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T0222-2024单轴压缩变形试验

关键字: T0222-2024单轴压缩变形试验日期: 2024-5-30 20:45:56 点击 11395 次

JTG 3431-2024《公路工程岩石试验规程》----4 岩石试验 / T0222-2024单轴压缩变形试验

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2.测试方法：
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3.使用说明：

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T0222-2024单轴压缩变形试验

1 目的和适用范围
岩石单轴压缩变形试验是测定岩石试件在单轴压缩应力条件下的轴向及径向应变值，据此计算出岩石的弹性模量和泊松比。
本试验可分为电阻应变法、位移计法，适用于能制成规则试件的各类岩石。坚硬和较坚硬的岩石宜采用电阻应变仪法；较软岩宜采用千分表法；对于变形较大的软岩和极软岩，可采用百分表测量变形；对于精度要求较高的，可采用LVDT传感器法。
2 仪器设备
(1)钻石机、切石机、磨石机和车床等岩石试件加工设备。
(2)测量平台。
(3)游标卡尺
(4)惠斯顿电桥、万用电表、兆欧表。
(5)电阻应变仪。
(6)电阻应变片。
(7)千(百)分表或 LVDT传感器。
(8)固定支架。
(9)材料试验机：示值误差不超过±1%。
3 试件制备与描述
3.1 试件可用钻孔岩心或岩块制备。试样在采取、运输和制备过程中，应避免产生裂缝。
3.2 试验采用圆柱体作为标准试件，推荐直径尺寸为50mm±2mm,高度与直径之比值为2.0的圆柱体。精度应符合本规程第3章的有关规定。
3.3 试件的含水状态可根据需要选择烘干状态、风干状态、饱和状态、冻融循环后状态、干湿循环后状态。同一含水状态试件个数为3个。
3.4 试件的描述应符合本规程第3章的有关规定。
4 试验步骤
4.1 电阻应变片法
4.1.1 选择电阻应变片：应变片栅长应大于岩石矿物最大颗粒粒径的10倍，且小于试件半径。同一组试件的工作片与温度补偿片的规格和灵敏度系数应相同，电阻值允许偏差为±0.1Ω。
4.1.2 贴电阻应变片：试件以相互垂直的两对侧面为一组，分别贴纵向和横向应变片 (如只求弹性模量而不求泊松比、则仅需贴纵向的一对即可),数量均不应少于2片，且贴片位置应尽量避开裂隙或斑晶。贴片前先将试件的贴片部位用0号砂纸斜向擦毛，用丙酮擦洗，均匀地涂一层防潮胶液，厚度不应大于0.1mm,面积约为20mm×30mm,再使应变片牢固地粘贴在试件上。
4.1.3 焊接导线：将各应变片的线头分别焊接导线，并用白胶布贴在导线上，标明编号。焊接时注意：宜采用液态松香和金属屏蔽线焊接；电阻应变仪应靠近压力试验机；导线焊好后应固定；系统绝缘电阻值应大于200MΩ。
4.1.4 接通电源并检查电压，调整灵敏系数；将试件测量导线接好，放在压力试验机球座上；接温度补偿电阻应变片，贴温度补偿电阻应变片的试件应是试验同组试件，并放在试验试件的附近；粘贴温度补偿应变片的操作程序要求宜与工作应变片相同。
4.1.5 将试件反复预压2～3次，加载压力约为岩石极限强度的10%。
4.1.6 按规定的加载方式和载荷分级，加荷速度应为0.5～1.0MPa/s, 逐级测读载荷与应变值，软岩或较软岩应适当降低加载速率，直至试件破坏。读数不应少于10组测值。
4.1.7 记录加载过程及破坏时出现的现象，对破坏后的试件进行描述。
4.2 位移计法
4.2.1 采用千分表法测量岩石试件变形时，对于较软岩，可将测量表架直接安装在试件上测量试件的纵、横向变形；对于变形较大、强度较低的软岩和极软岩，可将测表安装在磁性表架上，磁性表架安装在试验机的下承压板上，纵向测表表头与上承压板边缘接触，横向测表表头直接与试件接触，测读初始读数。两对相互垂直的纵向测表和横向测表应分别安装在试件直径的对称位置上。轴向或径向侧表各两只，如图T0222-1 所示。图 T0222-1 (于分表法试件安装示意图1-试件；2-千分表架；3-千分表；4.型块
4.2.2 其他步骤应符合本试验第4.1.5～4.17条的规定。
4.3 LVDT传感器法
4.3.1 固定内置LVDT传感器及岩石试件：上部内置LVDT传感器固定支架固定在压头上，下部内置LVDT传感器固定支架固定在底座上，上部内置LVDT传感器固定支架和下部内置LVDT传感器固定支架将内置LVDT传感器固定，将岩石试件固定在压头和底座之间。
4.3.2 通过LVDT传感器测量到的变形值、岩石试件加载时压头承受的压应力、压头和底座的弹性模量、上部LVDT传感器固定支架中心线到压力室承压座上表面的距离、底座高度及计算出的隐含等效标距，确定岩石试件的变形值；再通过岩石试件的变形值和岩石试件的高度确定消除系统变形后的轴向应变。
4.3.3 其他步骤应符合本试验第4.1.5～4.1.7条的规定。
5 结果整理
5.1 岩石单轴抗压强度应按本规程T0221 计算。
5.2 电阻应变仪法各级载荷下的应力按式(T0222-1) 计算，位移计法纵向应变按式(T0222-2)计算，位移计法横向应变按式(T0222-3) 计算：
式中：σ——法向应力(MPa);
P——与所测各组应变值相应的载荷(N);
A——试件的截面积(mm²)。
式中：ε₁——试件的纵向应变；
E₄—— 试件的横向应变；
Σ△L——2 只纵向千分表变形量的总和(mm);
∑ △d——2只横向千分表变形量的总和(mm);
L——纵向变形量的标距(mm);
d—— 圆柱体试件的直径(mm)。
5.3 绘制应力与纵向应变及横向应变关系曲线，在应力与纵向应变关系曲线直线段上，如图T0222-2所示，按式(T0222-4)计算弹性模量，计算结果精确至三位有效数字。图T0222-2岩石试件应力-纵向应变关系曲线
式中：E——弹性模量(MPa);(T0222-4)
σ₀ σ₄—应力-纵向应变关系曲线上直线段终点、起点的试件应力(MPa);&m、&—应力为σ₁、σ。时的纵向应变值。
5.4 以同一应力下的纵向、横向应变，按式(T0222-5)计算泊松比，试验结果精确至0.01:
式中：μ——泊松比；(T0222-5)
En 、Ea—应力为σ₀、σ。时的横向应变值。
5.5 分别按式(T0222-6)、式(T0222-7)计算岩石弹性模量(割线模量)和相应的泊松比：
式中：E—— 岩石的弹性模量，即割线模量(MPa);
μso——岩石泊松比；
σso—— 加载最大值的0.5倍时的试件应力(MPa);
εiso——应力为σ时的横向应变值；
εiso—— 应办为σ时的纵向应变值。
5.6 每组试验3个试件平行试验，试验结果应为3个试件测得结果之平均值，并同时列出每个试件的试验结果。
5.7 试验记录
内容包括：项目名称、工程名称、取样地点、取样深度、岩石名称、试验编号、试件编号、试件描述、试件尺寸、含水状态、各级载荷下的应力及纵向和横向应变值、弹性模量、泊松比、破坏载荷、试验人员、试验日期。
6 报告
内容包括：项目名称、工程名称、取样地点、取样深度、岩石名称、试件尺寸、试验方法、试验成果、试验人员、试验日期。

