單軸壓縮

❶ 全程曲線的力學含義和單軸壓縮的本構關系

2.3.1 岩樣峰後承載能力的降低

岩樣中同一承載斷面上材料強度不等，隨著單軸壓縮應力增大，低強度部分將逐漸產生屈服弱化，承載能力降低（並非完全喪失承載能力），從而使未屈服的材料實際應力增大，彈性應變增大。這就造成應力-應變關系逐步偏離直線狀態。在應力峰值之前，岩樣中強度較低的材料都有可能發生屈服弱化。

另一方面，岩樣中最弱斷面達到承載極限後，軸向應力將下降，岩樣發生總體弱化。與金屬材料的塑性屈服不同，由於軸向應力降低，岩樣中除最弱斷面在壓縮變形作用下屈服面積逐步增加、材料繼續弱化外，其他將處於卸載狀態，即應力峰值之後的屈服、弱化只是集中在局部區域。

圖2-8 蘇長岩試樣峰後變形規律與圍壓無關

曲線上數字是圍壓

對常規三軸壓縮而言，岩樣在單一斷面剪切破壞，上述結論是顯而易見的。在單軸壓縮時，由於岩石的抗拉強度較低，從而產生沿軸向的張拉破壞，掩蓋了岩樣內的剪切破壞特徵；不過，就岩樣應力峰值之後承載能力的降低規律來說，單軸壓縮和三軸壓縮兩種狀態下是完全相同的。圖2-8是蘇長岩的結果^［12］，本書所作的粉砂岩和大理岩等試驗結果也表明了同樣的規律，將在第3章和第6章中給出。

總之，岩樣峰後的屈服破壞由於軸向應力的降低而具有局部化特徵。這就是說弱化過程只能用弱化區域附近的塑性變形量而不是岩樣的平均應變描述。岩樣總的塑性變形量

u_P=L（ε-σ/E） （2.1）

式中：L為岩樣長度；E為彈性模量。

若以u_P為變數重新處理前面圖2-1和圖2-3的應力-應變全程曲線，得到岩樣單軸壓縮過程中承載能力隨塑性變形量增大而降低的規律（圖2-9、圖2-10）。顯然岩樣最弱斷面完全屈服之後就以相同的規律弱化，即相同材料、不同長度岩樣的承載能力隨塑性變形量增大而減少是一致的^［9，13］。

圖2-9 大理岩試樣隨塑性變形的弱化過程

a—直徑3/4英寸；b—直徑2英寸；c—直徑4英寸；曲線上數字為長徑比

任何岩石材料都可能有變形歷史，因此u_P真正零點是未知的；而物理關系即岩石的弱化特性應該與u_P的零點選取無關，因而一定有

岩石的力學性質

或

σ_S=σ₀-Yu_P

式中，Y定義為岩石材料的弱化模量，表徵岩石材料的強度隨塑性變形量增大的弱化程度；參數σ₀表示岩樣原始強度特性的參數。弱化模量Y與岩樣的長度無關，說明造成岩樣承載能力的降低確實是岩樣中某一斷面的弱化。

對圖2-1中不同直徑、長徑比的12個大理岩試樣單軸壓縮全程曲線，在用塑性變形量來考察應力峰值之後的弱化過程，是

岩石的力學性質

岩樣承載能力的單位降低所需塑性變形量，即1/Y與其直徑D呈線性關系，而與長度無關。這進一步說明了岩樣承載能力的降低，其根源在於材料內部的剪切滑移而不是沿軸向的拉伸劈裂。同時表明，要全面了解岩石的弱化特性，必須進行不同直徑岩樣的單軸壓縮試驗。

圖2-10 石灰岩和油母頁岩試樣隨塑性變形的弱化過程

a—石灰岩，直徑50mm；b—油母頁岩，直徑20mm；曲線上數字是岩樣長度，單位：mm

2.3.2 全程曲線的力學含義

圖2-11是關於岩石試樣單軸壓縮破壞過程的經典解釋^［14］。然而應該將岩樣的破壞和承載能力的降低分開討論。

如前所述，單軸壓縮時岩樣出現的沿軸向的張拉劈裂以及由此產生的聲發射，與其承載能力的降低並無直接關系。就承載能力降低而言，常規三軸壓縮與單軸壓縮相同，但破壞形式是剪切滑移。在這種情況下，岩樣的環向變形可以反映岩樣的承載能力的降低過程。

