岩石常规三轴试验中位移和应变测量技术
哑咣嘿
1 岩石常规三轴试验
随着现代化经济进程, 基础设施的完善, 工程建筑的兴盛、新型材料的应用、地质灾害频发、环境保护的倡导。三轴试验已经广泛应用于岩土工程、建筑材料、地质灾害研究与应用等领域。在众多的三轴试验当中, 常规三轴压缩试验是最为基础也是应用最为广泛的试验。特别在岩土工程领域, 岩石三轴试验承担着边坡稳定、巷道(隧道)围岩维护等与岩石品质密切相关的科学研究和工程应用的重任。
1.1 常规三轴压缩试验
三轴压缩试验一般分为常规三轴压缩试验( 又称假三轴压缩试验) 和真三轴压缩试验, 其中前者的试样处于等侧向压力的状态下, 而后者的试样处于三个主应力都不相等的应力组合状态下。一般情况下岩石所处环境中水平方向压力相当, 只有竖直方向上存在较大差异, 本文所讨论的是常规三轴压缩试验。
常规三轴试验用圆柱或棱柱试件进行测试, 试件放在试验舱中轴线处, 一般使用油实现对试件侧向压力的施加, 用橡胶套将试件与油隔开。轴向应力由穿过三轴室顶部衬套的活塞经过淬火钢制端面帽盖施加于试件之上。经过贴在试件表面的电阻应变片能够测量局部的轴向应变和环向应变[1]。
根据《工程岩体试验方法标准》[2]中的三轴压缩试验为强度
试验。由不同侧压条件下的试件轴向破坏荷载计算不同侧压条件下的最大主应力, 并根据最大主应力及相应施加的侧向压力, 在坐标图上绘制莫尔应力圆; 应根据莫尔—库仑强度准则确定岩石在三向应力状态下的抗剪强度参数, 应包括摩擦系数和粘聚力c值。
试验机的发展由早期简单的篮子盛有重物加载到杠杆系统加载再到液压加载, 经历了近5 个世纪。20 世纪30 年代到60 年代, 人们在为增加压力机的刚度而努力, 直到出现了液压伺服技术, 并结合提高试验机的刚度才形成了能够绘制材料全应力-应变曲线较为成熟的技术[3]。
1.2 液压三轴试验机
图1-2 橡胶密封机制
在采用液压私服技术的三轴试验中, 应变片导线穿过密封橡胶
套筒、 试验液、 以及带隔塞的实验舱。该方法虽然可行, 但其试验舱的组装相对复杂。为简化试验操作, Hoek, E.和Franklin 等人[04]在1968年对三轴试验机的试验舱部分进行了重新设计, 其三轴试验机如下图1-1所示。
图1-1中, 贴有双向应变片的圆柱形岩石试件被包裹在橡胶套筒中, 橡胶套筒两端为U 型。端部U 型橡胶套筒的密封机制见图1-2。试件及套筒位于在钢制圆筒形试验舱中心, 实验舱上下两端设有开孔盖帽。油填经过输油孔将套筒和试验舱间空隙填满并施加油压。试件、 压板以及应变计导线都能够插入试验舱进行试验, 试验后能够在不破坏试验舱密封条件的情况下取出试件。具体试验步骤见图1-3。
图1-1 三轴试验机试验舱
剖面图
a 将套筒插入试验
舱
b 组装试验舱
c 将液压油充满试
验舱
d 插入试件( 包括
应变片)
e 插入球形支座
f 进行常规三轴试
验
g 试验后取出岩石
试件
h拆解试验舱( 试件
变形大)
图1-3 三轴试验步
骤示意图