三軸壓縮試驗體應變與軸

㈠ 溫度對花崗岩三軸實驗力學參數的影響

5.3.1 不同圍壓下花崗岩應力-應變曲線

圖5.5給出了在圍壓一定的情況下，花崗岩岩樣加熱後的三軸壓縮應力-應變曲線。

圖5.5 不同圍壓下花崗岩三軸應力-應變曲線

從圖5.5可知，在圍壓一定的情況下，經歷不同的加熱溫度後，花崗岩常規三軸壓縮應力-應變曲線大致經歷了4個階段：壓密階段、彈性階段、屈服階段和破壞階段。在壓密階段時，曲線呈上凹型，隨著溫度的升高，應變增大較快，這主要是由於荷載作用下岩石內部的微裂紋發生閉合所致。當進入彈性階段後，曲線基本呈直線狀態，應力-應變呈正比例關系。而屈服階段時，由於岩石為非均質體，在荷載逐步增加的情況下，其內部強度較低的材料發生屈服破壞，同時岩石內部產生新裂紋，從而使得應力-應變曲線發生偏移，岩樣表現出初步的損傷。當荷載繼續增加，岩樣進入破壞階段時，由於岩石試樣已經達到了承載極限，其內部裂紋連接、貫通已發展為宏觀裂紋，從而使得岩樣的整體失去了承載能力。

5.3.2 加溫後花崗岩三軸抗壓強度、彈性模量與圍壓的關系

由圖5.6可知，在溫度20～400℃范圍內，加熱溫度相同的條件下，花崗岩試樣的三軸抗壓強度隨著圍壓的升高基本呈增大趨勢。經歷了20℃、100℃、200℃、300℃、400℃五個加熱等級後，在圍壓為5MPa、10MPa、15MPa、20MPa時試樣的常規三軸抗壓強度的平均值分別為201.46MPa、254.96MPa、259.76MPa、306.60MPa。隨著圍壓的升高，花崗岩試驗的常規三軸抗壓強度相比於圍壓為5MPa時的平均值分別增加了26.56%（10MPa），28.94%（15MPa），52.19%（20MPa）。

圖5.6 加熱後花崗岩三軸抗壓強度與圍壓的關系

依據實驗數據將溫度為400℃時的三軸抗壓強度值進行擬合，得到其相互之間的關系。由圖5.6可以看出，經歷不同溫度作用後，花崗岩岩石試樣的三軸壓縮抗壓強度與圍壓之間呈非線性關系，其表達式如下：

科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（下冊）

由圖5.6花崗岩常規三軸壓縮試驗所得數據，繪出經歷了不同加熱溫度後，不同圍壓下的彈性模量與圍壓的關系，如圖5.7所示。

圖5.7 加熱後花崗岩彈性模量與圍壓的關系

由圖5.7可知，加溫後花崗岩試樣彈性模量隨著圍壓的升高而逐步增大。當圍壓為20MPa時，彈性模量有所降低。經歷了不同加熱溫度後的花崗岩試樣，當圍壓為5MPa、10MPa、15MPa、20MPa時其彈性模量的平均值分別為23.27GPa、29.44GPa、30.01GPa、30.86GPa。隨著施加於岩石試樣上的圍壓逐步增大，花崗岩的平均彈性模量相比於圍壓5MPa時的平均彈性模量分別增加了26.53%（10MPa），28.96%（15MPa），32.62%（20MPa）。通過對加熱溫度為300℃的實驗數據進行擬合得出其表達式：

科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（下冊）

5.3.3 溫度對花崗岩三軸力學性質的影響

通過對花崗岩三軸試驗數據處理分析，繪制出每個試件破壞時的莫爾應力圓，得到莫爾強度曲線。利用莫爾強度曲線，可以得出岩石內摩擦角、黏聚力的值，並依據所得到的不同溫度下的內摩擦角、黏聚力的值，繪制溫度與其之間的相互關系（圖5.8）。

圖5.8 加熱後花崗岩的內摩擦角、黏聚力隨溫度的變化

由圖5.8可知，花崗岩岩石的黏聚力、內摩擦角的試驗結果具有較大離散性，但是從整體上看花崗岩岩樣的黏聚力隨著溫度的升高而逐步增大，內摩擦角則隨溫度升高而呈減小趨勢。當溫度為300℃時，其黏聚力有所降低，而其內摩擦角曲線呈現的規律與黏聚力的規律恰好相反。通過對實驗數據進行曲線擬合得到花崗岩內摩擦角、黏聚力與溫度的關系曲線，其分別為：