圖2-11 岩樣單軸壓縮破壞過程的經典解釋

圖2-12a是粉砂岩試樣在圍壓20MPa時，軸向應力和環向應變的全程曲線，在利用塑性變形量處理時則可看出，應力峰值之後的屈服過程與岩樣長度無關；環向塑性變形與軸向塑性變形成分段線性關系^［15］，轉折點C在峰後（圖2-12b）。這一點將在第4章將詳細論述。

顯然全程曲線峰值應力T並非是岩樣變形的分界點。在C點之前岩樣峰值附近的非線性過程，是最終破壞斷面內材料逐步達到承載極限的過程；其後的CD直線段是該斷面材料強度共同降低的過程，即岩樣屈服面內各點的強度降低是均勻的。因而作為岩樣承載能力降低的公式（2-2）也就是屈服破壞斷面內每一點處材料承載能力的降低規律。這一規律對單軸壓縮和常規三軸壓縮都是相同的。

2.3.3 岩石微元體的單軸壓縮本構關系

岩石盡管是非均質的，各處強度不等；但局部微元體應該有一個確定的強度。在單軸壓縮過程中岩石將經歷彈性變形、屈服、弱化、破壞幾個階段，但始終滿足承載應力不超過其強度，且與彈性應變成正比；而承載應力達到其強度時，強度隨塑性變形線性降低。

圖2-12 全程曲線的力學含義

岩樣尺寸：1—φ54mm×100mm；2—φ54mm×77mm

其力學關系是：

岩石的力學性質

式中：σ_S與u_P是當前狀態下微元體的強度和塑性變形量；σ₀是初始狀態或u_P=0時的強度極限；ε和ε_e是表觀應變和彈性應變；u是壓縮變形量，L是微元體的長度。

σ＜σ_S表示岩石處於彈性變形狀態，載入或卸載，σ_S與u_P不變；σ=σ_S表示微元體處於弱化狀態，強度或者說承載能力隨塑性變形而降低。從式（2.4）中消去ε_e和u_P，得

σ_S=（σ₀-YLε）/γ^* （2.5）

式中：γ^*=1-YL/E為無量綱參數。岩石微元體的變形、弱化過程如圖2-13所示。

圖2-13 微元體的變形、弱化本構關系

上述本構關系可以用彈簧、楔塊兩個元件串聯成的力學模型來表示（圖2-14）。彈簧表徵岩石的彈性變形：應力與彈性應變成正比，特徵參數是楊氏模量E。楔塊表徵岩石的塑性變形和弱化：承載極限與楔塊「接觸面積」成正比，而「接觸面積」在應力達到承載極限時隨不可恢復的塑性變形線性減少，特徵參數是弱化模量Y。楔塊弱化，彈簧卸載，其彈性應變的減少轉化為楔塊弱化的塑性變形量^［16］。這里楔塊的「接觸面積」只是一個象徵性的概念，與微元體實際面積A並不相同。

圖2-14 微元體的力學模型和參數

a—力學模型；b—簡化畫法

岩石的非均質性體現在岩石中各處強度不等，而材料參數E，Y為常數。利用這個模型的簡單串聯和簡單並聯分析，可以理解岩石材料的非均質性對岩樣宏觀力學特性的影響^{［16，17］}。例如當若乾麵積相同的微元體串聯時，長度為其總和，而屈服應力為各微元體的最小值。這就是說岩石或岩樣中某一部分發生屈服弱化後，沿載荷方向其附近將不再發生新的屈服，具有局部化特徵。這還表明，岩石微元體的長度並不是無限小，而是一個有限值。

長度L的若干岩石微元體相並聯，由於初始屈服應力不等，在壓縮過程中逐步進入屈服弱化狀態，峰值應力為強度較低部分微元體的初始強度平均值，當然小於全部微元體屈服強度的平均值。這表明由於岩石的非均質性，大尺度岩體的強度小於小尺度岩樣強度的算術平均值，其強度存在尺度效應。並聯微元體的卸載和重復載入過程也能說明岩樣單軸壓縮過程中的某些力學性質。

