冻融作用后砂岩形成破坏面并有颗粒物脱落

摘要岩石在冻融环境下发生的损伤会产生宏细观上的变化，为了更好的认识云冈石窟的岩体在冻融循环作用下的宏观上岩体的变化以及岩体微观上内部矿物成分的变化，进而为云冈石窟的研究和保护提供一些理论参考。本文以取自云冈石窟的砂岩岩样进行冻融循环实验以及对经受冻融循环试验后的砂岩岩样进行了尺寸的量测以及试件的含水率进行记录，依托压缩破坏试验、XRD试验、液氮吸附试验、扫描电镜试验数据，通过实验仪器量测得到了砂岩的单轴应力-应变全过程曲线、抗压强度以及电镜扫描下岩体的微观结构分析归纳出循环冻融条件下云冈石窟砂岩的主要物理力学特性。基于宏观及微观岩石力学方法辨析石窟砂岩劣化特征。分析了冻融循环条件下云冈砂岩受外界荷载影响下的破坏形态的变化，以及依据岩石力学的相关内容分析岩样内部矿物成分的变化情况得出了以下结论：宏观上：1、冻融作用后砂岩形成破坏面并有颗粒物脱落2、应力应变曲线分为两个阶段：弹性阶段、塑性阶段微观上：3、冻融循环后砂岩的内部亲水矿物逐渐减少，内部结构变得疏松，密度降低，表现为整体的强度降低。4、冻融循环作用后的砂岩微观结构变得疏松，表面形态粗糙，破坏面也增多，基于本次试验所得结论，可以为更好的认识云冈石窟的岩体在冻融循环作用下的宏观上岩体的变化以及岩体微观上内部矿物成分的变化，进而为云冈石窟的研究和保护提供一些理论参考提供重要参考。关键词：云冈砂岩；冻融循环；宏观表现；微观变化

AbstractThedamageofrocksinthefreezing-thawingenvironmentwillresultinmacroandmicrochanges.Inordertobetterunderstandthemacrochangesofrockmassinthefreezing-thawingcycleandthechangesofinternalmineralcompositionintherockmass,itwillprovidesometheoreticalreferencesfortheresearchandprotectionofyunganggrottoes.Basedonthefreeze-thawcycleexperimentswereperformedonsandstonespecimensfromtheyunganggrottoesandthesandstonesampleofsufferedafterfreeze-thawcyclingtestforthemeasurementofsizeandthemoisturecontentofspecimensforrecording,relyingonthecompressionfailuretest,XRDtest,liquidnitrogenadsorptiontest,scanningelectronmicroscopy(SEM)testdata,thesandstoneisobtainedbyexperimentalinstrumentmeasurementofuniaxialstress-strainentireprocesscurve,compressivestrengthandmicrostructureanalysisconcludesthatundertheelectronmicroscopescanningcyclicfreezingandthawingconditionsyunganggrottoesmainphysicalandmechanicalpropertiesofsandstone.Onthebasisofmacroscopicandmicroscopicrockmechanics,thedeteriorationcharacteristicsofsandstoneingrottoesareanalyzed.Thispaperanalyzesthechangeoffailurepatternofyungangsandstoneundertheinfluenceofexternalloadundertheconditionsoffreezing-thawingcycle,andanalyzesthechangeofinternalmineralcompositionofrocksampleaccordingtotherelevantcontentofrockmechanics,anddrawsthefollowingconclusions:Macroscopically:1.Thefailuresurfaceofsandstonewasformedafterfreezing-thawingandparticlesfelloff2.Thestress-straincurveisdividedintotwostages:elasticstageandplasticstageOnthemicrolevel:3.Afterfreezing-thawingcycle,thehydrophilicmineralsinthesandstonegraduallydecrease,theinternalstructurebecomeslooseandthedensitydecreases,whichismanifestedastheoverallstrengthdecreases.4.Afterthefreeze-thawcycle,thesandstonemicrostructurebecomesloose,thesurfacemorphologyisrough,andthefailuresurfacealsoincreases.Basedontheresultsofthisexperiment,itcanbeusedtobetterunderstandthechangesoftherockmassinyunganggrottoesundertheactionoffreezing-thawingcycleatthemacrolevelandthechangesoftheinternalmineralcompositionatthemicrolevel,soastoprovidesometheoreticalreferencesforthestudyandprotectionofyunganggrottoes.Keywords:yungangsandstone;freeze-thawcycle;macroperformance;microchange

绪论选题来源及意义：我国的季节冻土地区在总的国土面积分布约50%以上，它们主要分布在我国的西部和北部地区，季节性冻土区在气候条件上主要表现是该地区的昼夜温差、冬天夏天温差比较大，对地区区域以及城市发展中的岩土工程方面的建设会产生很大程度上的影响。云冈石窟就是处于季节性冻土地区的典例，它地处于中国北部的大同市城西约16公里的武州（周）山南麓、武州川的北岸，石窟依山开凿，东西绵延约1公里，是我国四大石窟艺术宝库之一，但云冈石窟在历史长河岁月的洗礼下，石窟内的造像及雕刻坍塌、侵蚀、石窟内表层掉层以及其他的人为破坏行为颇多。云冈石窟近些年面临的重要问题是风化，物理风化是指岩石在温度变化、冻融、有机体、水、风、水的冻融、盐类结晶和重力等物理机械作用下崩解、破碎成大小不一碎屑和颗粒的过程。岩石由线胀和体胀系数不同的多种矿物组成，季节性或昼夜的温度变化，长期的热胀冷缩交替会使岩石不均一缩胀而逐渐破碎;岩石裂隙中水分遇冷结冰并膨胀产生的巨大压力，使岩石崩解;植物根系的楔入是岩石破裂不可忽视的动因；流水、风力产生的磨蚀、切割、冲击，是常见而广泛的物理风化原因，其结果是既破坏了岩石的结构构造，降低了岩石的强度，又为化学风化提供通道，会使岩石发生形态变化并破碎。物理风化只引起岩石在形态和体积大小的变化，但不使其矿物成分和化学组成发生明显的变化，而是恶化了岩体的工程性质，具体表现在：岩体力学强度与抗变形性能降低，压缩性增大等，岩体渗透性增强，次生矿物的抗水性降低，亲水性增强，易崩解、膨胀、软化等，物理风化使岩石通气透水，也为进一步的化学风化和生物风化提供条件，为土壤发育提供基础条件。