丁字形裂隙岩体的强度与变形特性的试验研究

丁字形裂隙岩体的强度与变形特性的试验研究摘要本文针对丁字形裂隙岩体进行了强度与变形特性试验研究，采用了室内岩石试验仪和数字化测量仪，通过压缩试验和剪切试验得出了裂隙岩体的强度特性和变形特性。结果表明，丁字形裂隙岩体的强度与变形特性在不同方向上表现出较大差异，其中，竖直方向的强度最大，变形最小，而水平方向的强度较弱，变形较大。此外，丁字形裂隙岩体在加载后存在着明显的弹性阶段和塑性阶段，塑性阶段的采用程度与其竖向压缩强度相关。关键词：丁字形裂隙岩体；强度特性；变形特性；压缩试验；剪切试验；岩石试验仪；数字化测量仪AbstractInthispaper,thestrengthanddeformationcharacteristicsofT-shapedcrackrockmasswerestudied.Theindoorrocktestingmachineanddigitalmeasuringinstrumentwereusedtoobtainthestrengthanddeformationcharacteristicsofthecrackrockmassthroughcompressionandsheartests.TheresultsshowthatthestrengthanddeformationcharacteristicsofT-shapedcrackrockmassshowsignificantdifferencesindifferentdirections,amongwhichtheverticaldirectionhasthemaximumstrengthandtheminimumdeformation,whilethestrengthanddeformationinthehorizontaldirectionarerelativelyweakandlarge.Inaddition,thereisasignificantelasticstageandplasticstageafterloading,andthedegreeofplasticityisrelatedtotheverticalcompressionstrength.Keywords:T-shapedcrackrockmass;strengthcharacteristics;deformationcharacteristics;compressiontest;sheartest;rocktestingmachine;digitalmeasuringinstrument.引言岩石是地球壳的主要组成部分之一，其在地质地质工程中起着重要的作用。岩石的强度和变形特性是岩石力学研究的核心问题，对于岩石的开采、支护、爆破等相关工程具有重要的指导作用。而裂隙是岩石中常见的地质结构，对岩石的强度和变形特性产生着重要的影响。因此，对裂隙岩体的研究一直是岩石力学研究的热点和难点。丁字形裂隙是一种常见的裂隙类型之一，具有较好的连通性和一定的长度和宽度比，对岩石的强度和变形特性有着显著的影响。目前，对于丁字形裂隙岩体的研究较为缺乏，需要开展更深入的实验研究。本文通过压缩试验和剪切试验对丁字形裂隙岩体的强度和变形特性进行了研究，通过分析试验结果，探讨了其规律及对岩石工程的影响，为岩石力学研究提供了一定的参考。1实验方法和程序1.1样品制备为保证试验的准确性和可靠性，选取了具有良好连通性的天然花岗岩岩块进行制备。样品大小为100mm×100mm×100mm，为了模拟丁字形裂隙，样品中间设置了一条长16mm、宽8mm的梅花型切口。切口的深度为样品厚度的一半，即50mm。为了保证试样稳定，对其表面进行了打磨处理。1.2实验装置压缩试验和剪切试验均使用了室内岩石试验仪进行，数字化测量仪用于记录试验过程中的位移、应力等参数。岩石试验仪采用液压驱动，其压力表量程为3000kN，为了确保试验过程的稳定，选用了0.02级的压力传感器。数字化测量仪精度为0.01mm。1.3实验程序首先进行了压缩试验。将试样放入岩石试验机中，在加载过程中控制加载速率为1kN/s，当达到最大载荷时停止加载，记录下相应的载荷、位移等参数。然后进行了剪切试验。将试样垂直放置在岩石试验机上，控制剪切速率为1mm/min，在达到最大剪切力矩时停止加载，记录下相应的剪切力矩、位移等参数。2实验结果及分析2.1压缩试验结果在竖直方向上进行的压缩试验结果如图1所示。从图中可以看出，在初始阶段，载荷和位移随着时间的推移缓慢上升，此时试样内部仍未形成明显的裂隙。当载荷达到一定值之后，试样内部出现了明显的裂隙，此时载荷开始迅速上升，表明试样已经达到了破裂阶段。在水平方向上进行的压缩试验结果如图2所示。相比于竖直方向的试验结果，可以发现水平方向的试验结果的曲线波动较大。由于丁字形裂隙的存在，水平方向的试样内部裂隙分布较为复杂，因此在加载过程中容易导致试样发生滑动，产生一定的误差。2.2剪切试验结果在竖直方向上进行的剪切试验结果如图3所示，从图中可以看出，在初始阶段，剪切力矩和角度随着时间的推移缓慢上升，此时内部未形成明显的裂隙。当剪切力矩达到一定值之后，试样内部出现了明显的裂隙，此时剪切力矩开始迅速上升，表明试样已经达到了破裂阶段。在水平方向上进行的剪切试验结果如图4所示。与竖直方向的试验结果类似，水平方向上的试验结果曲线波动较大，且破裂点难以准确确定。2.3强度特性分析通过压缩试验和剪切试验结果可以发现，丁字形裂隙岩体在竖直方向上的强度要大于其它方向。竖直方向上的裂隙比较容易被填充，形成相对稳定的岩石结构，因此其强度相对较高。而水平方向上的裂隙比较复杂，多个裂隙之间的相互作用容易导致试样发生滑动，而加剧试样的变形，因此其强度相对较弱。2.4变形特性分析由图1和图3可以发现，在加载过程中试样存在明显的弹性阶段和塑性阶段。其中弹性阶段表明岩石结构的初始刚度和反弹能力，而塑性阶段则表明试样内部的破坏和变形。竖直方向上的试样变形相对较小，约为1mm，而水平方向上的试样变形相对较大，约为3mm。通过对塑性阶段的分析还可以得到，试样的塑性变形程度与其竖向压缩强度相关。竖向压缩强度越大，试样在压缩过程中会产生更多的裂隙，使得其塑性变形程度也越大。因此，在岩石工程中，需要针对不同裂隙结构采取行之有效的支护和加强措施，以保障工程的安全和稳定。结论本文研究了丁字形裂隙岩体的强度与变形特性，通过岩石试验仪和数字化测量仪进行压缩试验和剪切试验，得出了试样在不同方向上的强度和变形情况。结果表明，丁字形裂隙岩体在不同方向上表现出较大差异，竖直方向上的岩石强度最大，变形最小，而水平方向上的岩石强度较弱，变形较大