岩样单轴拉伸试验

岩样单轴拉伸试验,第1张

确定岩石的抗拉强度最准确的方法无疑是圆柱试样的单轴拉伸试验,也称为直接拉伸。尽管试验困难,但有关研究从未中断[7,30~34]。通常有两种方法,①将岩石加工成两端大、中间小的“8”字形试样,利用特殊夹具夹紧后施加拉伸载荷[7];②利用高强度粘结剂将圆柱试样粘接到金属构件上[31~33],再对金属构件施加拉伸载荷。众所周知,直接拉伸试验的成功率较低。作者曾将圆柱试样粘结到金属构件,利用压拉转换装置进行单轴拉伸试验。由于压拉转换装置的加工质量欠佳,岩石试样不是垂直于加载方向的平面断裂。当然,以何种标准判断试验成功与否、取舍数据,也需要研究。

文献[13]引用文献[35]的试验结果,称多数岩石试验结果表明,巴西劈裂强度与单轴拉伸强度几乎相等。文献[7]的试验结果是直接拉伸强度大于巴西劈裂强度;文献[33]由于使用刃状压头劈裂,得到的结果是软岩劈裂强度偏高,而硬岩直接拉伸强度偏高。

图8-25 是文献[36]基于文献[37,38]数据得到的3种岩石直接拉伸强度与4种间接拉伸强度的关系。图8-26是文献[36]基于文献[39]数据得到的4种岩石直接拉伸强度与3种间接拉伸强度的关系,其中水压致裂给出了弹性分析和塑性分析两种结果。

图8-25 岩石直接拉伸强度与4种间接拉伸强度的关系[36]

图中试验结果表明,直接拉伸的强度总是最低的,水压致裂和巴西劈裂测定的抗拉强度与直接拉伸强度大致相当;三点弯曲、圆盘弯曲(Disc bending)以及圆环压缩(Ring test)得到的抗拉强度都明显偏大。文献[36]天然灰屑岩(calcarenite)的直接拉伸强度0646MPa,巴西劈裂强度0644MPa,两者相同;但人工材料泡沫混凝土(Gasbeton)的直接拉伸强度0863MPa大于巴西劈裂强度0481MPa,其巴西劈裂试验是依据ISRM建议方法[40],在10°区域内分布加载。

岩石是非均质材料,各处强度不等,而间接拉伸方法中试样内存在较大的应力梯度,破坏通常发生在预定的位置,而不是试样中最弱部位。这必然引起测试结果偏大。以三点弯曲试验说明如下。

如果只依据弹性力学分析,认为试样破坏载荷对应着试样承受最大拉应力的A点,那么除非材料是完全脆性的,且A点正好是试样强度最弱处,那么得到的结果才会与直接拉伸强度相当。实际上,由于材料的非均质性,三点弯曲的破坏位置有时会偏离中心断面。材料的非均质性和应力的非均匀性相结合,引起抗拉强度的测试结果偏高。

单轴压缩强度与单轴拉伸强度之比是岩石的重要力学性质指标。文献[36]对天然灰屑岩和人工材料泡沫混凝土进行的试验,直径38mm、长径比为2的试样,压拉强度比为64和50,远低于一般岩石,这与其强度较低相关。文献[41]对花岗岩、安山岩、砂岩、大理岩、凝灰岩等9种岩石,试样直径25mm、长度50mm的试验结果,压拉强度的比值为83~344,大致随抗压强度增加而增加。不过,抗拉强度与抗压强度并没有一致的关系。

图8-26 岩石直接拉伸强度与间接拉伸强度的关系[36]

综述:

点荷载试验和劈裂试验都是一种测岩石抗拉强度的方法,操作都非常简单能快回速得到结果。不同的是答:点荷载试验还可以测混凝土或其他天然建筑材料的抗拉强度;点荷载试验可经验地计算出试样的抗压强度。

劈裂试验可以得出抗折强度;点荷载试验还可以到现场做,劈裂试验一般在实验室完成;点荷载法试件加工简便,形状可以多种多样,不但可计算抗拉强度,而且还可以反映岩石的各向异性。

劈裂法是在试件直径(朋往体试件)方向上,施加一线性荷载,使试件沿直径方向发生压政拉裂破坏。然后根据弹性理论求岩石的抗拉强度,试验时,线性荷载是通过试件上下各置一根压条实现的。

岩石的抗拉强度是指岩石试件在单向受拉时,能承受的最大拉应力。目前,测定岩石抗拉强度的方法很多,大致可分为直接拉伸法和问接拉伸法两类。间接拉伸法以劈裂法和点荷载实验最为常用。

点荷载试验是一项测定岩石强度的试验,主要用于岩石分类及岩石各向异性的测定,并可计算其单轴抗压强度和抗拉强度。由于试件可直接选用钻探岩心及不规则的岩块,因此它适用于野外,尤其是对室内试验制样困难的风化岩石,软弱破碎岩石等。

