论述岩石抗拉强度与单轴抗压强度两者之间的联系

论述岩石抗拉强度与单轴抗压强度两者之间的联系摘要：岩石的抗拉强度是岩石的重要力学性质指标，是指岩石试件在外力的作用下抵抗抗拉应力的能力，为岩石试件拉伸破坏的极限荷载与受拉截面积的比值。在工程上，将劈裂法试验规定为测定岩石抗拉强度的必做试验。通过大量的室内试验，分析运用劈裂法测定岩石抗拉强度试验的过程及抗拉强度与单轴抗压强度之间的联系，即试验设备、试验操作步骤、试验结果、试验结果与单轴抗压强度的对比。试验表明，运用劈裂法来测定岩石抗拉强度与单轴抗压强度之间有着一定联系。关键词：钻孔岩芯；抗拉强度；单轴抗压强度岩石的抗拉强度是岩石的重要力学性质指标，也是岩石结构设计安全与稳定性分析的一个控制参数。近年来，随着中国经济建设的迅猛发展，大型桥梁、隧道、水坝及高层建筑等工程越来越多，在工程建设中经常会遇到岩石，其抗拉强度力学性能指标是设计、检验、控制和评判质量的重要依据。1试验方法与设备试验采用劈裂法，适用于能制成规则试件的各类岩石。劈裂法又称巴西法，为间接拉伸法，在一定程度上能反映岩石抗拉强度特性，方法易行，操作比较简单且实用，具有原理清晰，使用简便，材料消耗少等优点，因此被广泛采用。劈裂法试验是将岩石试件直径轴面方向施加一对线载荷，使试件沿直径轴面方向劈裂破坏。试验设备有钻石机、锯石机、磨石机、车床、测量平台、角尺、千分卡尺、烘箱、干燥箱、饱和设备、万能试验机。2试件的制备加工样时，注意观察试样的层理、裂隙、加载方向。做到钻孔芯样试件劈裂面的受拉方向应与岩石单轴抗压试验的受力方向一致。试样一般为岩块和钻孔芯样两种，如果为岩块，则采用钻石机，钻头直径宜为48～54mm，钻取岩块，取得岩芯。如果为芯样，则可直接加工，用锯石机，切割芯样，高度与直径比宜为0.5～1.0，试件的高度应大于岩石最大颗粒粒径的10倍。将切割好的试件，放到磨石机上磨平。试件加工的精度：试件高度、直径或边长允许偏差为±0.30mm。试件两端面的不平整度允许偏差为±0.05mm。端面应垂直于试件轴线，允许偏差为±0.25°。3试验步骤通过试件直径的两端，在试件的侧面沿轴线方向画两条加载基线，将两根垫条沿加载基线固定。对于坚硬和较坚硬岩石应选用直径为1mm钢丝为垫条，对于软弱和较软弱的岩石应选用宽度与试件直径之比为0.08～0.10的硬纸板或胶木板为垫条。将试件置于10T万能试验机承压板中心，调整球形座，使试件均匀受力，作用力通过两垫条所确定的平面。以每秒0.1～0.3MPa的速率加载直至试件破坏，软岩和较软岩应适当降低加载速率。试件最终破坏应通过两垫条决定的平面，否则应视为无效试验。记录破坏载荷和加载过程中出现的现象，并对破坏后的试件进行描述。岩石抗拉强度的计算公式：σt=2P/πDH式中：σt—岩石的抗拉强度,MPa；P—破坏载荷，N；D—试件直径，mm；H—试件高度，mm。4试验数据的对比与分析按照上述要求对一批试件进行试验（见表1），从以上的试验成果可以看出，岩石的抗拉强度远小于抗压强度，之所以出现这种现象，是因为在压缩条件下，裂缝扩展受阻止的机会比在拉伸条件下要多得多，决定抗拉强度的因素不只是岩石颗粒间的黏聚力，还有摩擦力。而在拉伸条件下，试件中裂隙扩展速率比压缩时快，因为在拉应力场中，储存能释放速率随裂隙尺寸微量增加而迅速增大，决定抗拉强度的因素主要是岩石颗粒的黏聚力。从表1的试验成果中可以得出这样一个结论：抗拉强度一般为抗压强度的0.07～0.23，平均为0.15（即抗拉强度是抗压强度的1/4～1/25）。5结束语在地质条件不允许的情况下，钻孔芯样不好取时，但又需要岩石的单轴抗压强度时，能否通过岩石的抗拉强度试验及其岩性初步判定出单轴抗压强度的大小，当然，这需要参考许多资料，如接合物探的声波测试、岩石的薄片鉴定、地质条件、当地的地层风化程度等综合考虑，结果会更接近于真实值。相反，也可通过单轴抗压强度初步判定岩石的抗拉强度，为地质人员的现场勘察提供参考数据。