硬脆性巖石直接拉伸力學(xué)試驗(yàn)與計(jì)算分析研究.pdf

1、近年來，在水電、交通、能源開采與儲備、核廢物處置等前沿工程領(lǐng)域中，巖土工程得到迅速發(fā)展，工程中由張拉應(yīng)力引起的巖石內(nèi)部裂紋擴(kuò)展及其變形破壞問題也越來越多。對堅(jiān)硬巖體的張拉破壞，應(yīng)考慮采用拉應(yīng)變破壞準(zhǔn)則進(jìn)行判斷，而巖石軸向直接拉伸試驗(yàn)是測試巖石極限拉應(yīng)變的唯一方法。
　　由于軸向直接拉伸法試驗(yàn)在巖石試件加工、與試驗(yàn)機(jī)的連接以及對中控制偏心等方面存在許多困難，室內(nèi)試驗(yàn)中關(guān)于巖石軸向拉伸試驗(yàn)的研究極少。目前，測試巖石抗拉強(qiáng)度一般采用巴西

2、劈裂試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)等間接試驗(yàn)方法。間接拉伸試驗(yàn)方法中，巖石試件并非出于單純的拉伸應(yīng)力狀態(tài)下，其測試的抗拉強(qiáng)度必然存在誤差。同時(shí)，間接試驗(yàn)方法無法有效獲得拉應(yīng)力作用下巖石的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線，無法了解巖石極限拉應(yīng)變和拉伸變形破壞特性。因此研制巖石直接拉伸試驗(yàn)裝置，并開展巖石軸向直接拉伸試驗(yàn)研究以確定其變形規(guī)律和力學(xué)性能具有十分重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)研制了巖石直接拉伸試驗(yàn)定位裝置，包括粘接

3、對中裝置和拉伸對中裝置，分別消除了巖石試件在粘接和受拉過程中的偏心，整套裝置可配合萬能試驗(yàn)機(jī)開展巖石直接拉伸試驗(yàn)，操作簡單，裝卸方便，可重復(fù)利用。
　　(2)使用該套對中裝置，首次對孟底溝、大崗山、溪洛渡和錦屏一級等大型水電站壩區(qū)的多種硬脆性巖石開展了直接拉伸試驗(yàn)，有效測得其抗拉強(qiáng)度、極限拉應(yīng)變、拉伸彈模等拉伸力學(xué)參數(shù)，并獲得拉應(yīng)力-拉應(yīng)變?nèi)^程曲線。
　　(3)對巖石的直接拉伸試驗(yàn)與間接拉伸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，對比結(jié)果表

4、明:直接拉伸法測得的巖石抗拉強(qiáng)度小于劈裂法，二者的比值為0.60～0.71。巖石直接拉伸破壞斷口的微細(xì)觀電鏡掃描試驗(yàn)結(jié)果顯示:巖石直接拉伸破壞微觀破壞形貌主要有穿晶斷裂、晶間斷裂。相比于劈裂試驗(yàn)，直接拉伸斷口新鮮，沒有巖渣堆積，沒有剪切或摩擦痕跡。
　　(4)利用RFPA軟件進(jìn)行了巖石直接拉伸試驗(yàn)的數(shù)值模擬計(jì)算，計(jì)算與試驗(yàn)中試樣破壞形態(tài)一致，拉應(yīng)力-拉應(yīng)變?nèi)^程曲線比較吻合，抗拉強(qiáng)度與極限拉應(yīng)變值相差不超過5％。計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了巖石