物理风化是普遍存在的，但在温差较大的干旱和髙寒地区，物理风化较化学风化和生物风化作用更为强烈，是这些地区的主要风化形式。云冈石窟中的岩石在经受风化的过程是十分复杂的，云冈石窟产生冻融损伤及风化的危害时必须具备两个条件：要有足够的水分以及有过大悬殊的温差，尤其是岩体在循环冻融条件下更容易发生风化，在冻融环境的影响下水与本地区的岩石发生长期而缓慢的相互作用就造成了石窟内的造像及雕刻遭受风化的破坏。在地理环境作用力和人为活动的影响下下，石窟内的造像及雕刻经常出现坍塌、侵蚀、石窟内表层掉层风化等地质病害。而云冈石窟内的文物（包括石刻、石窟、石雕等）本质上都是地质体。因此，目前研究到的云冈石窟中出现的这些地质灾害都是可以借助工程地质以及岩体力学内的基本知识来研究和防治这类灾害的，但是一般的这类地质体基本上都是由一类或几类复杂结构的岩体组成的，并且经常是处于复杂的地心引力场、渗流场与温度场中的，可以近似的将它看作是一个巨大而又复杂的开放型系统。所以仅仅依靠现有的知识理论体系依靠力学理论分析是很难准确地预测云冈石窟岩体的整个变形破坏过程的，而且也很难准确地对它的稳定性程度做出评价。因此，我们需要采取某些可行性措施来保护这类已经受损坏的石窟岩体，包括对其的工程条件、地质条件、稳定分析、变形破坏过程的预测。有针对性的提出一些符合维持原状的石质文物的保护原则的设计内容和施工方法等。而采取这一类有效措施的关键是要把握石窟岩体的稳定性以及它的整个变形破坏过程。云同石窟是在自然形成的崖壁山体上进行开凿建设而成的，它既是建筑物（或构筑物），又是地质体。黄克忠ADDINCNKISM.Ref.{0AFB703628E24d84A355BB2B992F63E8}[1]指出，云冈石窟地处在塞外的半干旱地区，一月的平均气温为-11.9℃，七月的平均气温为23.2℃。冬季非常寒冷并且温差比较大而夏季又非常炎热还会下大雨这样就给砂岩发生物理风化型的冻融危害创造了条件。石窟处在于这种地质环境之下，经过漫长岁月的洗礼又受到地质条件带来的地质灾害和环境的影响，导致石窟岩体发上不同程度上的破坏严重威胁到了云冈石窟文物的保存。在云冈石窟的现场调查中发现了一些非常典型的实例ADDINCNKISM.Ref.{8023633C9C6C4005A55C4412CC003A73}[2]：比如在第三窟东北角的石窟壁面由于经受了渗水和冻融的共同影响下，使得岩体不断远离约1.7米；在第二窟中由于寒泉洞中的寒泉水流入了窟中并且与冻融共同作用下使得底层的石窟岩体全部破裂成约小于10厘米的块状结构物。岩石是一种内含大量微裂隙、孔隙率高且孔隙间的连通性好细观缺陷的非均质体，其强度和变形性质都非常容易受到冻融循环而损坏的影响。因此，利用室内试验研究循环冻融条件下云冈石窟砂岩的宏观变化和云冈石窟砂岩的微观变化，以把握云冈石窟岩体的破坏的损伤程度，对于云冈石窟岩体的稳定性、疲劳损坏程度评价以及对其的保护具有重要的意义。国内外研究现状近年来，国内外对于岩石在低温、冻融循环条件下的物理力学性质、破坏机理以及破坏后岩石形态等方面进行了大量的研究并且取得了很有价值的研究成果。如方云等ADDINCNKISM.Ref.{49A7C3E3AD0445aeA1F4E92A35988BE4}[3]对取自云冈石窟的砂岩岩样分为3组分别是饱水组、干燥组和对比组，通过对饱水组和干燥组岩样进行35次循环冻融试验，模拟云冈石窟砂岩的风化过程。研究发现在循环冻融条件下，干燥组破坏形态不明显而饱和组以产生裂纹为主，饱和组岩样体积有所膨胀，质量均有不同程度的减少并且随着次数的增加下降趋势不断增加，岩样的波速不断下降，波速和单轴压缩抗压强度之间可以找到拟合幂函数关系，岩样的抗冻系数呈现下降趋势，烘干作用对岩样体积、质量、波速以及单轴抗压强度的几乎没有影响，可忽略不计，建立了符合云冈砂岩饱和单轴抗压强度、岩样初始波速和冻融次数之间关系的指数函数；蔡国军等ADDINCNKISM.Ref.