岩样单轴压缩的应力-应变全程曲线

Question

如题所述

Answer 1

图2-1呈现了Hudson J A等人在1971年研究的大理岩试样在单轴压缩下的应力-应变全程曲线。这些试样的直径分别设定为3/4英寸、2英寸和4英寸，长度与直径的比值则分别为1/2、1和3，共涉及12个岩样。在图2-1中，根据不同直径的岩样展示了单轴压缩的应力-应变全程曲线：a) 3/4英寸直径的岩样；b) 2英寸直径的岩样；c) 4英寸直径的岩样。每条曲线上的数字代表不同的长径比。这些曲线常被引用，用于探讨岩样的尺寸效应和形状效应，尽管这类讨论多限于定性分析。例如，在岩样直径不变的情况下，长度的增加通常会导致抗压强度的下降。但是，由于岩石的非均质性，某些情况下也会出现相反的情况。为了更详细地展示全程曲线的复杂性，图2-1中的曲线经过放大处理，并利用计算机技术绘制在同一张图2-2中。即便忽略了长径比过小或端部效应显著的影响，岩样的应力-应变全程曲线依旧显示出其复杂性。特别是在应力峰值之后，岩样的承载能力下降过程因岩样差异而异，这与应力峰值前的线性变形过程形成对比。
图2-3展示了石灰岩和油母页岩两组试样的单轴压缩全程曲线，这些岩样具有相同的直径但长度各异。随着岩样长度的增加，其强度降低，屈服过程中的轴向应变也相应减小。在应力峰值之后，应力-应变关系基本上呈现直线，但不同岩样的斜率存在差异。对于大理岩的图2-1和油母页岩的图2-3，杨氏模量作为一个表征弹性变形的材料特性参数，与岩样的形状和尺寸无关。峰值后的软化曲线反映了材料物理特性在特定岩样上的宏观表现，并不能代表材料的本构关系。更准确地说，特定尺寸和形状的岩样的全程曲线，例如直径50mm、长度100mm的岩样，不能代表其他尺寸岩样的变形行为。因此，我们也不能将这样的曲线视为材料力学特性的代表，以供岩石工程分析计算使用。对于全程曲线的作用，我们需要有一个准确的认识。