內摩擦角與溫度的關系：

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黏聚力與溫度的關系：

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為了顯示出溫度對花崗岩三軸抗壓強度、軸向峰值應變及彈性模量的影響作用，繪制出固定圍壓下的溫度與上述參數的關系圖。圖5.9至圖5.11分別為加熱條件下，圍壓為定值時花崗岩三軸抗壓強度、軸向峰值應變及彈性模量與溫度之間的關系。

由圖5.9至圖5.11可以得出，當圍壓為定值時，試驗所測定花崗岩試樣的三軸抗壓強度、軸向峰值應變及彈性模量結果具有較大的離散性，但是從整體上仍呈現一定的規律性。在常規三軸壓縮試驗中，經歷不同加熱溫度後，花崗岩試樣的三軸抗壓強度、峰值應變及彈性模量都呈二次非線性狀態，並且在溫度低於200℃時，隨著溫度的升高，岩石試樣的三個力學參數呈二次非線性增加，而當溫度大於200℃後，該三個參數隨著溫度的升高呈二次非線性減小。通過擬合圍壓為10MPa時的相關試驗數據分別得到三個力學參數與溫度的相互關系，如下所示：

圖5.9 不同圍壓下花崗岩三軸抗壓強度隨溫度的變化

圖5.10 不同圍壓下花崗岩軸向峰值應變隨溫度的變化

圖5.11 不同圍壓下花崗岩彈性模量隨溫度的變化

三軸抗壓強度與溫度的關系：

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軸向峰值應變與溫度的關系：

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彈性模量與溫度的關系：

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5.3.4 高溫高壓岩石宏觀破壞形態觀測

不同溫度加熱冷卻後，花崗岩單軸壓縮試驗的宏觀破壞照片，如圖5.12所示。

圖5.12 加熱後花崗岩單軸壓縮試驗的破壞形式

通過總結三軸軸壓縮實驗岩石的破壞情況，岩樣的破壞情況主要表現為以下4種，如圖5.13（a）～（d）所示。

圖5.13 加熱後花崗岩三軸壓縮試驗的破壞形式

㈡ 測定土抗剪強度的三軸壓縮試驗原理是怎樣的

常規試驗方法的主要步驟如下：將土切成圓柱體套在橡膠膜內，放在密封的壓力室中，然後向壓力室內壓入水，使試件在各向受到周圍壓力σ3，並使液壓在整個試驗過程中保持不變，這時試件內各向的三個主應力都相等，因此不發生剪應力，如圖4G8(a)所示。然後再通過傳力桿對試件施加豎向壓力，這樣，豎向主應力就大於水平向主應力，當水平向主應力保持不變，而豎向主應力逐漸增大時，試件終於受剪而破壞，如圖(b)所示。設剪切破壞時由傳力桿加在試件上的豎向壓應力為Δσ1，則試件上的最大主應力為σ1=σ3+Δσ1，而最小主應力為σ3，以(σ1-σ3)為直徑可畫出一個極限應力圓，如圖(c)中的圓Ⅰ，用同一種土樣的若干個試件(三個以上)按以上所述方法分別進行試驗，每個試件施加不同的周圍壓力σ3，可分別得出剪切破壞時的最大主應力σ1，將這些結果繪成一組極限應力圓，如圖(c)中的圓Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。

由於這些試件都剪切至破壞，根據莫爾G庫侖強度理論，繪制出一組極限應力圓的公切線，即土的抗剪強度包線。其通常可近似取為一條直線，該直線與橫坐標的夾角即土的內摩擦角φ，直線與縱坐標的截距即土的黏聚力c，如圖(c)所示。