{AE98160EC9EB4bf3AA011131A71FCD8A}[4]通过单轴压缩和三轴实验对砂岩进行循环加载卸载，得出了在三轴循环加卸载的作用下，通过分析应力—应变曲线所呈现出的内凹现象和推进效应总结出岩石内部旧微裂纹有压密、闭合和扩张的过程，新裂纹不断产生和汇聚的过程，滞回环的面积随着围压的增大而逐渐减小，随着轴压的增大而逐渐增大。岩石的损伤是一个逐渐累积的过程。微裂纹的产生、扩展是由于经历了持续的循环加卸载而导致的，并不仅仅是几个单独的循环加卸载周期才导致的，轴向和侧向累计不可逆应变在循环荷载作用下增长趋势呈线性关系；高峰等ADDINCNKISM.Ref.{7830669C50584ba1AB7D42B1D4C33D96}[5]通过对青砂岩在经受不同冻融循环作用后进行不同的围压的系列测试，分析青砂岩在不同冻融循环作用下的脆性特性以及演化规律得出了砂岩脆性特性在经受冻融损伤后会有明显的劣化过程，并且随着经受冻融次数的增加砂岩的脆性呈现减小趋势。同一围压的砂岩在经受不同的冻融循环作用下，脆性指数会随着冻融循环次数增加而减小，而且围压也会越大，通过对不同冻融循环的青砂岩和常规黑砂岩、大理岩的试验数据的分析得出了符合实验数据的拟合函数；郑广辉等ADDINCNKISM.Ref.{3F392A2F52FE448f80C216A30B1C8435}[6]通过对垂直、平行层理的不同试样进行了0、20、40次的冻融试验，探究了在冻融作用影响下层理砂岩的损伤发育特征，随后通过100mmSHPB的试验装置，进行了5种不同弹速下的冲击试验，分析了层理砂岩在冻融循环作用下的冲击破碎块度的分布规律，以破碎块度与冻融损伤累积的相关性为理论依据，建立了层理砂岩的冻融劣化模型，通过研究结果得出：在冻融环境下，两种试样纵波波速和孔隙发育都表现出了非常明显的差异，平行层理试样在实验条件下相对更容易发生损伤，得出了试样在各级冲击弹速下的破碎块度分布与冻融循环次数之间是存在着波动型以及正相关、负相关三种相关关系；李诗铭等ADDINCNKISM.Ref.{753516605FC44897BC849E7A6E9DAAA2}[7]所采取的是取自云南的砂岩，试样是由石英、云母、长石、方解石、角闪石等成分组成的，将该试样分别在20℃到-20℃、20℃到-30℃、20℃到-40℃、20℃到-50℃的条件下冻融循环然后将试件取出来做自然干燥处理，将自然状态下的试件与处理后的试件一起用超声波脉冲速度测试仪测量得出实验中每组试件的弹性模量并取平均值。对砂样进行冻融循环处理并且对冻融循环后的试块进行了单轴压缩试验。得出了下面的结论：在冻融循环温度为-20~-50℃作用下时的砂岩，所取的砂岩试件的弹性模量和峰值应力随着冻融循环温度的降低呈指数函数式并且逐渐减小。砂岩的应力-应变曲线也会随着冻融温度的降低而呈现出向下方不断的移动，随冻融循环温度的降低砂岩的应力呈现减少趋势，随着冻融循环温度的降低砂岩的应变呈现不断增大的趋势；马逢清等ADDINCNKISM.Ref.{D446315C836A4b1392774DA3F3C90FDB}[8]采集了府谷地区三叠系刘家沟组的砂泥岩来作为实验的样本，通过在冻融循环条件下对饱和泥岩和砂岩基本物理性质指标进行测定和CT扫描；整理实验所得到的物理力学指标和借助CT扫描仪器扫描的结果，分析岩石结构的变化以及计算不同阶段的砂岩和泥岩的损伤变量，得出了以下结论：岩石内部的水分迁移在冻融循环条件下，因会造成岩石的质量的变化；不同的岩石会因岩石内部结构和成分的不同而表现出不同的质量变化，通过CT试验形成的图像可以看出泥岩试样在冻融循环次数的不断增加表现出内部裂隙及微孔洞的变化，泥岩试样的CT数均值随冻融循环次数增加所呈现出的趋势是先减少后增大，砂岩试样在冻融循环条件下土样初始饱和后CT数均值的增大则表示密度也在不断增大，试样在损伤的变化中，控制砂岩损伤的扩展的主要原因是水分迁移和冻胀力二者交替；杨更社等ADDINCNKISM.Ref.