巴西试验改进方法研究

摘要

岩石的抗拉强度是岩石的重要力学性质指标之一，也是岩石结构设计中安全与稳定性分析的一个控制性参数。岩石抗拉强度是指岩石试件在外荷载的作用下抵抗抗拉应力的能力，为岩石试件在拉伸破坏时的极限荷载与受拉截面面积的比值。改革开放以来，随着中国经济建设的飞速发展，修建了很多大型的桥梁、隧道、水坝以及高层建筑等工程。在工程建设中经常会遇到岩石类材料，其抗拉强度力学性能指标是设计、检验、控制和评判质量好坏的一个重要依据。目前比较常见的岩石强度试验有单轴压缩试验、巴西劈裂试验、单轴拉伸试验、三轴试验以及点荷载试验，这几种常见试验方法都已经被写入了国家规范。
　　巴西圆盘拉伸试验常用的加载方式有以下三种：一是使用两截钢丝垫条与试样上下端接触，通过在钢丝垫条上施加线性载荷，依次施加径向载荷；二是使用上下对称平台与试样上下端接触，通过上下平台施加载荷作用在巴西平台上；三是通过两个半圆弧刚体与上下端接触，载荷作用在刚体上。
　　前两种加载方式容易在接触点周围引起应力集中现象，最后一种加载方式则很好地避免了应力集中问题，因此，本文采用第三种加载方式。
　　本文的研究对象是巴西圆盘试验，主要开展了以下工作：
　　(1)得到了改进的巴西试验中圆盘的最大主应力和最小主应力的分布及其规律，并分析圆盘的破坏规律。
　　(2)分析了泊松比和高径比对圆盘主应力分布的影响，列出泊松比和高径比与主应力变化的关系曲线图。
　　(3)对于常用的Mohr-Coulomb强度准则、双剪统一强度准则、Drucker-Prager准则、Griffith强度准则，重点分析几种针对岩石材料的各种破坏准则，讨论各种强度准则的适用性，比较各种强度准则的区别和不足之处。双剪统一强度理论有着比较清晰的物理概念和较为简单的数学表达式，本文通过双剪统一强度理论与岩石类材料的一些试验结果进行了对比，得出双剪统一强度理论与试验结果符合的比较好，因此它可以适用于岩石类材料。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 岩石破裂的研究意义

1.2 研究现状

1.2.1 直接单向拉伸试验

1.2.2 传统的巴西圆盘劈裂试验方法和原理

1.2.3 巴西圆盘拉伸强度试验存在的问题

1.2.4 改进的巴西试验

1.3 本文的研究内容与方法

第2章 几种常见岩石力学强度理论的介绍及分析

2.1 Mohr-Coulomb强度理论

2.2 双剪统一强度理论

2.3 Drucker-Prager准则

2.4 Griffith强度理论

第3章 巴西圆盘拉伸强度试验二维有限元分析

3.1 有限元及力学行为分析

3.1.1 平面应力问题原理

3.1.2 有限元原理

3.2 二维巴西圆盘拉伸试验有限元分析

3.2.1 二维巴西圆盘试验计算模型

3.2.2 后处理分析

3.3 本章小结

第4章 巴西圆盘拉伸强度试验三维有限元分析

4.1 影响巴西圆盘试样应力分布的因素

4.2 计算模型及参数

4.2.1 计算模型的确定

4.2.2 计算参数

4.3 数值模拟结果分析

4.3.1 圆盘的应力分布

4.3.2 泊松比和高径比对圆盘应力分布的影响

4.3.3 强度理论

4.4 本章小结

结论和展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果