三軸壓縮試驗原理

㈢ 岩石在三軸壓縮試驗下表現的性質與在單軸試驗中有何不同

砂岩的單軸壓縮特性

㈣ 三軸壓縮試驗的優、缺點有哪些

一、優點：

1、直剪結構簡單，易於操作。

2、能夠嚴格控制試件的排水條件。

3、可以量測土樣中孔隙水壓力，從而獲得土中有效應力的變化情況。

4、軸壓縮試驗中試件的應力狀態比較明確，剪切破壞時的破裂面在試件的最弱處。

二、缺點：

1、驗試期間不能嚴格控制排水條件，不能測量孔隙水壓力。

(4)三軸壓縮試驗體應變與軸擴展閱讀

三軸壓縮試驗儀器設備：

1、常用的三軸儀，按施加軸向壓力方式的不同，分為應變控制式和應力控制式兩種。

2、應變控制式三軸儀。

包括壓力室、試驗機、施加周圍壓力和垂直壓力系統、體積變化和孔隙壓力量測系統等。

3、附屬設備：擊實簡、飽和器、切土盤、切土器和切土架、分樣器、承膜筒、天平、量表、橡皮膜等。

㈤ 三軸壓縮試驗的優、缺點有哪些

一、優點：

1、直剪結構簡單，易於操作。

2、能夠嚴格控制試件的排水條件。

3、可以量測土樣中孔隙水壓力，從而獲得土中有效應力的變化情況。

4、軸壓縮試驗中試件的應力狀態比較明確，剪切破壞時的破裂面在試件的最弱處。

二、缺點：

1、驗試期間不能嚴格控制排水條件，不能測量孔隙水壓力。

(5)三軸壓縮試驗體應變與軸擴展閱讀

三軸壓縮試驗儀器設備：

1、常用的三軸儀，按施加軸向壓力方式的不同，分為應變控制式和應力控制式兩種。

2、應變控制式三軸儀。

包括壓力室、試驗機、施加周圍壓力和垂直壓力系統、體積變化和孔隙壓力量測系統等。

3、附屬設備：擊實簡、飽和器、切土盤、切土器和切土架、分樣器、承膜筒、天平、量表、橡皮膜等。

㈥ 簡述三軸壓縮試驗原理是什麼

三軸壓縮實驗（亦稱三軸剪切實驗）是以摩爾－庫侖強度理論為依據而設計的三軸向加壓的剪力試驗，試樣在某一固定周圍壓力下，逐漸增大軸向壓力，直至試樣破壞，據此可作出一個極限應力圓。用同一種土樣的3～4個試件分別在不同的周圍壓力下進行實驗，可得一組極限應力圓，如圖中的圓Ⅰ、圓Ⅱ和圓Ⅲ。作出這些極限應力圓的公切線，即為該土樣的抗剪強度包絡線，由此便可求得土樣的抗剪強度指標。

㈦ 三軸壓縮試驗按排水條件的不同，可分為哪幾種試驗方法

(1)不固結不排水剪（UU試驗）。

(2)固結不排水剪（CU試驗）。

(3)固結排水剪（CD試驗）。

不同的試驗方法，所測得的指標是有差別的，應根據工程的實際情況具體分析，以選擇基本符合實際工程受荷情況的試驗方法。

儀器設備：

1)常用的三軸儀，按施加軸向壓力方式的不同，分為應變控制式和應力控制式兩種。

2)應變控制式三軸儀。包括壓力室、試驗機、施加周圍壓力和垂直壓力系統、體積變化和孔隙壓力量測系統等。

3)附屬設備：擊實簡、飽和器、切土盤、切土器和切土架、分樣器、承膜筒、天平、量表、橡皮膜等。

(7)三軸壓縮試驗體應變與軸擴展閱讀

三軸剪力儀的核心部分是三軸壓力室，並配備有軸壓系統、側壓系統和孔隙水壓力測讀系統等。試驗用的土樣為圓柱形，其高度與直徑之比為2〜2.5。試樣用薄橡皮膜包裹，使土樣的孔隙水與膜外液體（水）完全隔開。

在給定的三軸壓力室周圍壓力作用下，不斷加大軸向附加壓力，直至試樣被剪破按莫爾強度理論計算剪破面上的法向應力與極限剪切應力。

三軸剪切試驗結果可以確定土壤的抗剪強度指標內摩擦角和黏結力。與直剪試驗比較，三軸試樣中的應力分布比較均勻，可供在復雜應力條件下研究土壤的抗剪強度特性。

參考資料來源：網路-三軸壓縮試驗