岩样单轴压缩的应力-应变全程曲线

如题所述

图2-1是Hudson J A等1971年发表的大理岩试样单轴压缩的应力-应变全程曲线[7],岩样直径3/4英寸,2英寸和4英寸3种,长径比为1/2~3计4种,总计12个岩样。

图2-1 大理岩试样的单轴压缩应力-应变全程曲线

a—直径3/4英寸;b—直径2英寸;c—直径4英寸;曲线上数字为长径比

这组曲线为众多文献引用,是讨论岩样尺度效应和形状效应的经典实验结果,但通常仍局限于定性比较。如岩样直径一定时,长度增加强度减小等。由于岩石的非均质性,试验结果随岩样直径、长度的变化也会出现例外的情形。

为了更清楚地表明全程曲线的复杂性,将图中曲线放大读数,利用计算机将曲线绘于同一图中(图2-2)。显然即使不考虑长径比过小、端部效应显著的情形,岩样的应力-应变全程曲线也极为复杂,尤其是应力峰值之后承载能力的降低过程随岩样而变化,与应力峰值之前的线性变形过程成鲜明的对比。

图2-3是石灰岩、油母页岩两组试样的单轴压缩全程曲线[8]。岩样的直径相同,长度不等。随着岩样长度增加,强度降低,屈服过程中的轴向应变也减小。应力峰值之后岩样的应力-应变关系基本上是直线,但斜率不同。

图2-2 应力-应变全程曲线的复杂性

显然,对图2-1的大理岩和图2-3的油母页岩,杨氏模量表示的弹性变形特征与岩样的形状尺度无关,是材料特性参数;而峰值之后的软化曲线只是材料的特性(Physical property)在具体岩样的宏观表现(Mechanical behavior or performance),并非真正意义上的材料本构关系。更为明确地说,特定尺度、形状的岩样如直径为50mm、长度为100mm的全程曲线,尚不能描述其他尺度岩样的变形过程,因而也不能希望它能作为材料的力学特性,用于岩体工程的各种分析计算。对全程曲线的作用必须有一个确切的认识。

图2-3 不同形状试样的应力-应变全程曲线

a—石灰岩,直径50mm;b—油母页岩,直径20mm;曲线上数字是岩样长度,单位:mm

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