巖石三軸剪切強度試驗使用方法幾參數(shù)

巖石三軸剪切強度試驗

    (一)目的與意義

    測定在有限側(cè)壓條件下,巖石根據(jù)強度及變形特征,并借助三軸實驗,結(jié)合抗拉,抗壓實驗結(jié)果,確定巖石的極限應(yīng)力圓包絡(luò)線(強度包絡(luò)線).

    (二)定義是指巖石在三向應(yīng)力作用下,抵抗破壞的能力.

    巖石三軸試驗是將巖石樣品放在三向應(yīng)力狀態(tài)下的壓力室內(nèi),測其強度和變形,通過試驗可確定巖石的強度包絡(luò)線,并計算出內(nèi)聚力c和內(nèi)摩擦系數(shù).

    (三)基本原理

    巖石室內(nèi)三軸實驗是在三向應(yīng)力狀態(tài)下測定和研究巖石試件強度及變形特征的一種室內(nèi)實驗.本實驗是在δ=δ3<δ1條件下進行的,即為常規(guī)三軸實驗.

    (一) 設(shè)備與材料

    1. 實驗設(shè)備:(1)巖石三軸應(yīng)力實驗/機(巖石三軸儀);(2)壓力室;(3)油泵;(4)巖石取芯機;(5)巖石切割機;(6)巖石磨平機

    2. 實驗材料:(1)液壓油;(2)游標(biāo)卡尺;(3)乳膠膜;(4)三角尺;(5)量角器;(6)活扳子;(7)螺絲刀;(8)記號筆;

    (9)鉗子;(10)記錄紙;(11)標(biāo)準(zhǔn)巖石樣品50×100mm;(12)膠布;(13)電筆.

    三軸試驗:1、真三軸:σ1>σ2>σ3;

    2、假三軸(常規(guī)三軸):σ1>σ2=σ3,等圍壓.

    巖石三軸試驗機(巖石三軸儀)是在普通壓力機上裝配成符合技術(shù)要求的三軸壓力室,壓力室必須有保持側(cè)壓力穩(wěn)定的穩(wěn)壓裝置.

    (二) 試驗步驟

    1. 三軸試驗樣品數(shù)量不少于5塊,不同圍壓1塊;

    加工精度,測量試件尺寸:

    1)尺寸:(1)圓柱體試件直徑Φ48~54mm,高100mm;

    (2)試件直徑與高度,或邊長之比為1:2.00~2.50.

    2)精度:(1)、兩端面的平行度大誤差不超過0.05mm;

    (2)、在試件整個高度上,直徑誤差不超過0.3mm;

    (3)、端面應(yīng)垂直試件軸,大偏差不超過0.25度.

    2 .測量好試件尺寸后,用耐油橡膠或乳膠質(zhì)保護套,能有效防止油液與樣品接觸.然后放入壓力室內(nèi),打開排氣閥,蓋上壓帽,擰緊,向壓力室注油,直至油液達到預(yù)定位置.排靜壓力室空氣,關(guān)閉排氣閥.(如在三軸條件下測其變形,同試驗二變形試驗).

    3.側(cè)壓力(圍壓)的選擇,應(yīng)考慮下列條件:

    ①小側(cè)壓力的選擇,應(yīng)根據(jù)工程實際情況,并考慮測向壓力裝置的精度;

    ②選定的側(cè)壓力需使求出的莫爾包絡(luò)線能明顯的反映出所需要的應(yīng)力區(qū)間;

    ③適當(dāng)照顧包絡(luò)線的各個階段.

    我們選擇側(cè)壓力5、10、15、20、25MPa.

    4.試驗開始,以每秒0.05MPa的加荷速率施加側(cè)向壓力和軸向壓力,待到加至預(yù)定壓力值時,使其保持穩(wěn)定,然后再以每秒0.8-1.0MPa的加荷速率施加軸向荷載,直至試件破壞,記錄破壞時的大軸向荷載及側(cè)向壓力值.

    5.試驗結(jié)束后,取出試樣進行描述,量出大主應(yīng)力作用面和破壞面之間的夾角.

    (三)資料整理:

    目前國內(nèi)外對于三軸試驗成果整理的方法不太統(tǒng)一,巖石力學(xué)學(xué)會和現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)化委員會在巖石力學(xué)試驗建議方法中曾對資料整理作出規(guī)定.考慮到和標(biāo)準(zhǔn)化的一致性,采用巖石力學(xué)學(xué)會的建議方法,用下列方法整理資料:

    1、 按下式計算不同側(cè)向壓力下的軸向應(yīng)力:σ1=P/A×10(5-1)

    式中:σ1--不同側(cè)壓力下的應(yīng)力值  MPa;

    P--破壞時的大軸向荷載  N或kN;

    A--試件橫截面積  cm2.

    2、根據(jù)軸向應(yīng)力σ1和側(cè)向應(yīng)力σ3求出巖石的c,φ值,以1/2(σ1-σ3)為縱坐標(biāo),以1/2(σ1+σ3)為橫坐標(biāo).將各測點繪在直角坐標(biāo)圖上,然后用圖解法或小2乘法,確定繪出關(guān)系曲線,在關(guān)系曲線上選定若干點,以每一個點的1/2(σ1+σ3)為圓心,以1/2(σ1-σ3)為半徑,在τ-σ坐標(biāo)圖上繪制應(yīng)力圓,作應(yīng)力圓的包絡(luò)線.據(jù)此,確定它們c,φ值.

巖石三軸剪切強度試驗使用方法幾參數(shù)