围压对岩样直接拉伸强度的影响
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发布时间：2024-05-01 17:32
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时间：2024-05-07 03:09
对钾质花岗岩、花岗岩、片麻岩和大理岩4种材料进行了围压下直接拉伸试验，所用材料无明显缺陷。试验前对3个圆柱试样进行了单轴压缩试验，得到杨氏模量、泊松比和强度；对圆盘试样进行了巴西劈裂试验（表8-1）。
图8-34是钾质花岗岩直径为50mm、长度为100mm圆柱岩样不同围压下承载的拉伸强度。如前所述，该种岩石是最先试验的，由于缺乏经验，失误较多。总计24个试样中，明显失误的有13个之多，其中以粘结层和岩石颗粒混合破断为主体，两者所占比例随岩样而不同。即使由完整岩石断裂得到的强度也离散较大。
由于圆盘中心破裂线上承载的压应力为拉应力的3倍以上，因而图中用圆圈给出14个试样巴西劈裂时圆盘中心压拉应力的数值，用实线表示14个试样劈裂强度的平均值。
表8-1 试验用4种岩石的单轴压缩参数和巴西劈裂强度
拉伸破坏总是发生在试样轴向的最弱断面。将一个试样沿轴向截成两个试样，则大试样强度与其中强度较低者相同。显然，尺度较大的试样分割成小试样时，小试样强度的离散性增大，而平均值一定超过大试样的强度［51］。圆盘巴西劈裂的试样长度一般在30mm左右，即圆柱试样的三分之一，其强度离散性增大，且部分试样强度偏高。即便如此，从图8-34也可以确认，巴西劈裂强度低于岩样单向拉伸的强度——围压为零时的数值。
图8-35是花岗岩试样直接拉伸强度与围压的关系。最初进行的13个试样中，明显失误的试样仅有2个（图中未标出）；在4种岩石的试验进行完毕之后，发现在低围压下3个岩样的拉伸强度都略有偏低，又补作了6个试样，其中1个是粘结层部分断裂（图中未标出），1个靠近拉头断裂，其余4个断裂位置不确定。两次数据在图中用不同的符号标示。该种花岗岩具有5mm左右的颗粒，尺度较大，端部粘结层引起的载荷非均匀性相对减小，而岩石材料强度的非均匀性使得断裂位置不确定，并出现较大离散性。圆盘试样的巴西劈裂也具有一定的离散性，所有6个试样的强度在图8-35中给出，图中直线是平均值。
图8-34 钾质花岗岩直接拉伸的强度与围压的关系
H、L为离散数据
图8-35 花岗岩直接拉伸的强度与围压的关系
H、L为离散数据
图8-36是片麻岩和大理岩试样的直接拉伸强度与围压的关系。值得注意的是，大理岩巴西劈裂平均强度与围压在18MPa下岩样的直接拉伸强度相当。这也说明，巴西劈裂强度作为岩样单向拉伸强度是一个偏低的估计值，尽管其体积仅有标准圆柱试样的1/3。压应力对拉伸破坏具有显著影响，不容忽视。
图8-36 片麻岩和大理岩直接拉伸的强度与围压的关系
岩石的拉伸破裂比压缩破坏对内部材料的缺陷更加敏感，因而试验数据离散较大是意料之中的。由于岩样端部粘结层厚度的变化，引起加载的非均性，也会使试验数据低于岩石能够承载的拉伸应力。但是以下力学现象是可以确认的：
（1）岩样的抗拉强度随围压降低，Griffith准则认为压应力小于岩石抗拉强度3倍时对抗拉强度没有影响，这是不能成立的。
（2）圆盘巴西劈裂强度低于岩样的单向抗拉强度。
