《岩石的变形特性及试验方法浅究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩石的变形特性及试验方法浅究（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、岩石的变形特性及试验方法浅究岩石的变形特性及试验方法浅究岩石的变形特性是指岩石在外力作用下岩石中的应力与应变的关系特性，它是影响建筑物稳定的重要因素。岩石在较小的力的作用下首先发生变形，变形量随作用力增大而增大， 当作用力和变形量超过一定的限度后就会发生破坏，在作用力不断增大的过程中，岩石的变 形和破坏是一个统一的连续的过程。工程岩体如果变形过大就会导致上面的建筑物失稳危及 安全，因此工程勘察期间必须获得可靠的变形参数，才能据此在施工时采取适当措施防止其 对工程的影响，保证建筑物的安全。下面分别从岩石的变形特性、变形阶段和试验方法等方 面进行探究。1、岩石变形的特性：、岩石变形的特性：岩石的变
2、形性质通常用应力-应变曲线表示，它通过测量岩石试样受压时的应力-应变 关系得到。由于岩石的组成成分及其结构与构造比较复杂，所以岩石的应力-应变关系也比 较复杂，岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质。弹性：弹性：在一定应 力范围内，物体受外力作用产生变形，去除外力后能够立即恢复原状的性质，这种变形称为 弹性变形。塑性：塑性：物体受外力作用后发生变形，去除外力后不能完全恢复原状的性质，这 种变形称为塑性变形或永久变形。粘性：粘性：物体在外力作用下变形不能立刻完成，应变速率 随应力增大而增大的性质，这种变形称为流动变形。脆性：脆性：物体受力后，变形很小时就发 生破裂的性质。延性：延
3、性：物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。 另外，岩石的变形和破坏的性质还会随着受力状态的变化而变化。岩石在三向受力状态 下与单向受力状态下的应力-应变关系有很大的区别，随着围压增大，三向抗压强度增加， 峰值变形增加，弹性极限增加，岩石由弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。 2、岩石变形的阶段：、岩石变形的阶段：根据单向无侧限逐级维持荷载法应力-应变关系曲线曲率的变化，可将岩石变形过程划 分为四个阶段。孔隙裂隙压密阶段孔隙裂隙压密阶段：岩石中原有的微裂隙逐渐被压密，曲线呈上凹形，岩 石变形多为塑性变形，曲线斜率随应力增大而逐渐增大，表示微裂隙的变化开始较快，随后 逐渐减慢，对于微裂隙发育的岩
4、石，本阶段较明显，但致密坚硬的岩石很难划出这个阶段， 此阶段末点对应的应力称为压密极限强度。弹性变形至微破裂稳定发展阶段：弹性变形至微破裂稳定发展阶段：岩石中的微 裂隙进一步闭合，孔隙被压缩，原有裂隙基本上没有新的发展，也没有产生新的裂隙，应力 与应变基本上呈线性关系，曲线近于直线，岩石变形以弹性为主。此阶段末点对应的应力称 为弹性极限强度。塑性变形至破坏峰值阶段塑性变形至破坏峰值阶段：当应力超过弹性极限强度后，岩石中产生新 的裂隙，同时已有裂隙也有新的发展，应变的增加速率超过应力的增加速率，应力-应变曲 线的斜率逐渐降低呈下凹形，体积变形由压缩转为膨胀，随着应力增加裂隙进一步扩展，岩 石局部
