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1、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
2、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
3、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。(3)根据试件含水状态选择粘结剂。电阻应变片应牢固地粘贴在试件表面，排净气泡和多余的胶液。(4)纵向与横向电阻应变片应粘贴在试件中部的对称位置上，纵
4、向或横向电阻应变片的数量不得少于2片，其绝缘电阻值应大于200M。2将试件置于试验机承压板中心，调整球形座，使试件受力均匀。3以0.51.0MPas的速度加荷，逐级测读荷载与应变值直至破坏，读数不应少于10组测值。4记录加荷过程及破坏时出现的现象，并对破坏后的试件进行描述。(四)在某些工程中，要求在进行饱和试验的同时，进行其变形特性的测试。此时，若采用粘贴电阻应变片的方法进行试验，通常采用先饱和试件、再粘贴应变片的顺序进行试验。以减少粘贴应变片后对试件饱和度的影响。四、资料整理(一)可按岩石单轴抗压强度中的计算方法确定其强度值。(二)按下式计算各级应力： 式中各级应力(MPa)； 与所测各组应
5、变值相应的荷载(N)； 试件截面积(mm2)。(三)绘制应力与纵向应变及横向应变的关系曲线。(四)变形参数计算1按下式计算岩石平均弹性模量和岩石平均泊松比： 式中 岩石平均弹性模量(MPa)； 岩石平均泊松比； 应力与纵向应变关系曲线上直线段始点的应力值(MPa)； 应力与纵向应变关系曲线上直线段终点的应力值(MPa)； 应力为时的纵向应变值； 应力为时的纵向应变值； 应力为时的横向应变值； 应力为时的横向应变值。 2按下式计算岩石割线弹性模量及相应的岩石泊松比：式中 岩石割线弹性模量(MPa)； 岩石泊松比； 相当于岩石单轴抗压强度50时的应力值(MPa)； 应力为时的纵向应变值； 应力为时
6、的横向应变值。(五)岩石弹性模量计算取三位有效数字；泊松比计算精确至0.01。(六)单轴压缩变形试验的记录应包括工程名称、试件编号、试件描述、试件尺寸、各级荷载下的应力及纵向和横向应变值，破坏荷载。五、应用实例下图是秦山核电站期工程火山角砾岩的应力应变曲线。图中增加了一条体积应变曲线。所谓的体积应变，是指试件体积的增量与原体积的比值。通常按计算岩石的体积变应。体积应变，也是岩石变形特性中的一个重要特性。尤其是体积应变曲线，随着轴向压力的增大，将出现了反弯点。这就是所谓的扩容现象，扩容现象也常被称为剪胀，这是由于外力的增大，促食盐石试件产生许多裂纹，且在达到一定应力水平后，这些裂纹不断地连接、贯
7、通、张开，进而使试件的体积发生了不可逆的增大。 下表举了秦山核电站、期工程岩石单轴压缩应力下变形试验所求得的岩石平均弹性模量和相应的泊松比。由于该地区属火山岩系，岩性不太均匀。由于含砾的多少和颗粒的大小的不同，造成了试验结果的偏差较大。试验三 超声检测混凝土强度一、超声检测混凝土强度原理和方法1.检测原理（1）混凝土波速（v）一般在40005000km/s之间变化。混凝土强度(f)与波速(v)之间有较好的相关性。混凝土强度越高，其波速也越快。（2）当知道fv之间的关系曲线后，测出结构物混凝土的波速就可以推算结构物混凝土的强度。2.如何获得fv曲线方程？（1）如果有获得批准的地区曲线可以采用。（
8、2）无地区曲线或所测混凝土与地区曲线所代表的混凝土差异较大，则应专门标定制作专用曲线。地区曲线与专用曲线之间应首先采用专用曲线。3.为什么超声测强中要特别强调采用专用曲线呢？这是因为：（1）混凝土是一种用地方材料制作的产品，各地区的砂、石、水泥性能各不相同。（2）混凝土是几种材料的混合物，因使用目的及要求不同，其合成份有很大差异。（3）不同的混凝土其养护方式和含水率不同。这些差异都影响fv曲线。因此，很难找到一条各地区通用的fv曲线。 4.0 4.5 5.0 5.5 v（km/s） f(Mp)（403020101234图3-1 不同品种石子的fv曲线1杭州碎石；2重庆碎石；3北京碎石；4成都卵