可以参照下列公式。

在C60以下:fc’=079fcu,k

C60:fc’=0833fcu,k

C70:fc’=0857fcu,k

C80:fc’=0875fcu,k。

可以参照下列实践方法:

一、路面混凝土芯样劈裂抗拉强度等于0637倍的抗压强度。

二、抗折(抗弯拉)强度试验:

1、从养护室取出并检查试件,如试件中部1/3长度内有蜂窝,该试件应立即作废。

2、在试件中部量出其宽度和高度,精确至1mm。

3、安放试件,支点距试件端部各50m,侧面受载。

4、加荷:加载方式为三分点双点加荷,加荷速度为05-07MPa/s,直至试件破坏,记下破坏极限荷载。

三、劈裂抗拉强度试验

1、从养护室取出并检查试件。

2、量测试件尺寸,精确至1mm。

3、安放试件,几何对中,放妥垫层垫条,其方向与试件成型时顶面垂直。

4、加荷:砼强度等级低于C30时,以002-005 MPa/s的速度连续而均匀地加荷,当砼强度等级不低于C30时,以005-008 MPa/s的速度加荷,直至试件破坏,记下破坏极限荷载,准确至001KN。

一 硬木

因为木性稳定,所制成的家具流传时间也很长。常见的硬木有紫檀、黄花梨、鸡翅木和酸枝等 。

紫檀:最名贵的木材,质地坚实但生长缓慢,因此大部分家具都是数块接榫而成,如出现整面板材则是相当珍贵难得的。其色泽多为紫黑色,散发出静穆高贵的气质。

花梨木:紫檀类,豆科蝶形花亚科紫檀属中具优质深色心材的珍贵树种。花梨木心材边材区别明显,边材黄白色至灰褐色;心材红褐色、紫红色至紫褐色;材色较均匀,可见深色条纹,生长轮不明显或略明显。散孔材或半环孔材,单管孔,少数径列复管孔,内含深色树胶、沉积物或侵填体。轴向薄壁组织翼状、聚翼状、带状、环管束状和轮界状。木射线细至甚细,以单列为主,径面斑纹不明显或略明显,弦面具波痕。木材有光泽,具轻微或显著清香气,纹理交错,结构细而匀,部分南美、非洲产略粗,耐腐、耐久性强。材质硬重,部分中等,强度高,部分中等,通常浮于水,木粉或木屑水浸液显荧光现象。多半出现在明式家具上,木质致密,颜色从浅黄到暗棕。一般黄花梨家具使用越久,色泽反而越光亮,更适用于现代空间。

鸡翅木: 质地坚实、纹理紫褐色深浅相间。现代在使用时,令其线条更为流畅,在传统中注入了新意。

酸枝 :好的酸枝木料近似紫檀,但光泽与颜色略淡、色泽温厚、产量较多。

二.软木

种类繁多,制成家具,价格上能为大多数人接受。许多软木在使用时也多和硬木搭配。如榉木、楠木、樟木、松木和杉木都是常见的软木材料。

1 、黑胡桃,胡桃属木材中最优质的一种,主要产自北美和欧洲。国产的胡桃木,颜色较浅。黑胡桃呈浅黑褐色带紫色,弦切面为美丽的大抛物线花纹( 大山纹 )。黑胡桃非常昂贵,做家具通常用木皮,极少用实木。

2 、樱桃,进口樱桃木主要产自欧洲和北美,木材浅黄褐色,纹理雅致,弦切面为中等的抛物线花纹,间有小圈纹。樱桃木也是高档木材,做家具也是通常用木皮,很少用实木。

3 、榉木,这里的榉木是指山毛榉,与中国传统家具中 “ 南榉北榆 ” 的榉木是两回事。榉木色泽明亮浅黄,有密集的 “ 针 ” ( 木射线 ) ,旋切有山纹。欧洲进口山毛榉瑕疵较少,比国产的好很多。进口榉木在国内属于中高档木材,常用木皮,实木也用作餐椅和小方条等。

4 、枫木,枫木色泽浅黄,有小山纹,最大特征是有 “ 影 ” ( 局部光泽明显 ) 。枫木是中档木材,木皮和实木都很常见。

5 、桦木,桦木色泽浅黄,易分特征是多“ 水线 ” ( 黑线 ) 。桦木也是中档木材,实木和木皮都常见。

6、橡胶木,原产于巴西、马来西亚、泰国等。国内产于云南、海南及沿海一带,是乳胶的原料。橡胶木颜色呈浅黄褐色,有杂乱的小射线,年轮明显,轮界为深色带,管孔甚少。木质结构粗且均匀。纹理斜,木质较硬。

