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试样岩石试样的杨氏模量与围压的关系

2022/07/16180 作者:佚名
导读:岩石种类繁多,变形历史复杂, 围压对杨 氏模量的影响规律 尚缺乏明确的结论。由于岩样轴向压缩的应力. 应变曲线并非直线,杨氏模量的数值依赖于确定方法。与割线模量相比,平均模量是应力一 应变曲线中近似直线部分的斜率,受试验条件的影响较小, 表示了应 力与应变之间的变化关系。利用伺服试验机和文献上的试验结果得到了不同岩石的平均模量与围压的关系。宏观均匀致密的岩样或仅含有局部缺陷的岩样,杨氏模量与围压无

岩石种类繁多,变形历史复杂, 围压对杨 氏模量的影响规律 尚缺乏明确的结论。由于岩样轴向压缩的应力. 应变曲线并非直线,杨氏模量的数值依赖于确定方法。与割线模量相比,平均模量是应力一 应变曲线中近似直线部分的斜率,受试验条件的影响较小, 表示了应 力与应变之间的变化关系。利用伺服试验机和文献上的试验结果得到了不同岩石的平均模量与围压的关系。宏观均匀致密的岩样或仅含有局部缺陷的岩样,杨氏模量与围压无关。从风化岩石和软弱岩层钻孔取芯得到的岩样,通常含有分布的裂隙,增大围压可以增大裂隙面之间的摩擦力,抑制剪切滑移的产生,从而提高杨氏模量。杨氏模量随围压的变化体现了岩样内部的损伤状态。

试样均匀致密的岩石试样

岩石是由矿物颗粒构成的, 是非均质材料。但是对于未风化的石英砂岩、 大理岩、 辉长岩和苏长岩等,圆柱体试样在Φ50mmx100mm这样的尺度,可 以认为是宏观均匀的。恒定围压下岩样轴向压缩时,屈服应力随着围压而增高, 但屈服之前岩样的变形规律完全相同。不考虑压缩初期的非线性变形,轴向应力一应变曲线中近似直线的部分可以重合,平均杨氏模量表示了岩石材料的变形性质。均质致密的岩样在线性变形阶段进行多次的轴向加载、 卸载,其杨氏模量也没有明显变化。岩石在一定范围内确实具有弹性变形特征。不考虑应力较低的非线性变形,应力与应变的变化量成线性关系,其比值 即平均模量与应力状态和加载历史无关,是一个材料参数。

此外,给出的不同长度、 不同直径的51个大理岩试样单轴压缩全程曲线, 岩样屈服之前的应力一应变关系也完全相同。总之,对于均质致密的岩样,尽管峰值附近的屈服过程可能有所差异,但杨氏模量是相同的,可以直接用于广义虎克定律。

试样具有局部沉积缺陷的岩石试样

对砂岩、 石灰岩这类沉积岩,通常具有各种明显的缺陷。不过从完整岩块加工的岩样除了这些局部缺陷外,整体还是均匀的。同一岩块加工的若干岩样,由于其中缺陷的位置、大小是不同的,因而岩样达到屈服的应力存在明显差异,并且屈服之后的变形特性也完全不同。

但岩样屈服之前的应力一应变关系仍是相同的,即尽管岩样存在各种不同的缺陷,但在这些缺陷达到其承载极限之前,应力一应变关系仍然是材料整体的力学性质,岩样具有确切的杨氏模量。如煤的强度较低,内部的缺陷更为明显。同一煤块制作的3个试样, 不同围压的轴向应力一应变曲线在峰值附近变化复杂,缺乏明显的规律, 但峰值之前的关系仍是相似的。

石灰岩也是一种典型的沉积岩。除局部的沉积缺陷之外,材料整体上具有均匀、 致密的特征。从石灰岩试样1#的单轴压缩全程曲线可以看出, 石灰岩在峰值之前具有很好的线性变形特征,抗压强度是160MPa,杨氏模量是65GPa。

岩样2#首次加载时围压为0.1MPa,初期轴向应力一变形成线性关系, 杨氏模量与岩样1#大致相同。轴向应力达到45MPa后应力一应变关系偏离直线。这表明岩样中某一缺陷或弱面达到了其承载能力,开始屈服。其后进行的围压1, 5MPa的两次试验中,由于围压的存在,缺陷的承载能力提高,在试验范围内未产生新的屈服变形。因而杨氏模量保持不变。必须特别说明的是,从现场岩体不同位置取回的岩块以及钻孔取芯得到的岩样,内部的颗粒结构有所不同,岩样力学性质也会有所差异。这就是说,不同围压下试验结果的差异,可能是岩样而不是围压造成的,对此应有足够的认识。 2100433B

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