全截面試樣

形狀相同的同種材料，樣條無缺口試樣的沖擊強(qiáng)度比缺口試樣大。采用帶缺口試樣的目的是使缺口處試樣的截面積大為減小，受沖擊時(shí)，試樣斷裂一定發(fā)生在這一薄弱處，所有的沖擊能量都能在這局部的地方被吸收，稱為應(yīng)力集中，從而提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。2100433B

討論大理巖試樣圍壓下壓縮和砂巖試樣經(jīng)歷不同溫度烘烤后的力學(xué)特性與縱波速度的關(guān)系。巖石不是線彈性材料，縱波速度、楊氏模量和強(qiáng)度是巖石試樣力學(xué)性質(zhì)的不同宏觀表現(xiàn)。大理巖塊曾經(jīng)歷地質(zhì)應(yīng)力，局部的低強(qiáng)度材料可使其附近材料承受較小荷載，晶粒之間維持相對較好的接觸狀態(tài)，因而試樣初始縱波速度和強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)性。圍壓下壓縮時(shí)大理巖試樣承載能力隨著變形增大可以大致保持恒定，但內(nèi)部材料產(chǎn)生損傷弱化，損傷特性與圍壓、軸向變形有關(guān)。

試樣損傷大理巖試樣的超聲波速度與單軸壓縮特性

對于在圍壓作用下壓縮之后完全卸載的試樣(以下稱之為損傷試樣)，測量其縱波速度，再進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)。4個(gè)試樣A2，A3，A4，A5在圍壓為40MPa時(shí)軸向壓縮至不同應(yīng)變ε* ，及卸載后再次單軸壓縮的軸向應(yīng)力–應(yīng)變曲線。其中試樣A5軸向壓縮應(yīng)變達(dá)到0.015時(shí)試樣承載的最大應(yīng)力為182.7MPa，尚未達(dá)到峰值，峰值應(yīng)力估計(jì)為185MPa。需要說明的是，大理巖試樣進(jìn)入延性變形階段的屈服平臺后，盡管承載能力不變，但內(nèi)部不斷產(chǎn)生塑性變形，材料強(qiáng)度降低。或者說，如果損傷試樣仍進(jìn)行原來圍壓或更高圍壓下的壓縮，則其承載能力和楊氏模量并不會降低。這樣的試驗(yàn)曲線文獻(xiàn)上很多，不再給出。對于大理巖而言，軸向循環(huán)加載可以使巖樣承載能力有所增加。但是，損傷試樣進(jìn)行單軸壓縮時(shí)其強(qiáng)度和楊氏模量將會明顯降低。

(1) 相同圍壓下，軸向壓縮變形ε* 越大，試樣產(chǎn)生的損傷越大。損傷試樣的縱波速度V_P*、單軸壓縮強(qiáng)度σ₀、平均模量E_av都隨著經(jīng)歷的軸向變形增大而降低。對于初始強(qiáng)度相近的一組試樣，如A1～A5和B1～B4，三者具有很好的正相關(guān)性。

(2) 三軸強(qiáng)度不同的試樣，其初始縱波速度也不同，在相同圍壓下壓縮經(jīng)歷相同的軸向壓縮變形后，損傷試樣再次單軸壓縮的強(qiáng)度差異減小，如表中A3和A7，A5和A8。這是因?yàn)?，三軸壓縮時(shí)強(qiáng)度較高的試樣承受的荷載較高，損傷較大，損傷試樣單軸壓縮的強(qiáng)度降低也就較多。

(3) 初始強(qiáng)度較高的試樣初始縱波速度較低，而較大損傷引起縱波速度降低較大，試樣之間的縱波速度差異將增大。如損傷試樣A3和A7，A5和A8，其單軸壓縮強(qiáng)度相當(dāng)，但縱波速度差異較大。這也表明縱波速度與強(qiáng)度是巖石材料不同的力學(xué)性質(zhì)，兩者并無直接的關(guān)系。

(4) 圍壓下壓縮至相同軸向變形，如A8，B3，C2，D1壓縮至軸向應(yīng)變0.015，A9，B4，C3，D2，E1壓縮至軸向應(yīng)變0.010，圍壓較低時(shí)試樣產(chǎn)生的損傷較大，損傷試樣的單軸壓縮強(qiáng)度和平均模量也較低。不過，由于試樣的初始縱波速度存在差異以及相應(yīng)的測試誤差，損傷試樣的縱波速度變化與壓縮圍壓的關(guān)系并不顯著。

試樣粗砂巖試樣的熱損傷與縱波速度

在30個(gè)粗砂巖試樣中，有2個(gè)試樣縱波速度為3630m/s，其余均為3060～3470m/s，大致成正態(tài)分布，平均值為3250m/s。相同溫度烘烤前后3個(gè)試樣縱波速度的大小關(guān)系并不一致，但烘烤后差異普遍減小。

粗砂巖試樣經(jīng)歷100℃的烘烤后，波速基本沒有變化；溫度達(dá)到200℃之后，波速隨溫度增加單調(diào)降低；除600℃的3個(gè)試樣縱波速度略有偏低外，其余大致成線性關(guān)系。

經(jīng)歷500℃和600℃烘烤的各3個(gè)試樣、經(jīng)歷不同溫度烘烤的6個(gè)試樣的單軸壓縮應(yīng)力–應(yīng)變?nèi)糖€。所有試樣的強(qiáng)度數(shù)據(jù)用常溫下3個(gè)試樣強(qiáng)度的平均值80.3MPa進(jìn)行了歸一化。試樣烘烤之后，強(qiáng)度和變形特性都具有很大的離散性，與縱波速度的特征完全不同?？梢钥闯?，試樣所受溫度在500℃之內(nèi)時(shí)，其平均模量變化不大，溫度達(dá)到500℃以上時(shí)，平均模量開始降低。就此而言，縱波速度與平均模量沒有直接的相關(guān)性。

試樣軸向壓縮過程中的變形包含3個(gè)部分：裂隙的閉合、顆粒間滑移和材料自身壓縮。初期非線性變形含有上述3個(gè)部分。如前所述，黏結(jié)物質(zhì)由于烘烤而剛度降低，引起初期切線模量的降低；而后期線性變形，即相應(yīng)于平均模量的變形，主要由顆粒間的滑移和材料自身壓縮構(gòu)成，溫度對兩者的影響正好相反，因而在烘烤溫度低于500℃時(shí)平均模量能夠大致保持不變。當(dāng)然試樣經(jīng)歷較高溫度的烘烤后，黏結(jié)物質(zhì)的強(qiáng)度降低也會引起顆粒間滑移增大，引起平均模量降低。