三轴压缩试验体应变与轴

㈠ 温度对花岗岩三轴实验力学参数的影响

5.3.1 不同围压下花岗岩应力-应变曲线

图5.5给出了在围压一定的情况下，花岗岩岩样加热后的三轴压缩应力-应变曲线。

图5.5 不同围压下花岗岩三轴应力-应变曲线

从图5.5可知，在围压一定的情况下，经历不同的加热温度后，花岗岩常规三轴压缩应力-应变曲线大致经历了4个阶段：压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。在压密阶段时，曲线呈上凹型，随着温度的升高，应变增大较快，这主要是由于荷载作用下岩石内部的微裂纹发生闭合所致。当进入弹性阶段后，曲线基本呈直线状态，应力-应变呈正比例关系。而屈服阶段时，由于岩石为非均质体，在荷载逐步增加的情况下，其内部强度较低的材料发生屈服破坏，同时岩石内部产生新裂纹，从而使得应力-应变曲线发生偏移，岩样表现出初步的损伤。当荷载继续增加，岩样进入破坏阶段时，由于岩石试样已经达到了承载极限，其内部裂纹连接、贯通已发展为宏观裂纹，从而使得岩样的整体失去了承载能力。

5.3.2 加温后花岗岩三轴抗压强度、弹性模量与围压的关系

由图5.6可知，在温度20～400℃范围内，加热温度相同的条件下，花岗岩试样的三轴抗压强度随着围压的升高基本呈增大趋势。经历了20℃、100℃、200℃、300℃、400℃五个加热等级后，在围压为5MPa、10MPa、15MPa、20MPa时试样的常规三轴抗压强度的平均值分别为201.46MPa、254.96MPa、259.76MPa、306.60MPa。随着围压的升高，花岗岩试验的常规三轴抗压强度相比于围压为5MPa时的平均值分别增加了26.56%（10MPa），28.94%（15MPa），52.19%（20MPa）。

图5.6 加热后花岗岩三轴抗压强度与围压的关系

依据实验数据将温度为400℃时的三轴抗压强度值进行拟合，得到其相互之间的关系。由图5.6可以看出，经历不同温度作用后，花岗岩岩石试样的三轴压缩抗压强度与围压之间呈非线性关系，其表达式如下：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（下册）

由图5.6花岗岩常规三轴压缩试验所得数据，绘出经历了不同加热温度后，不同围压下的弹性模量与围压的关系，如图5.7所示。

图5.7 加热后花岗岩弹性模量与围压的关系

由图5.7可知，加温后花岗岩试样弹性模量随着围压的升高而逐步增大。当围压为20MPa时，弹性模量有所降低。经历了不同加热温度后的花岗岩试样，当围压为5MPa、10MPa、15MPa、20MPa时其弹性模量的平均值分别为23.27GPa、29.44GPa、30.01GPa、30.86GPa。随着施加于岩石试样上的围压逐步增大，花岗岩的平均弹性模量相比于围压5MPa时的平均弹性模量分别增加了26.53%（10MPa），28.96%（15MPa），32.62%（20MPa）。通过对加热温度为300℃的实验数据进行拟合得出其表达式：

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5.3.3 温度对花岗岩三轴力学性质的影响

通过对花岗岩三轴试验数据处理分析，绘制出每个试件破坏时的莫尔应力圆，得到莫尔强度曲线。利用莫尔强度曲线，可以得出岩石内摩擦角、黏聚力的值，并依据所得到的不同温度下的内摩擦角、黏聚力的值，绘制温度与其之间的相互关系（图5.8）。

图5.8 加热后花岗岩的内摩擦角、黏聚力随温度的变化

由图5.8可知，花岗岩岩石的黏聚力、内摩擦角的试验结果具有较大离散性，但是从整体上看花岗岩岩样的黏聚力随着温度的升高而逐步增大，内摩擦角则随温度升高而呈减小趋势。当温度为300℃时，其黏聚力有所降低，而其内摩擦角曲线呈现的规律与黏聚力的规律恰好相反。通过对实验数据进行曲线拟合得到花岗岩内摩擦角、黏聚力与温度的关系曲线，其分别为：

