丁字形裂隙巖體的強(qiáng)度與變形特性的試驗(yàn)研究摘要本文針對丁字形裂隙巖體進(jìn)行了強(qiáng)度與變形特性試驗(yàn)研究，采用了室內(nèi)巖石試驗(yàn)儀和數(shù)字化測量儀，通過壓縮試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)得出了裂隙巖體的強(qiáng)度特性和變形特性。結(jié)果表明，丁字形裂隙巖體的強(qiáng)度與變形特性在不同方向上表現(xiàn)出較大差異，其中，豎直方向的強(qiáng)度最大，變形最小，而水平方向的強(qiáng)度較弱，變形較大。此外，丁字形裂隙巖體在加載后存在著明顯的彈性階段和塑性階段，塑性階段的采用程度與其豎向壓縮強(qiáng)度相關(guān)。關(guān)鍵詞：丁字形裂隙巖體；強(qiáng)度特性；變形特性；壓縮試驗(yàn)；剪切試驗(yàn)；巖石試驗(yàn)儀；數(shù)字化測量儀AbstractInthispaper,thestrengthanddeformationcharacteristicsofT-shapedcrackrockmasswerestudied.Theindoorrocktestingmachineanddigitalmeasuringinstrumentwereusedtoobtainthestrengthanddeformationcharacteristicsofthecrackrockmassthroughcompressionandsheartests.TheresultsshowthatthestrengthanddeformationcharacteristicsofT-shapedcrackrockmassshowsignificantdifferencesindifferentdirections,amongwhichtheverticaldirectionhasthemaximumstrengthandtheminimumdeformation,whilethestrengthanddeformationinthehorizontaldirectionarerelativelyweakandlarge.Inaddition,thereisasignificantelasticstageandplasticstageafterloading,andthedegreeofplasticityisrelatedtotheverticalcompressionstrength.Keywords:T-shapedcrackrockmass;strengthcharacteristics;deformationcharacteristics;compressiontest;sheartest;rocktestingmachine;digitalmeasuringinstrument.引言巖石是地球殼的主要組成部分之一，其在地質(zhì)地質(zhì)工程中起著重要的作用。巖石的強(qiáng)度和變形特性是巖石力學(xué)研究的核心問題，對于巖石的開采、支護(hù)、爆破等相關(guān)工程具有重要的指導(dǎo)作用。而裂隙是巖石中常見的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，對巖石的強(qiáng)度和變形特性產(chǎn)生著重要的影響。因此，對裂隙巖體的研究一直是巖石力學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。丁字形裂隙是一種常見的裂隙類型之一，具有較好的連通性和一定的長度和寬度比，對巖石的強(qiáng)度和變形特性有著顯著的影響。目前，對于丁字形裂隙巖體的研究較為缺乏，需要開展更深入的實(shí)驗(yàn)研究。本文通過壓縮試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)對丁字形裂隙巖體的強(qiáng)度和變形特性進(jìn)行了研究，通過分析試驗(yàn)結(jié)果，探討了其規(guī)律及對巖石工程的影響，為巖石力學(xué)研究提供了一定的參考。1實(shí)驗(yàn)方法和程序1.1樣品制備為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性，選取了具有良好連通性的天然花崗巖巖塊進(jìn)行制備。樣品大小為100mm×100mm×100mm，為了模擬丁字形裂隙，樣品中間設(shè)置了一條長16mm、寬8mm的梅花型切口。切口的深度為樣品厚度的一半，即50mm。為了保證試樣穩(wěn)定，對其表面進(jìn)行了打磨處理。1.2實(shí)驗(yàn)裝置壓縮試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)均使用了室內(nèi)巖石試驗(yàn)儀進(jìn)行，數(shù)字化測量儀用于記錄試驗(yàn)過程中的位移、應(yīng)力等參數(shù)。