单轴压缩

❶ 全程曲线的力学含义和单轴压缩的本构关系

2.3.1 岩样峰后承载能力的降低

岩样中同一承载断面上材料强度不等，随着单轴压缩应力增大，低强度部分将逐渐产生屈服弱化，承载能力降低（并非完全丧失承载能力），从而使未屈服的材料实际应力增大，弹性应变增大。这就造成应力-应变关系逐步偏离直线状态。在应力峰值之前，岩样中强度较低的材料都有可能发生屈服弱化。

另一方面，岩样中最弱断面达到承载极限后，轴向应力将下降，岩样发生总体弱化。与金属材料的塑性屈服不同，由于轴向应力降低，岩样中除最弱断面在压缩变形作用下屈服面积逐步增加、材料继续弱化外，其他将处于卸载状态，即应力峰值之后的屈服、弱化只是集中在局部区域。

图2-8 苏长岩试样峰后变形规律与围压无关

曲线上数字是围压

对常规三轴压缩而言，岩样在单一断面剪切破坏，上述结论是显而易见的。在单轴压缩时，由于岩石的抗拉强度较低，从而产生沿轴向的张拉破坏，掩盖了岩样内的剪切破坏特征；不过，就岩样应力峰值之后承载能力的降低规律来说，单轴压缩和三轴压缩两种状态下是完全相同的。图2-8是苏长岩的结果^［12］，本书所作的粉砂岩和大理岩等试验结果也表明了同样的规律，将在第3章和第6章中给出。

总之，岩样峰后的屈服破坏由于轴向应力的降低而具有局部化特征。这就是说弱化过程只能用弱化区域附近的塑性变形量而不是岩样的平均应变描述。岩样总的塑性变形量

u_P=L（ε-σ/E） （2.1）

式中：L为岩样长度；E为弹性模量。

若以u_P为变量重新处理前面图2-1和图2-3的应力-应变全程曲线，得到岩样单轴压缩过程中承载能力随塑性变形量增大而降低的规律（图2-9、图2-10）。显然岩样最弱断面完全屈服之后就以相同的规律弱化，即相同材料、不同长度岩样的承载能力随塑性变形量增大而减少是一致的^［9，13］。

图2-9 大理岩试样随塑性变形的弱化过程

a—直径3/4英寸；b—直径2英寸；c—直径4英寸；曲线上数字为长径比

任何岩石材料都可能有变形历史，因此u_P真正零点是未知的；而物理关系即岩石的弱化特性应该与u_P的零点选取无关，因而一定有

岩石的力学性质

或

σ_S=σ₀-Yu_P

式中，Y定义为岩石材料的弱化模量，表征岩石材料的强度随塑性变形量增大的弱化程度；参数σ₀表示岩样原始强度特性的参数。弱化模量Y与岩样的长度无关，说明造成岩样承载能力的降低确实是岩样中某一断面的弱化。

对图2-1中不同直径、长径比的12个大理岩试样单轴压缩全程曲线，在用塑性变形量来考察应力峰值之后的弱化过程，是

岩石的力学性质

岩样承载能力的单位降低所需塑性变形量，即1/Y与其直径D呈线性关系，而与长度无关。这进一步说明了岩样承载能力的降低，其根源在于材料内部的剪切滑移而不是沿轴向的拉伸劈裂。同时表明，要全面了解岩石的弱化特性，必须进行不同直径岩样的单轴压缩试验。

图2-10 石灰岩和油母页岩试样随塑性变形的弱化过程

a—石灰岩，直径50mm；b—油母页岩，直径20mm；曲线上数字是岩样长度，单位：mm

2.3.2 全程曲线的力学含义

图2-11是关于岩石试样单轴压缩破坏过程的经典解释^［14］。然而应该将岩样的破坏和承载能力的降低分开讨论。

如前所述，单轴压缩时岩样出现的沿轴向的张拉劈裂以及由此产生的声发射，与其承载能力的降低并无直接关系。就承载能力降低而言，常规三轴压缩与单轴压缩相同，但破坏形式是剪切滑移。在这种情况下，岩样的环向变形可以反映岩样的承载能力的降低过程。