内摩擦角与温度的关系：

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黏聚力与温度的关系：

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为了显示出温度对花岗岩三轴抗压强度、轴向峰值应变及弹性模量的影响作用，绘制出固定围压下的温度与上述参数的关系图。图5.9至图5.11分别为加热条件下，围压为定值时花岗岩三轴抗压强度、轴向峰值应变及弹性模量与温度之间的关系。

由图5.9至图5.11可以得出，当围压为定值时，试验所测定花岗岩试样的三轴抗压强度、轴向峰值应变及弹性模量结果具有较大的离散性，但是从整体上仍呈现一定的规律性。在常规三轴压缩试验中，经历不同加热温度后，花岗岩试样的三轴抗压强度、峰值应变及弹性模量都呈二次非线性状态，并且在温度低于200℃时，随着温度的升高，岩石试样的三个力学参数呈二次非线性增加，而当温度大于200℃后，该三个参数随着温度的升高呈二次非线性减小。通过拟合围压为10MPa时的相关试验数据分别得到三个力学参数与温度的相互关系，如下所示：

图5.9 不同围压下花岗岩三轴抗压强度随温度的变化

图5.10 不同围压下花岗岩轴向峰值应变随温度的变化

图5.11 不同围压下花岗岩弹性模量随温度的变化

三轴抗压强度与温度的关系：

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轴向峰值应变与温度的关系：

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弹性模量与温度的关系：

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5.3.4 高温高压岩石宏观破坏形态观测

不同温度加热冷却后，花岗岩单轴压缩试验的宏观破坏照片，如图5.12所示。

图5.12 加热后花岗岩单轴压缩试验的破坏形式

通过总结三轴轴压缩实验岩石的破坏情况，岩样的破坏情况主要表现为以下4种，如图5.13（a）～（d）所示。

图5.13 加热后花岗岩三轴压缩试验的破坏形式

㈡ 测定土抗剪强度的三轴压缩试验原理是怎样的

常规试验方法的主要步骤如下：将土切成圆柱体套在橡胶膜内，放在密封的压力室中，然后向压力室内压入水，使试件在各向受到周围压力σ3，并使液压在整个试验过程中保持不变，这时试件内各向的三个主应力都相等，因此不发生剪应力，如图4G8(a)所示。然后再通过传力杆对试件施加竖向压力，这样，竖向主应力就大于水平向主应力，当水平向主应力保持不变，而竖向主应力逐渐增大时，试件终于受剪而破坏，如图(b)所示。设剪切破坏时由传力杆加在试件上的竖向压应力为Δσ1，则试件上的最大主应力为σ1=σ3+Δσ1，而最小主应力为σ3，以(σ1-σ3)为直径可画出一个极限应力圆，如图(c)中的圆Ⅰ，用同一种土样的若干个试件(三个以上)按以上所述方法分别进行试验，每个试件施加不同的周围压力σ3，可分别得出剪切破坏时的最大主应力σ1，将这些结果绘成一组极限应力圆，如图(c)中的圆Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。

由于这些试件都剪切至破坏，根据莫尔G库仑强度理论，绘制出一组极限应力圆的公切线，即土的抗剪强度包线。其通常可近似取为一条直线，该直线与横坐标的夹角即土的内摩擦角φ，直线与纵坐标的截距即土的黏聚力c，如图(c)所示。

