硬脆性巖石直接拉伸力學試驗與計算分析研究.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域中，巖土工程得到迅速發(fā)展，工程中由張拉應力引起的巖石內部裂紋擴展及其變形破壞問題也越來越多。對堅硬巖體的張拉破壞，應考慮采用拉應變破壞準則進行判斷，而巖石軸向直接拉伸試驗是測試巖石極限拉應變的唯一方法。
　　由于軸向直接拉伸法試驗在巖石試件加工、與試驗機的連接以及對中控制偏心等方面存在許多困難，室內試驗中關于巖石軸向拉伸試驗的研究極少。目前，測試巖石抗拉強度一般采用巴西

2、劈裂試驗和彎曲試驗等間接試驗方法。間接拉伸試驗方法中，巖石試件并非出于單純的拉伸應力狀態(tài)下，其測試的抗拉強度必然存在誤差。同時，間接試驗方法無法有效獲得拉應力作用下巖石的應力-應變全過程曲線，無法了解巖石極限拉應變和拉伸變形破壞特性。因此研制巖石直接拉伸試驗裝置，并開展巖石軸向直接拉伸試驗研究以確定其變形規(guī)律和力學性能具有十分重要的理論意義和工程應用價值。本文的主要研究內容如下:
　　(1)研制了巖石直接拉伸試驗定位裝置，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機開展巖石直接拉伸試驗，操作簡單，裝卸方便，可重復利用。
　　(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，有效測得其抗拉強度、極限拉應變、拉伸彈模等拉伸力學參數，并獲得拉應力-拉應變全過程曲線。
　　(3)對巖石的直接拉伸試驗與間接拉伸試驗結果進行對比分析，對比結果表

4、明:直接拉伸法測得的巖石抗拉強度小于劈裂法，二者的比值為0.60～0.71。巖石直接拉伸破壞斷口的微細觀電鏡掃描試驗結果顯示: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，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軟件進行了巖石直接拉伸試驗的數值模擬計算，計算與試驗中試樣破壞形態(tài)一致，拉應力-拉應變全過程曲線比較吻合，抗拉強度與極限拉應變值相差不超過5％。計算結果驗證了巖石