条文说明

岩石单轴压缩变形试验是为了测定试件在单轴压缩应力条件下的纵向应变值及横向应变值，据此计算岩石的弹性模量和泊松比。岩石由单轴压缩变形试验求得的弹性模量和泊松比是岩石变形特性的最基本参数。在进行各种计算时，这两个参数必不可少。尤其是在采用各种数值计算方法评价岩体的稳定性和分析岩体内的应力分布时，显得更为重要。岩石的弹性模量和泊松比与岩石的单轴抗压强度一样，也受到试验条件、试验环境和不同岩性的影响。但是，弹性模量和泊松比并不像岩石单轴抗压强度对这些因素那么敏感，且并不具有很明显的规律性。在实际工程中，岩石的平均弹性模量和岩石的割线模量(亦称变形模量，是应力应变曲线原点与岩石单轴抗压强度值的50%的点连线的斜率)以及与其各自相对应的泊松比应用最多。在某些特殊条件下，也可以按不同的应力水平确定其弹性模量和泊松比。
4.1.6 在岩石变形试验中，加荷速度主要采用时间控制和载荷控制。用时间控制的，如美国和日本的规程所作规定与单轴抗压强度的加荷速度一致。国内有关规程均采用载荷控制，参照当前国内外规程的规定和研究资料，使岩石变形试验和单轴抗压强度试验的加荷速度取得一致是合理的。
为了测定岩石变形特征的各项指标，本规程规定采用一次连续加荷的方式，直至试件破坏。如果没有连续记录装置，则要求在逃定加荷区间内取等间隔载荷，记录相应的应变量或变形量。并规定，至少要求记取10个读数，以便绘制纵向和横向的应力-应变曲线。
4.2、4.3 通常情况下，坚硬和较坚硬的岩石采用电阻应变仪法，较软岩采用千分表法，对于变形较大的软岩和极软岩可采用百分表测量变形。电阻应变仪法从全面性讲是目前变形测试中应用最广泛的一种方法，它具有较高的精度，适合于大多数情况下的变形试验。但是，电阻应变仪法对电阻应变片粘贴技术要求高，特别是使用小标距电阻应变片时，因测量标距较短，不能完全反映整个试样的状态，建议采用4cm的电阻应变片。
LVDT传感器法是目前最先进、精度最高的测试方法，通过测定安装在试件上的轴向引伸仪和环向引伸仪的变形量，得到岩石试件的变形。它不仅可以测量试件破坏前的变形，而且可以量测试件破坏后的残余变形过程，得到试件应力应变全过程曲线。建议有条件的试验室，可以开展这方面的试验工作，积累经验。

本文关键字：T0222-2024单轴压缩变形试验
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