5、破损，且破损范围逐渐扩大形成贯通的破裂面，导致岩石破坏，岩石变形不再恢复， 此段末点对应的应力称单轴极限抗压强度。破坏后峰值跌落阶段至残余强度阶段破坏后峰值跌落阶段至残余强度阶段：岩石破坏后，经过较大的变形，应力下降到一定程度开始保持常数，此段末端对应的应力称为残余 强度。3、岩石变形的试验方法：、岩石变形的试验方法：、单轴压缩变形试验：、单轴压缩变形试验：这是室内测定岩石变形参数最常用的方法，是指试件在轴向压力下 产生轴向压缩、横向膨胀，最后导致破坏的试验。适用于能制成圆柱体（高径比 22.5：1） 试件的各类岩石，可在不同含水状态下进行试验，同一含水状态下每组试件应为 3 个。可采 用电阻
6、应变片法或千分表法，坚硬和较坚硬的岩石宜采用电阻应变片法，较软岩和软岩宜采 用千分表法。一般采用一次连续加载法或逐级一次循环法，最大循环载荷为预估极限载荷的 50%，试验时以每秒 0.51.0MPa 的速度逐级加载，施加一级载荷后立即测读相应载荷下的 纵向和横向变形值，一分钟后再读一次，再施加下一级载荷，读数不少于 10 组。用电阻应 变片法时轴向或径向的应变片的数量可采用 2 片或 4 片且应牢固地贴在试件上；用千分表法 时轴向和径向的千分表各采用 2 只或 4 只且应分别安装在试件直径的对称位置上。测试完成 后根据测得的应力和应变值绘制应力应变关系曲线，可分别计算岩石的弹性模量、变形模量
7、和泊松比等变形参数。、三轴压缩变形试验：、三轴压缩变形试验：这是室内测定岩石变形参数较少用的方法，一般在测定三轴压缩强 度的同时测读三轴压缩变形数据。适用于能制成圆柱体试件的各类岩石（高径比 22.5：1） ， 同一含水状态下每组不少于 5 个试件，5 个试件分别在 5 级（一般按等差数列来分）不同的 侧压下做试验。试验时将岩石试件放在密闭容器内，先以每秒 0.05MPa 的速度同步施加侧压 和轴压至预定的侧压值，并在试验过程中保持不变，再以每秒 0.51.0MPa 的速度连续施加 轴向荷载，直至试件破坏。在加压过程中同时测定不同荷载下的轴向变形值，每个试件测值 不少于 10 组。测试完成后绘
8、制轴向与侧向应力差与轴向应变的关系曲线，可根据需要分别 计算弹性模量、变形模量等三轴压缩变形参数。4、岩石变形参数的确定：、岩石变形参数的确定：弹性模量：弹性模量：应力应变曲线上直线段的斜率，对同一岩石在极限弹性范围内接近常数， 反映的是岩石在弹性变形范围内的平均弹性模量，是最常用的变形参数。割线模量（变形模量）：割线模量（变形模量）：应力应变曲线上任意一点与原点的连线的斜率，工程勘察通 常取抗压强度 50%处的点来计算，也叫割线弹性模量。泊松比：泊松比：应力应变曲线上任意一点横向应变跟纵向应变的比值，对同一岩石在极限弹 性范围内接近常数，工程勘察通常用抗压强度 50%处的点来计算，反映的是岩
9、石在弹性变形 范围内的平均泊松比，这也是常用的变形参数。初始模量：初始模量：应力应变曲线在原点处的切线的斜率。切线模量：切线模量：应力应变曲线上任意一点的切线的斜率。5、岩石变形试验的改进、岩石变形试验的改进：在普通柔性试验机上做岩石压缩试验时，绝大多数试件破坏时突然崩溃、碎块四射，只 能测得峰值前的应力应变曲线，无法记录下峰值后的情况，其根本原因是试验机的刚度不 够大，为了获得包括峰值后变形在内的全过程应力应变曲线，就需要提高试验机的刚度，同 时降低岩石试件的刚度。这可从以下几个方面来改进：增加钢架构的截面积并减小其长度， 增加液压柱的截面积并减小其长度；减小岩石试件的截面积并增加其长度；增加伺服 控制系统，控制岩石变形速度恒定。综上所述，岩石的变形特性虽然很复杂，但在实际工程中，建筑物作用于岩石的应力远 低于单轴极限抗压强度，岩石所处变形多为弹性变形状态，因此可在一定程度上将岩石看作 准弹性体，用弹性模量来表示其变形特征，一般只需测定抗压强度 50%处的弹性模量和泊松 比就可以了。另外在弹性极限压力之内单轴压缩变形和三轴压缩变形试验结果参数值基本接 近，而单轴压缩试验更简单易行，故一般采用单轴压缩试验来测定岩石的变形指标。
