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巖石三軸剪切強度試驗使用方法幾參數
巖石三軸剪切強度試驗使用方法幾參數
巖石三軸剪切強度試驗
(一)目的與意義
測定在有限側壓條件下,巖石根據強度及變形特征,并借助三軸實驗,結合抗拉,抗壓實驗結果,確定巖石的極限應力圓包絡線(強度包絡線).
(二)定義是指巖石在三向應力作用下,抵抗破壞的能力.
巖石三軸試驗是將巖石樣品放在三向應力狀態下的壓力室內,測其強度和變形,通過試驗可確定巖石的強度包絡線,并計算出內聚力c和內摩擦系數.
(三)基本原理
巖石室內三軸實驗是在三向應力狀態下測定和研究巖石試件強度及變形特征的一種室內實驗.本實驗是在δ=δ3<δ1條件下進行的,即為常規三軸實驗.
(一) 設備與材料
1. 實驗設備:(1)巖石三軸應力實驗/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)標準巖石樣品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要求的三軸壓力室,壓力室必須有保持側壓力穩定的穩壓裝置.
(二) 試驗步驟
1. 三軸試驗樣品數量不少于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保護套,能有效防止油液與樣品接觸.然后放入壓力室內,打開排氣閥,蓋上壓帽,擰緊,向壓力室注油,直至油液達到預定位置.排靜壓力室空氣,關閉排氣閥.(如在三軸條件下測其變形,同試驗二變形試驗).
3.側壓力(圍壓)的選擇,應考慮下列條件:
①小側壓力的選擇,應根據工程實際情況,并考慮測向壓力裝置的精度;
②選定的側壓力需使求出的莫爾包絡線能明顯的反映出所需要的應力區間;
③適當照顧包絡線的各個階段.
我們選擇側壓力5、10、15、20、25MPa.
4.試驗開始,以每秒0.05MPa的加荷速率施加側向壓力和軸向壓力,待到加至預定壓力值時,使其保持穩定,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向壓力值.
5.試驗結束后,取出試樣進行描述,量出大主應力作用面和破壞面之間的夾角.
(三)資料整理:
目前國內外對于三軸試驗成果整理的方法不太統一,巖石力學學會和現場標準化委員會在巖石力學試驗建議方法中曾對資料整理作出規定.考慮到和標準化的一致性,采用巖石力學學會的建議方法,用下列方法整理資料:
1、 按下式計算不同側向壓力下的軸向應力:σ1=P/A×10(5-1)
式中:σ1--不同側壓力下的應力值 MPa;
P--破壞時的大軸向荷載 N或kN;
A--試件橫截面積 cm2.
2、根據軸向應力σ1和側向應力σ3求出巖石的c,φ值,以1/2(σ1-σ3)為縱坐標,以1/2(σ1+σ3)為橫坐標.將各測點繪在直角坐標圖上,然后用圖解法或小2乘法,確定繪出關系曲線,在關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坐標圖上繪制應力圓,作應力圓的包絡線.據此,確定它們c,φ值.
巖石三軸剪切強度試驗使用方法幾參數