摘要：本论文对岩石类材料的单轴试验进行研究，利用深部软岩非线性力学试验系统进行了不同岩性和相同试验条件的室内试验。对不同材料以恒定的速率加载直至破坏，对破坏特征进行分析，探究材料的力学特性，为工程实际应用提供一定的理论依据。
关键词：单轴载荷，速率，破坏特征
1概述
岩石是自然界的物质历经日积月累而形成的产物，是地球外部圈层（地壳）的重要组成物质，是大量矿物的聚集体。不同的地质作用会导致岩石的矿物组成，结构和构造等方面的差异，这些特征差异会引起岩石的力学参数的变化，对人类的生产和生活产生重大影响。因此岩石在循环载荷条件下的力学状态便成为了岩土工程稳定发展的重要因素之一[1]。
岩石结构和构造等方面的差异，这些特征差异会引起岩石的力学参数的变化，对人类的生产和生活产生重大影响。岩石强度和变形特征与形成的历史背景和处在应力场状况有紧密的联系[2]，因此，研究岩样的变形和强度等性质具有一定的工程生产指导意义。
本论文以花岗岩和石膏为研究对象，通过单轴压缩实验，研究岩石类材料的强度、变形和破坏特征。
2试验前的准备
2.1实验设备
该实验采用的实验设备是深部岩土力学和地下工程国家重点实验室的“2000kN岩石三轴试验机”，该设备是参照国内外已有的设备，采用电伺服技术、电子传感器技术和计算机控制和处理技术开发的新一代岩石三轴试验系统，由主机（轴向加载装置）、电液伺服加载系统、电气伺服围压加载装置、测量控制系统、计算机控制和数据处理系统组成。试验软件在WINDOWS 7/XP中文环境下工作，具有强大的数据处理功能，试验条件和试验结果自动存盘。该系统具有多种基本波形信号，用户根据需要可设定包含有加载、保载、卸载环节的多种程序波形（三角波/正弦波/矩形波），加卸载和保载时间设置范围0～30小时。
2.2实验方案
单轴压缩实验即采用位移控制方式在恒定的速率对花岗岩、石膏试件进行斜坡波连续加载直至试件破坏，可得到峰值强度、峰值应变和弹性模量等重要力学参数。试验过程见图2.1。
图2.1 位移-时间曲线
Fig 2.1 Displacement-time curve
2.3实验步骤
（1）制作Φ50×100mm的圆柱形花岗岩、石膏样品。
（2）打开电脑，启动、检查、调试好实验系统，把试样放置在压头正下方，用粗调控制将压头接近试样，然后按照设定的加载速率使压头恰好接触试样。
（3）开始加载，用位移控制的方式做加载实验。
（4）实验完毕后，卸载、抬升压头、取出试样、导出实验数据、关闭计算机。
3试验及结果分析
3.1花岗岩强度及变形特征分析
采用位移控制方式进行加载实验，加载速率为0.004mm/s，试验过程中应力-应变曲线图见图3.1，试验后照片见图3.2，试验结果汇总表见表3.1。
（1）从实验结果汇总表可知，花岗岩的平均单轴强度为88.70 MPa，平均峰值应变为1.30%，平均弹性模量为9.45 GPa。
（2）从花岗岩破坏形态看，裂纹为从一端迅速发展为贯通的裂纹，破坏后即不能承受荷载，为脆性破坏。
3.2石膏强度及变形特征分析
采用位移控制方式进行加载实验，加载速率均为0.004mm/s、试验过程中应力-应变曲线见图3.5。试验后照片见图3.6。试验结果汇总表见表3.3。
图3.5 石膏应力-应变曲线
Fig 3.5 The stress-strain curve of gypsum
（1）从实验结果汇总表可知，石膏的平均单轴强度为4.98 MPa，平均峰值应变为0.88%，平均弹性模量为0.96 GPa。
（2）从石膏破坏形态看，裂纹为从一端逐渐发展为贯通的裂纹，达到峰值后，可继续承受荷载，为塑性破坏。
参考文献：
[1]周辉，潘鹏志，冯夏庭.循环载荷作用下岩石单轴压缩破坏过程的平面弹塑性细胞自动机模型[J].岩石力学与工程学报，2006，25（z2）：3623-3628.
[2]张晓平，王思敬，韩庚友，等.岩石单轴压缩条件下裂纹扩展试验研究——以片状岩石为例[J].岩石力学与工程学报，2011，30（9）：1772-1781.
作者的真实姓名：张玉青
单位：商丘工学院
电子邮箱：1150726332@qq.com
邮编：476000
论文作者:张玉青
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/15
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