹开始向试样与垫条的接触面方向扩展,此时圆盘㊃69㊃ 长江大学学报(自然科学版)2019年7月试样中心的裂纹较为明显㊂在上部集中荷载持续作用下,圆盘试样中心出现明显的竖直裂纹,随着加载的进行,竖直裂纹逐步延伸到试样的两端直至贯通,试样破坏,停止试验㊂试验后的圆盘试样中心出现一条贯通的竖直裂纹,试样裂纹的发展类似于岩石圆盘劈裂试验的裂纹扩展[13]㊂图2 不同直径的水泥石巴西劈裂应力-应变试验曲线通过观察试样破坏后的裂纹分布形式,绝大多数试样的破坏面都垂直于垫条与试样的接触面㊂在试验中发现试样的破坏均从圆盘中间开始,裂纹面相对平直,这与岩石的巴西劈裂试验破坏形态相似,选取25㊁38㊁49㊁57㊁70mm 等5种不同直径的试样典型破坏形态如图4所示㊂㊃79㊃第16卷第7期温曹轩等:固井水泥石巴西劈裂强度尺寸效应试验图3 应力-应变曲线趋势图另外,在试验过程中发现,个别圆盘试样在加载过程中其受压区分布有细密的裂纹,且这些裂纹发展较早,基本在圆盘表面中心出现裂纹时产生㊂加载过程中这些裂纹逐渐延伸扩展,与试样的破坏面交叉或在圆盘中心轴线附近,出现多条近乎平行的裂纹㊂进一步研究发现,这部分圆盘试样边界随机分布有孔隙和先天裂纹等缺陷,加载时导致试样裂纹扩展㊂加载时垫条与试样的接触面出现应力集中的现象,圆盘在与垫条的接触区域会有细密裂纹产生[14]㊂2.3 水泥石抗拉强度尺寸效应分析通过微机伺服控制液压万能试验机系统所记录的试验值,计算出试样巴西劈裂强度,巴西劈裂强度与尺寸的对应关系如表1所示㊂图4 部分典型试样破坏形态表1 不同直径水泥石对应的试验数据组号试样/个直径/mm 密度/(g ㊃c m -3)强度最小值/M P a 强度最大值/M P a 强度平均值/M P a 最大离散值/%16702.0243.7894.2423.9527.326572.0113.9175.0664.7267.236501.9864.0935.4874.64318.246381.9736.2957.4986.8289.856251.95511.50713.98712.7529.7 注:最大离散值=[(强度最大值-强度平均值)/强度平均值]ˑ100%㊂在表1中,每组试样试验强度的最大离散值都小于20%,试样的抗拉强度试验值较集中,试样的平均强度值随尺寸的增大而减小,为了使试样的巴西劈裂强度与尺寸的对应关系更为明显,绘制出抗拉强度与试样尺寸的散点图及拟合曲线,如图5所示㊂从图5可以看出,25~60mm 的直径范围内,水泥石的抗拉强度随着直径的增大而减小,具有明显的尺寸效应;在试样直径大于60mm 时,试样的抗拉强度趋于稳定,试样的尺寸效应不明显㊂2.4 与岩石尺寸效应的对比当前各类岩石在劈裂过程中大致可分为压密阶段弹性变形阶段塑性变形阶段等3个阶段,不同岩性的岩石在这3个阶段表现出不同的形式[15],固井水泥石在劈裂过程中也具有与岩石劈裂的3个类似的阶段㊂在抗拉强度与尺寸效应的方面,水泥石类似于砂岩[16]㊂在厚径比一定时,砂岩的抗拉强度与直径拟合曲线如图6所示㊂由图5和图6对比可知,水泥石劈裂强度与砂岩具有近似的变化规律,强度均随着尺寸的增大而减小,尺寸效应明显;当荷载达到峰值时,试样会突然破坏且残余强度很快消失㊂㊃89㊃ 长江大学学报(自然科学版)2019年7月图5 水泥石抗拉强度-直径拟合曲线 图6 砂岩抗拉强度-直径拟合曲线3 结论1)在巴西劈裂试验中,水泥石的破坏形式表现为脆性破坏,破坏过程大致可分为压密阶段弹性变形阶段塑性变形阶段等3个阶段㊂在应力到达峰值强度后试样破坏,残余强度迅速消失,试样在集中力的作用下被劈裂成2个部分㊂裂纹面平直且基本通过圆盘中心,厚径比1ʒ2下不同尺寸的水泥石破坏面基本相同㊂2)在厚径比1ʒ2时,同一尺寸大小的试样抗拉强度大小具有一定的离散性,但均在18.2%以内㊂经过分析发现主要原因是由于水泥石在水化硬化的过程中内部会随机分布有孔隙㊁裂纹,在水泥石的浇筑过程中振捣不够充分均匀导致内部残留气泡等因素造成了试验结果的离散性㊂3)在控制试样厚径比为1ʒ2时,25~60mm 的直径范围内,水泥石的抗拉强度随着直径的增大而减小,具有明显的尺寸效应;在直径为60m m 后趋于稳定,此时水泥石的抗拉强度的尺寸效应不再明显㊂[参考文献][1]邓华峰,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.