巖石試驗(yàn)儀采用液壓驅(qū)動，其壓力表量程為3000kN，為了確保試驗(yàn)過程的穩(wěn)定，選用了0.02級的壓力傳感器。數(shù)字化測量儀精度為0.01mm。1.3實(shí)驗(yàn)程序首先進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)。將試樣放入巖石試驗(yàn)機(jī)中，在加載過程中控制加載速率為1kN/s，當(dāng)達(dá)到最大載荷時停止加載，記錄下相應(yīng)的載荷、位移等參數(shù)。然后進(jìn)行了剪切試驗(yàn)。將試樣垂直放置在巖石試驗(yàn)機(jī)上，控制剪切速率為1mm/min，在達(dá)到最大剪切力矩時停止加載，記錄下相應(yīng)的剪切力矩、位移等參數(shù)。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.1壓縮試驗(yàn)結(jié)果在豎直方向上進(jìn)行的壓縮試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，在初始階段，載荷和位移隨著時間的推移緩慢上升，此時試樣內(nèi)部仍未形成明顯的裂隙。當(dāng)載荷達(dá)到一定值之后，試樣內(nèi)部出現(xiàn)了明顯的裂隙，此時載荷開始迅速上升，表明試樣已經(jīng)達(dá)到了破裂階段。在水平方向上進(jìn)行的壓縮試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。相比于豎直方向的試驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)水平方向的試驗(yàn)結(jié)果的曲線波動較大。由于丁字形裂隙的存在，水平方向的試樣內(nèi)部裂隙分布較為復(fù)雜，因此在加載過程中容易導(dǎo)致試樣發(fā)生滑動，產(chǎn)生一定的誤差。2.2剪切試驗(yàn)結(jié)果在豎直方向上進(jìn)行的剪切試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，從圖中可以看出，在初始階段，剪切力矩和角度隨著時間的推移緩慢上升，此時內(nèi)部未形成明顯的裂隙。當(dāng)剪切力矩達(dá)到一定值之后，試樣內(nèi)部出現(xiàn)了明顯的裂隙，此時剪切力矩開始迅速上升，表明試樣已經(jīng)達(dá)到了破裂階段。在水平方向上進(jìn)行的剪切試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。與豎直方向的試驗(yàn)結(jié)果類似，水平方向上的試驗(yàn)結(jié)果曲線波動較大，且破裂點(diǎn)難以準(zhǔn)確確定。2.3強(qiáng)度特性分析通過壓縮試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，丁字形裂隙巖體在豎直方向上的強(qiáng)度要大于其它方向。豎直方向上的裂隙比較容易被填充，形成相對穩(wěn)定的巖石結(jié)構(gòu)，因此其強(qiáng)度相對較高。而水平方向上的裂隙比較復(fù)雜，多個裂隙之間的相互作用容易導(dǎo)致試樣發(fā)生滑動，而加劇試樣的變形，因此其強(qiáng)度相對較弱。2.4變形特性分析由圖1和圖3可以發(fā)現(xiàn)，在加載過程中試樣存在明顯的彈性階段和塑性階段。其中彈性階段表明巖石結(jié)構(gòu)的初始剛度和反彈能力，而塑性階段則表明試樣內(nèi)部的破壞和變形。豎直方向上的試樣變形相對較小，約為1mm，而水平方向上的試樣變形相對較大，約為3mm。通過對塑性階段的分析還可以得到，試樣的塑性變形程度與其豎向壓縮強(qiáng)度相關(guān)。豎向壓縮強(qiáng)度越大，試樣在壓縮過程中會產(chǎn)生更多的裂隙，使得其塑性變形程度也越大。因此，在巖石工程中，需要針對不同裂隙結(jié)構(gòu)采取行之有效的支護(hù)和加強(qiáng)措施，以保障工程的安全和穩(wěn)定。結(jié)論本文研究了丁字形裂隙巖體的強(qiáng)度與變形特性，通過巖石試驗(yàn)儀和數(shù)字化測量儀進(jìn)行壓縮試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)，得出了試樣在不同方向上的強(qiáng)度和變形情況。結(jié)果表明，丁字形裂隙巖體在不同方向上表現(xiàn)出較大差異，豎直方向上的巖石強(qiáng)度最大，變形最小，而水平方向上的巖石強(qiáng)度較弱，變形較大