岩石单轴压缩试验破坏面形态描述（岩石-单轴压缩试验）

岩石单轴压缩试验破坏面形态描述（岩石-单轴压缩试验）2. 实验原理(4)破裂后阶段（D点以后段）。岩块承载力达到峰值强度后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。到本阶段，裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面。此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不降到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载力。(1)孔隙裂隙压密阶段（OA段）。试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形，应力－应变曲线呈上凹型。在此阶段试件横向膨胀较小，试件体积随荷载增大而减小。本阶段变形对裂隙化岩石来说较明显，而对坚硬少裂隙的岩石则不明显，甚至不显现。(2)弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（AC段）。该阶段的应力－应变曲线呈近似直线形。其中，AB段为弹性变形阶段，BC段为微破裂稳定发展阶段。(3)非稳定破裂发展阶段，或称累进性破裂阶段（CD段）。C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。相应

1.概述

岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度(uniaxial compressive strength)，或称为非限制性抗压强度（unconfined compressive strength)。因为试件只受到轴向压力作用，侧向没有压力，因此试件变形没有受到限制。

单轴压缩条件下岩石变形特征

岩石试件在单轴压缩荷载作用下产生变形的全过程可由图1所示的应力－应变曲线表示。由全应力－应变曲线可将岩石的变形分为下列四个阶段。

(1)孔隙裂隙压密阶段（OA段）。试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形，应力－应变曲线呈上凹型。在此阶段试件横向膨胀较小，试件体积随荷载增大而减小。本阶段变形对裂隙化岩石来说较明显，而对坚硬少裂隙的岩石则不明显，甚至不显现。

(2)弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（AC段）。该阶段的应力－应变曲线呈近似直线形。其中，AB段为弹性变形阶段，BC段为微破裂稳定发展阶段。

(3)非稳定破裂发展阶段，或称累进性破裂阶段（CD段）。C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。相应于该点的应力为屈服应力（屈服极限），其值约为峰值强度的三分之二。进人本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏。试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率迅速增大。本阶段的上界应力称为峰值强度。

(4)破裂后阶段（D点以后段）。岩块承载力达到峰值强度后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。到本阶段，裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面。此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不降到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载力。

2. 实验原理

(1)单轴压缩试验中单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的确定：

岩石的抗压强度

弹性模量和泊松比

根据岩石试件在单轴压缩试验中的轴向变形和径向变形，绘制岩石的应力-应变曲线，岩石的变形特征从应力-应变曲线中获得。

(2)试件在单轴压缩荷载作用下破坏时，在测件中可产生三种破坏形式：

①X状共轭斜面剪切破坏，如图2(a)

所示，破坏面法线与荷载轴线（即试件轴线）的夹角

，式中

为岩石的内摩擦角。这种破坏形式是最常见的破坏形式。

②单斜面剪切破坏，如图2(b)

所示。

角定义与图2(a)相同。这两种破坏都是由破坏面上的剪应力超过极限引起的，因而被视为剪切破坏。但破坏前破坏面所需承受的最大剪应力也与破坏面上的正应力有关，因而也可称该类破坏为压－剪破坏。

③拉伸破坏，如图2(c)所示。在轴向压应力作用下，在横向将产生拉应力。这是泊松效应的结果。这种类型的破坏就是横向拉应力超过岩石抗拉极限所引起的。

3.岩样制备

试验中应选取质地均匀，无明显裂隙、孔洞和其他缺陷的岩样。试件的尺寸和加工精度参照《工程岩体试验方法标准》推荐的岩石强度测试试验标准，试样均为直径48~54 mm的圆柱体，试件高度与直径之比为2.0~2.5，试件底部的平整度应在0.02 mm以内，试件的轴线与垂直方向的最大偏离距离应小于直径的1/1000。

对岩样进行筛选，剔除表面有明显破损或裂纹以及尺寸、底部平整度和直径偏差不合规范的试件。在试件制备完成后，需要将其置于通风干燥环境中至少两周。

4.试验方法

(1)将单轴压缩试验夹具装置安装在RMT-150C岩石与混凝土力学试验系统（图3）的底座上，将试件上下底面涂抹一层薄薄的润滑剂（凡士林）后置于底座中心位置，试样上端与实验机承压板之间安放刚性垫块，在安装轴向位移引伸计和径向位移引伸计， 调整轴向和径向位移引伸计的位置使位移引伸计具有初始读数；

(2)调整承压头，使刚性垫块与实验机承压板均匀接触，使试样均匀受力；

(3)以每秒0.1~0.5 MPa的速率加载直至试样破坏，其中软岩石和较软岩石取较低的加载速率；

(4)记录实验破坏荷载和实验过程中出现的现象，并对破坏后的试样进行描述。

消除端部效应

进行压缩试验时，试件的端部效应也必须予以注意。当试件由上、下两个铁板加压时，铁板与试件端面之间存在摩擦力，因此在试件端部存在剪应力，并阻止试件端部的侧向变形，所以试件端部的应力状态不是非限制性的，也不是均匀的。只有在离开端面一定距离的部位，才会出现均匀应力状态。为了减少“端部效应”，必须在试件和铁板之间加润滑剂，以充分减少铁板与试件端面之间的摩擦力。同时必须使试件长度达到规定要求，以保证在试件中部出现均匀应力状态。如果铁板与试件端面之间不存在摩擦力，则均匀应力状态将在整个试件中出现。

5.数据结果处理

(1)试样描述

①岩石名称、颜色、矿物成分、风化程度；

②试样层理、裂隙及其与加载方向的关系；

③试样尺寸和加工精度；

④破坏形式和裂纹模式。

(2) 根据岩石试件在单轴压缩试验中的轴向变形和径向变形，绘制岩石的应力-应变曲线，岩石的变形特征从应力-应变曲线中获得。

岩石的抗压强度

弹性模量和泊松比按下式计算：