图2-11 岩样单轴压缩破坏过程的经典解释

图2-12a是粉砂岩试样在围压20MPa时，轴向应力和环向应变的全程曲线，在利用塑性变形量处理时则可看出，应力峰值之后的屈服过程与岩样长度无关；环向塑性变形与轴向塑性变形成分段线性关系^［15］，转折点C在峰后（图2-12b）。这一点将在第4章将详细论述。

显然全程曲线峰值应力T并非是岩样变形的分界点。在C点之前岩样峰值附近的非线性过程，是最终破坏断面内材料逐步达到承载极限的过程；其后的CD直线段是该断面材料强度共同降低的过程，即岩样屈服面内各点的强度降低是均匀的。因而作为岩样承载能力降低的公式（2-2）也就是屈服破坏断面内每一点处材料承载能力的降低规律。这一规律对单轴压缩和常规三轴压缩都是相同的。

2.3.3 岩石微元体的单轴压缩本构关系

岩石尽管是非均质的，各处强度不等；但局部微元体应该有一个确定的强度。在单轴压缩过程中岩石将经历弹性变形、屈服、弱化、破坏几个阶段，但始终满足承载应力不超过其强度，且与弹性应变成正比；而承载应力达到其强度时，强度随塑性变形线性降低。

图2-12 全程曲线的力学含义

岩样尺寸：1—φ54mm×100mm；2—φ54mm×77mm

其力学关系是：

岩石的力学性质

式中：σ_S与u_P是当前状态下微元体的强度和塑性变形量；σ₀是初始状态或u_P=0时的强度极限；ε和ε_e是表观应变和弹性应变；u是压缩变形量，L是微元体的长度。

σ＜σ_S表示岩石处于弹性变形状态，加载或卸载，σ_S与u_P不变；σ=σ_S表示微元体处于弱化状态，强度或者说承载能力随塑性变形而降低。从式（2.4）中消去ε_e和u_P，得

σ_S=（σ₀-YLε）/γ^* （2.5）

式中：γ^*=1-YL/E为无量纲参数。岩石微元体的变形、弱化过程如图2-13所示。

图2-13 微元体的变形、弱化本构关系

上述本构关系可以用弹簧、楔块两个元件串联成的力学模型来表示（图2-14）。弹簧表征岩石的弹性变形：应力与弹性应变成正比，特征参数是杨氏模量E。楔块表征岩石的塑性变形和弱化：承载极限与楔块“接触面积”成正比，而“接触面积”在应力达到承载极限时随不可恢复的塑性变形线性减少，特征参数是弱化模量Y。楔块弱化，弹簧卸载，其弹性应变的减少转化为楔块弱化的塑性变形量^［16］。这里楔块的“接触面积”只是一个象征性的概念，与微元体实际面积A并不相同。

图2-14 微元体的力学模型和参数

a—力学模型；b—简化画法

岩石的非均质性体现在岩石中各处强度不等，而材料参数E，Y为常数。利用这个模型的简单串联和简单并联分析，可以理解岩石材料的非均质性对岩样宏观力学特性的影响^{［16，17］}。例如当若干面积相同的微元体串联时，长度为其总和，而屈服应力为各微元体的最小值。这就是说岩石或岩样中某一部分发生屈服弱化后，沿载荷方向其附近将不再发生新的屈服，具有局部化特征。这还表明，岩石微元体的长度并不是无限小，而是一个有限值。

长度L的若干岩石微元体相并联，由于初始屈服应力不等，在压缩过程中逐步进入屈服弱化状态，峰值应力为强度较低部分微元体的初始强度平均值，当然小于全部微元体屈服强度的平均值。这表明由于岩石的非均质性，大尺度岩体的强度小于小尺度岩样强度的算术平均值，其强度存在尺度效应。并联微元体的卸载和重复加载过程也能说明岩样单轴压缩过程中的某些力学性质。