9、石4.影响fv曲线的的因素很多，主要的有：（1）石子的品种、粒径、用量的影响混凝土的波速实际上是组成混凝土的各部分材料波速的综合值。由于混凝土中石子所占的体积最大，约7f0 %左右，所以石子的情况对fv曲线影响最大。首先是石子的品种。不同的石子，其材质不同，其本身的波速就不同。因而用不同石子制作的同配合比混凝土，其波速不一样。而用不同的石子，只要水灰比相同，混凝土的强度仍然一样。这就造成不同石子的混凝土，其fv曲线各不相同，有的甚至差别很大。图3-1是陕西建筑科学研究院以同样的配合比、水灰比但不同的石子的混凝土试验得出的fv曲线。在同样的强度下，成都卵石混凝土波速最高。这是因为成都卵石是经水流
10、长期冲磨剩下的坚硬、致密的石头，其本身波速就很高，所以用它配制的混凝土波速很高，但混凝土强度并不一定高。杭州碎石混凝土波速最低，显然是由于杭州石灰石波速本身就不高的原因。石子的品种除指材质外，还包括碎石与卵石之分。由于碎石与水泥砂浆粘结力强以及碎石子之间的嵌固力，使得碎石混凝土的强度高于同条件下的卵石混凝土。这也就是为什么图3-1中，成都卵石混凝土强度低而波速高的另一原因。其次，石子的粒径也对fv曲线有影响。图3-2是同济大学的试验结果。从图中看到，石子粒径越大，其波速越高。另外，在强度相同情况下，单位体积混凝土的石子用量越多，其波速也越高，且石子本身波速越高，石子用量对fv曲线影响也越大。（
11、2）混凝土养护方式的影响4.5 5.0 5.5v（km/s）123图3-3 不同养护条件下的fv曲线1-自然养护；2-标准养护；3-水中养护40302010不同的养护方式对fv曲线也形成明显的影响。图3-3是南京水利科学研究院的试验结果：在三种不同的养护方式下获得的fv曲线。1是自然养护，2是标准养护，3是水中养护。它们的fv曲线有明显差别。同样强度水平，混凝土的波速以水中养护的最大，标准养护次之，自然养护的最小。形成这种差别的原因主要是由于不同的养护方式使混凝土的含水量不同。水中养护的混凝土，其孔隙中充满水。而自然养护的混凝土孔隙中充满气，水与空气的波速本身差别就很大，这就造成混凝土含水率高
12、，波速也高。而含水率高的混凝土，其强度倒反而略低一些。这一来，就使fv曲线差别更大了。 f(km/s) 50 40 30 20 10 3.7 3.9 4.1 4.3 4.5 4.7 4.9 v（km/s）1234图3-2不同石子粒径的fv曲线1-515mm；2-530mm；3-540mm；4-2540mm根据试验结果，混凝土含水率每增大1%，其波速也增大1%左右。既然影响fv曲线的因素很多，所以应当优先考虑使用专用曲线。5.如何获得专用曲线所谓专用曲线就是用与所要测试的结构相同的混凝土来制作一批试件，与所测结构混凝土相同条件下养护一定龄期后进行率定试验，即既测试件波速又测强度，最后通过计算获得
13、一条专用的fv曲线。（1）进行步骤：a.制作试件：（a）数量：3个为一组，宜不少于10组。试件混凝土的原材料、配合比、振捣方法、养护条件应尽量与被测结构混凝土一致。（b）试件尺寸：立方试件，边长应大于混凝土最大骨料粒径的三倍。通常使用15cm立方体试件。（c）试件养护和龄期：试件按所测结构相同的条件进行养护。试件龄期可以是一种龄期（各组试件水灰比有变化），例如28天；也可以在不同龄期（7、14、28天）进行测试。其目的是为了拉开混凝土强度的变化范围。b.试件测试：首先测试试件波速再将试件进行抗压强度试验。将各个试件的测试结果强度、波速测值点绘在坐标图上并连出一条fv曲线，这就是散点图。c.回归
14、分析：为了获得最优的曲线及该曲线的数学表达式，即曲线方程，还应当采用最小二乘法进行回归分析。回归分析分几个步骤：（a）选择曲线线型进行回归分析前首先应选择合适的曲线型式。下面三种曲线型式均适合于fv曲线：平方抛物线，表达式为： f=a+bv+cv2幂函数，表达式为： f=avb指数函数，表达式为： f=aebv式中 a、b、c为待定系数，即回归系数。因为幂函数、指数函数作最小二乘法运算时可通过取对数的方法化曲线相关为直线相关，计算起来简便，故目前多采用。（b）选定曲线线型后，下面就是计算回归系数。首先，看看最基本的一元直线回归：一元直线方程的一般形式为： y=A+Bx (3-1)根据最小二乘法原则，可推导出直线方程待定系数A、B的公式为： B= (3-2) A=-B