[2]张明,卢裕杰,介玉新,等.不同加载条件下岩石强度尺寸效应的数值模拟[J ].水力发电学报,2011,30(4):147~154.[3]吕兆兴,冯增朝,赵阳升.岩石的非均质性对其材料强度尺寸效应的影响[J ].煤炭学报,2007,32(9):917~920.[4]雷继辕.不同应变率下岩石抗拉与抗压尺寸效应对比研究[D ].南京:南京大学,2015.[5]梁正召,张永彬,唐世斌,等.岩体尺寸效应及其特征参数计算[J ].岩石力学与工程学报,2013,32(6):1157~1166.[6]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,2014,4(5):17~20.[7]严妍,郑永来,曹宏泰,等.常规三轴条件下不均匀岩石的强度尺寸效应[J ].低温建筑技术,2017,39(12):130~133.[8]A y a t o l l a h iM R ,A k b a r d o o s t J .S i z ea n d g e o m e t r y e f f e c t so nr o c kf r a c t u r e t o u gh n e s s :M o d e I f r a c t u r e [J ].R o c k M e c h a n i c sa n d R o c kE n g i n e e r i n g ,2014,47(2):677~687.[9]T a n g C ,L i u H ,L e eP ,e ta l .N u m e r i c a l s t u d i e so f t h e i n f l u e n c eo fm i c r o s t r u c t u r eo nr o c kf a i l u r e i nu n i a x i a l c o m pr e s s i o n [J ].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fR o c k M e c h a n i c s a n d M i n i n g Sc i e n c e s ,2000,37(4):555~569.[10]张海东.高径比对混凝土巴西劈裂试验结果的影响[J ].建筑与文化,2016(2):148~149.[11]K i mJK ,Y i ST .A p p l i c a t i o no f s i z e e f f e c t t o c o m p r e s s i v e s t r e n g t ho f c o n c r e t em e m b e r s [J ].S ad h a n a ,2002,27(4):467~484.[12]周红,车轶,陈庚,等.混凝土立方体与圆柱体劈裂抗拉强度尺寸效应研究[J ].混凝土,2010(8):13~15.[13]李夕兵,罗琳,黎崇金.考虑岩石交界面方向效应的巴西劈裂试验研究[J ].工程科学学报,2017,39(9):1295~1304.[14]刘娟红,梁文泉.土木工程材料[M ].北京:机械工业出版社,2013.[15]徐燕飞,赵伏军,王国举,等.不同岩石巴西劈裂强度的尺寸效应[J ].矿业工程研究,2012,27(4):7~12.[16]徐快乐,刘聪颖,倪鑫,等.砂岩巴西劈裂抗拉强度的尺寸效应研究[J /O L ].长江科学院院报,2018-12-21.[编辑] 计飞翔㊃99㊃第16卷第7期温曹轩等:固井水泥石巴西劈裂强度尺寸效应试验。