当然由于岩样内材料横向之间存在复杂的作用，因此，作为微元体力学性质的公式（2.4）并不能直接用来描述岩样的变形，这是非常重要的事实。

❷ 求助 单轴压缩

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❸ 什么叫单轴压缩荷作用

试件只受到轴向压力，产生轴向压缩、横向膨胀的形变的载荷称为试件受单轴压缩载荷。单轴是指受力的方向只在同一直线上，受单一作用力，压缩荷指的是受压力载荷，单轴压缩荷作用就是一种只受到单一轴向压力作用，产生压缩变形的载荷作用。

❹ 岩石单轴压缩变形试验有哪些方法

(1)电阻应变仪法
按规定选择、粘贴电阻应变片。按电阻应变仪操作说明书进行操作，反复预压2～3次，压力为岩石极限强度的15％，按规定的加载方法和荷载等级，以0.5～1.0MPa/s的速度逐级加载，井读取应变值，直至试件破坏。
(2)干分表法
千分表可直接安装在试件上测量纵横向变形，也可采用磁性表架，横向和纵向测表应安装在试件直径的对称轴上，试验同电阻应变仪法。

❺ 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

❻ 单轴压缩主应力

无侧限抗压,C=26KPa, 45-phi/2=30, phi=30.用极限平衡条件.侧限压缩试验是不会破坏的

❼ 什么是单轴压缩

是rar压缩文件太大，不好压缩，所以分轴，解压缩的时候要把所有分卷都下载下来才能解压缩

❽ 在ABAQUS中做单轴压缩实验如何实现比例加载谢谢！

单轴压缩50 100 150 ......最好用amplitude，做一个荷载随时间变化的曲线表就可以了。如果还有特殊想法还可以用户子程序Dload来实现。

❾ 什么叫单轴抗压强度

单轴抗压强度是指岩石试件在单向受压至破坏时，单位面积上所能承受的荷载，简称抗压强度。据其含水状态接压坏标准试件测得，又有干燥抗压强度、天然抗压强度与饱和抗压强度之分。

土坝心墙裂缝、高大受拉建筑物周围土体破坏、地裂缝、滑坡后缘裂缝等岩土工程现象，均涉及到土的抗压强度。

黄土地区地裂缝已成为一种严重的地质灾害，研究其形成机制以及在后期工程活动中的工程特性，是很迫切的任务，在研究其形成机制时，需要对重塑黄土和原状黄土分别做不同含水率下的拉伸破坏试验。

(9)单轴压缩扩展阅读

单轴抗压强度的应用：

1、在水泥土干密度、水泥掺量保持一定的条件下，单轴拉伸强度和极限应变随龄期延长而增长，增长弧度逐渐减小并逐渐趋于稳定。

2、在水泥土龄期一定条件下，单轴拉伸强度和极限应变随水泥掺量增加而增大，水泥掺量增大到10%左右，水泥土内部出现连续水泥网纹结构，单轴拉伸强度出现跳跃性增长。

3、不同情况的水泥土拉伸试样，破坏时的极限应力和应变较素土都显着增强，属脆性断裂拉伸破坏，水泥在水泥土固化过程中的作用犹如沉积岩中的胶结物作用，在土中加入水泥形成水泥土的过程，实际上是一种硅质胶结的人工快速造岩过程。

❿ 围压作用下的单轴压缩

围压强大到比试样更强大，那不就把试样先摧毁了吗？比如你拿个20MPa强度的石头柱子最实验，侧面都加上30MPa的力，上边还没等压，石头已经挤碎了。
在实验室中难以模拟地下的围压，因为你的设备几乎无法给试样提供各个面严密相等的围压。你加压用的东西也未必能完全覆盖住试样，即便覆盖住也未必能与之完美贴合。
要简化模型，我给你比喻一个：你就把石头当成液体考虑吧。四周都是高压时，你要想破碎它，就得用更高的压才行。