三轴压缩试验原理

㈢ 岩石在三轴压缩试验下表现的性质与在单轴试验中有何不同

砂岩的单轴压缩特性

㈣ 三轴压缩试验的优、缺点有哪些

一、优点：

1、直剪结构简单，易于操作。

2、能够严格控制试件的排水条件。

3、可以量测土样中孔隙水压力，从而获得土中有效应力的变化情况。

4、轴压缩试验中试件的应力状态比较明确，剪切破坏时的破裂面在试件的最弱处。

二、缺点：

1、验试期间不能严格控制排水条件，不能测量孔隙水压力。

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三轴压缩试验仪器设备：

1、常用的三轴仪，按施加轴向压力方式的不同，分为应变控制式和应力控制式两种。

2、应变控制式三轴仪。

包括压力室、试验机、施加周围压力和垂直压力系统、体积变化和孔隙压力量测系统等。

3、附属设备：击实简、饱和器、切土盘、切土器和切土架、分样器、承膜筒、天平、量表、橡皮膜等。

㈤ 三轴压缩试验的优、缺点有哪些

一、优点：

1、直剪结构简单，易于操作。

2、能够严格控制试件的排水条件。

3、可以量测土样中孔隙水压力，从而获得土中有效应力的变化情况。

4、轴压缩试验中试件的应力状态比较明确，剪切破坏时的破裂面在试件的最弱处。

二、缺点：

1、验试期间不能严格控制排水条件，不能测量孔隙水压力。

(5)三轴压缩试验体应变与轴扩展阅读

三轴压缩试验仪器设备：

1、常用的三轴仪，按施加轴向压力方式的不同，分为应变控制式和应力控制式两种。

2、应变控制式三轴仪。

包括压力室、试验机、施加周围压力和垂直压力系统、体积变化和孔隙压力量测系统等。

3、附属设备：击实简、饱和器、切土盘、切土器和切土架、分样器、承膜筒、天平、量表、橡皮膜等。

㈥ 简述三轴压缩试验原理是什么

三轴压缩实验（亦称三轴剪切实验）是以摩尔－库仑强度理论为依据而设计的三轴向加压的剪力试验，试样在某一固定周围压力下，逐渐增大轴向压力，直至试样破坏，据此可作出一个极限应力圆。用同一种土样的3～4个试件分别在不同的周围压力下进行实验，可得一组极限应力圆，如图中的圆Ⅰ、圆Ⅱ和圆Ⅲ。作出这些极限应力圆的公切线，即为该土样的抗剪强度包络线，由此便可求得土样的抗剪强度指标。

㈦ 三轴压缩试验按排水条件的不同，可分为哪几种试验方法

(1)不固结不排水剪（UU试验）。

(2)固结不排水剪（CU试验）。

(3)固结排水剪（CD试验）。

不同的试验方法，所测得的指标是有差别的，应根据工程的实际情况具体分析，以选择基本符合实际工程受荷情况的试验方法。

仪器设备：

1)常用的三轴仪，按施加轴向压力方式的不同，分为应变控制式和应力控制式两种。

2)应变控制式三轴仪。包括压力室、试验机、施加周围压力和垂直压力系统、体积变化和孔隙压力量测系统等。

3)附属设备：击实简、饱和器、切土盘、切土器和切土架、分样器、承膜筒、天平、量表、橡皮膜等。

(7)三轴压缩试验体应变与轴扩展阅读

三轴剪力仪的核心部分是三轴压力室，并配备有轴压系统、侧压系统和孔隙水压力测读系统等。试验用的土样为圆柱形，其高度与直径之比为2〜2.5。试样用薄橡皮膜包裹，使土样的孔隙水与膜外液体（水）完全隔开。

在给定的三轴压力室周围压力作用下，不断加大轴向附加压力，直至试样被剪破按莫尔强度理论计算剪破面上的法向应力与极限剪切应力。

三轴剪切试验结果可以确定土壤的抗剪强度指标内摩擦角和黏结力。与直剪试验比较，三轴试样中的应力分布比较均匀，可供在复杂应力条件下研究土壤的抗剪强度特性。

参考资料来源：网络-三轴压缩试验