當然由於岩樣內材料橫向之間存在復雜的作用，因此，作為微元體力學性質的公式（2.4）並不能直接用來描述岩樣的變形，這是非常重要的事實。

❷ 求助 單軸壓縮

請查看本人發的EI文章，《非均質岩石單軸壓縮試驗破壞過程細觀模擬及分形特性》，採用APDL編寫的岩石單軸壓縮模擬文件，已經成功運行，如需要，可聯系，需money。。。

❸ 什麼叫單軸壓縮荷作用

試件只受到軸向壓力，產生軸向壓縮、橫向膨脹的形變的載荷稱為試件受單軸壓縮載荷。單軸是指受力的方向只在同一直線上，受單一作用力，壓縮荷指的是受壓力載荷，單軸壓縮荷作用就是一種只受到單一軸向壓力作用，產生壓縮變形的載荷作用。

❹ 岩石單軸壓縮變形試驗有哪些方法

(1)電阻應變儀法
按規定選擇、粘貼電阻應變片。按電阻應變儀操作說明書進行操作，反復預壓2～3次，壓力為岩石極限強度的15％，按規定的載入方法和荷載等級，以0.5～1.0MPa/s的速度逐級載入，井讀取應變值，直至試件破壞。
(2)干分表法
千分表可直接安裝在試件上測量縱橫向變形，也可採用磁性表架，橫向和縱向測表應安裝在試件直徑的對稱軸上，試驗同電阻應變儀法。

❺ 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

❻ 單軸壓縮主應力

無側限抗壓,C=26KPa, 45-phi/2=30, phi=30.用極限平衡條件.側限壓縮試驗是不會破壞的

❼ 什麼是單軸壓縮

是rar壓縮文件太大，不好壓縮，所以分軸，解壓縮的時候要把所有分卷都下載下來才能解壓縮

❽ 在ABAQUS中做單軸壓縮實驗如何實現比例載入謝謝！

單軸壓縮50 100 150 ......最好用amplitude，做一個荷載隨時間變化的曲線表就可以了。如果還有特殊想法還可以用戶子程序Dload來實現。

❾ 什麼叫單軸抗壓強度

單軸抗壓強度是指岩石試件在單向受壓至破壞時，單位面積上所能承受的荷載，簡稱抗壓強度。據其含水狀態接壓壞標准試件測得，又有乾燥抗壓強度、天然抗壓強度與飽和抗壓強度之分。

土壩心牆裂縫、高大受拉建築物周圍土體破壞、地裂縫、滑坡後緣裂縫等岩土工程現象，均涉及到土的抗壓強度。

黃土地區地裂縫已成為一種嚴重的地質災害，研究其形成機制以及在後期工程活動中的工程特性，是很迫切的任務，在研究其形成機制時，需要對重塑黃土和原狀黃土分別做不同含水率下的拉伸破壞試驗。

(9)單軸壓縮擴展閱讀

單軸抗壓強度的應用：

1、在水泥土干密度、水泥摻量保持一定的條件下，單軸拉伸強度和極限應變隨齡期延長而增長，增長弧度逐漸減小並逐漸趨於穩定。

2、在水泥土齡期一定條件下，單軸拉伸強度和極限應變隨水泥摻量增加而增大，水泥摻量增大到10%左右，水泥土內部出現連續水泥網紋結構，單軸拉伸強度出現跳躍性增長。

3、不同情況的水泥土拉伸試樣，破壞時的極限應力和應變較素土都顯著增強，屬脆性斷裂拉伸破壞，水泥在水泥土固化過程中的作用猶如沉積岩中的膠結物作用，在土中加入水泥形成水泥土的過程，實際上是一種硅質膠結的人工快速造岩過程。

❿ 圍壓作用下的單軸壓縮

圍壓強大到比試樣更強大，那不就把試樣先摧毀了嗎？比如你拿個20MPa強度的石頭柱子最實驗，側面都加上30MPa的力，上邊還沒等壓，石頭已經擠碎了。
在實驗室中難以模擬地下的圍壓，因為你的設備幾乎無法給試樣提供各個面嚴密相等的圍壓。你加壓用的東西也未必能完全覆蓋住試樣，即便覆蓋住也未必能與之完美貼合。
要簡化模型，我給你比喻一個：你就把石頭當成液體考慮吧。四周都是高壓時，你要想破碎它，就得用更高的壓才行。