优点:切面光滑,易胶粘,油漆涂装性能好。

缺点:橡胶木有异味,因含糖分多,易变色、腐朽和虫蛀。不容易干燥,不耐磨,易开裂,容易弯曲变形,木材加工易,而板材加工易变形。

7 、柞木:材质重而硬,结构粗,木射线很明显,力学强度高,木材很不易干燥,加工困难,耐损,胶结不易,但着色性能好,弯曲性能很好,常用作家具表面材和做薄木贴面。

8 、松木:不需雕饰,纹理清晰,线条细腻 带有松香味,有漂亮的结疤。生产过程要求高 , 需要干燥除脂。

9 、 楸木: 木材有光泽,结构略粗,干燥速度慢,不易翘曲,易加工,钉着力强。

10 、榆木: 木性坚韧,纹理通达清晰,硬度与强度适中,一般透雕浮雕均能适应,刨面光滑,弦面花纹美丽,有“鸡翅木”的花纹,榆木经烘干、整形、雕磨髹漆、可制作精美的雕漆工艺品。在北方的家具市场随处可见。榆木与南方产的榉木有“北榆南榉”之称。且材幅宽大,质地温存优良;变形率小,雕刻纹饰多以粗犷为主。榆木有黄榆和紫榆之分。黄榆多见,木料新剖开时呈淡黄,随年代久远颜色逐步加深;而紫榆天生黑紫,色重者近似老红木的颜色。北方家具以榆木为最大宗,有擦蜡做,也有擦漆做。

11、橡木: 属麻栎,山毛榉科,树心呈黄褐至红褐,生长轮明显,略成波状,质重且硬,我国北至吉林、辽宁南至海南、云南都有分布,但优质材并不多见,优等橡木仍需要从国外进口,优良用材每立方达近万元,这也是橡木家具价格高的重要原因。

橡木家具的特性:具有比较鲜明的山形木纹,并且触摸表面有着良好的质感欧洲白橡木纹理优雅,北美红橡木有大山纹。由于橡木质地硬沉,水份脱净比较难,加工不易。

12、沙比利木(红影木)( Sapele学名: Entandrophragma cylindricum ) 别名:香桃花心木、沙比利桃花心木;分布地区:西非、中非和东非;外观:木纹交错,时有波状纹理,在四开锯法加工的木材纹理处形成独特的鱼卵形黑色斑纹;疏松度中等,光泽度高;边材淡**,心材淡红色或暗红褐色;物理性能:重量、弯曲强度、抗压强度、抗震性能、抗腐蚀性和耐用性中等;韧性、蒸汽弯曲性能较低;

加工性能:加工比较容易,尽管由于交错木纹,其表面可能会在刨削过程中开裂;胶粘、开榫、钉钉的性能良好;上漆等表面处理的性能良好,特别是在用填料填充孔隙之后;

用途:与真桃花心木在很多相似的应用领域,如:普通家具、细木家具、装饰单板、镶板、地柜、室内外连接用木构件、门窗基架、门、楼梯、船具等交通工具和钢琴面板。

13、水曲柳(曲柳):硬木,成材期为 50 年以上至数百年,通常简称为曲柳,为东北三大名贵树种之一,材质略硬,花纹美丽,耐腐、耐水性能好,易加工,韧性大,胶结油漆,着色性能好,具有良好的装饰性能,是目前装饰材料中用得较多的一种木材

14、樟木:在我国江南各省都有,而台湾福建盛产。树径较大,材幅宽,花纹美,尤其是有着浓烈的香味,可使诸虫远避。我国的樟木箱名扬中外,其中有衣箱、躺箱 ( 朝服箱 ) 、顶箱柜等诸品种。唯桌椅几案类北京居多。旧木器行内将樟木依形态分为数种,如红樟、虎皮樟、黄樟、花梨樟、豆瓣樟、白樟、船板樟等。

15、黄菠萝:其木材有光泽,纹理直,结构粗,年轮明显均匀,材质松软、易干燥,加工性能良好,材色花纹均很美观,油漆和胶接性能良好,钉着力中等,不易劈裂;耐腐性好,是高级家具、胶合板用材。

16、杨木:我国北方常用的木材,其质细软,性稳,价廉易得。常做为榆木家具的附料和大漆家具的胎骨在古家具上使用。这是所说的杨木亦称 “ 小叶杨 ” ,常有段子般 的光泽,故亦称 “ 缎杨 ” ,不是本世纪中才引进的那种苏联杨、大叶杨、胡杨等。杨木常有 “ 骚味 ” ,比桦木轻软。桦木则有微香,常有极细褐黑色的水浸线。这是二者的差别。

17、核桃木:山西吕梁、太行二山盛产核桃。核桃木为晋做家具的上乘用材该木经水磨烫蜡后。会有硬木般的光泽,其质细腻无性,易于雕刻,色泽灰淡柔和。其制品明清都有,大都为上乘之作。可用可藏。其木质特点只有细密似针尖状棕眼并有浅黄细丝般的年轮。重量与榆木等。

18、柳桉:其材质轻重适中,纹理直或斜而交错,结构略粗,易于加工,胶接性能良好。干燥过程中稍有翘曲和开裂现象。

榉木、松木、樱桃木等。

以缅甸樱桃木好。材色均匀,纹理多直,结构细而均匀。是比较有档次的实木沙发,但是有个很大的缺点就是木色太深偏红,一般只好做中式沙发,不那么流行、现代。但这种实木沙发保值,做工极好。

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