{E602ED7AE6E540f3A7F3AEC77DC25400}[9]通过采用了3种不同的岩样做研究,首先让试样处于饱和状态,然后将制备好的试样分别放置于环境温度为0℃、-10℃、-20℃的实验环境下,通过利用CT扫描仪器进行CT扫描实验,研究了试样在不同冻结温度的环境条件下岩石内部所呈现的细观损伤扩展机理、水分迁移及其损伤结构的变化，得出了由于软砂岩在不同冻结温度条件下内部的水分不断迁移,颗粒进行重组,水冰相互转变,CT统计频率的变化规律；徐光苗等ADDINCNKISM.Ref.{1DFBA81C864E43938958584D55BFECB7}[10]通过对青藏铁路昆仑山隧道现场采集的红砂岩和湖北页岩置于不同冻结温度（-20～20℃）的环境下和不同含水状态（饱和与干燥）下，对其进行单轴压缩试验和三轴压缩试验，研究红砂岩和页岩的单轴抗压强度与温度的关系。通过运用理论分析和数值计算相结合的方法，研究了在低温、冻融循环条件下的岩石力学特性，并根据建立了岩石在实验结果下所拟合的宏观冻融损伤本构关系得出了2种岩石分别在饱水状态下的单轴抗压强度、弹性模量与冻融次数的拟合关系表达式并对两种岩石进行了超声波波速测试和热参数测试，并得出了波速、导热系数与温度所拟合的关系。总体来看，国内外学者对于实验所取试样在冻融循环的过程中材料的质量、CT实验数值、剪切波速、单轴压缩实验及三轴压缩压缩实验的压缩强度、弹性模量等岩体的物理力学性质所呈现的变化趋势做了较为深入的研究并且得出了符合实验过程所得出的实验数据的拟合方程和关系式。还有学者建立了岩石在实验过程中的损伤扩展模型。本文在之前许多优秀学者所进行的工作基础上，对饱和砂岩在经历数次冻融循过程后对实验所采取的岩样在实验过程中岩体的物理力学性质和岩体在冻融循环作用下岩体的宏细观变化做了分析，根据冻融循环作用具有低周期疲劳荷载的特点，考虑冻融循环作用对砂岩物理性质的影响，根据实验所得到的实验数据建立相应的数据图像。分析得出与实验数据所拟合的方程。本论文的研究内容、方法及技术路线：本文的主要工作就是依托冯美生老师的循环冻融对云冈砂岩的破坏机理研究课题和干湿交替及循环冻融作用下云冈砂岩损伤破坏机理研究（2018155大同市科技局基础研究项目）来研究云冈石窟岩体破坏的宏细观变化状态，根据目前的岩石力学在国内外研究现状和它的发展方向，开展了云冈砂岩的冻融循环试验。本文将取自云冈石窟地层的砂岩岩样分为饱水组、干燥组和对比组3组，模拟云冈石窟砂岩的风化过程以及所处的环境。通过对饱水组和干燥组岩样进行循环冻融试验共进行了22次冻融。在实验前后对砂岩试件进行尺寸的量测以及试件的含水率进行记录，依托压缩破坏试验、XRD试验、液氮吸附试验、扫描电镜试验数据，通过实验仪器量测得到了砂岩的单轴应力-应变全过程曲线、抗压强度以及电镜扫描下岩体的微观结构分析归纳出循环冻融条件下云冈石窟砂岩的主要物理力学特性。基于宏观及微观岩石力学方法辨析石窟砂岩劣化特征。表STYLEREF1\s1SEQ表\*ARABIC\s11试验3冻融后的岩样测试内容云冈砂岩冻融岩样岩样编号D-1D-4CL-1备注及试验的目的：D-1，D-4为冻融试样。CL-1为常规对比样本拟测定的项目1电镜扫描SEM∨∨∨扫描岩石表面切片，岩屑及胶结物的变化规律，X射线衍射分析XRD∨XRD谱图，岩相分析、鉴别物相变化2孔隙氮吸附∨∨∨孔径分布，比表面积，孔体积及相关计算方法技术路线图试验研究试验研究机理揭示冻融损伤本构模型氮吸附及灰熔性测试冻融破坏试验扫描电镜测试压缩破坏试验岩样波速与冻融作用相关函数岩样微观结构损伤演化与冻融耦合机制微裂纹的萌发、扩展、搭接、贯通机制理论分析数值仿真力学强度与冻融作用耦合效应图STYLEREF1\s12技术路线图

实验方案本章的主要内容是制定实验方案，并为后面所进行的试验顺利进行做充足的准备工作。主要的内容如下：砂岩试件的选择、采集与制备；冻融循环试验及循环过程中砂岩试件的尺寸以及含水率等的物理性质的测试，包括：烘干质量、天然质量、浸水后质量、天然含水率、浸水后含水率，包括：单轴压缩试验、三轴压缩试验电镜扫描、X射线衍射分析、孔隙氮吸附等。样品的采取与制备样品的采取因本实验所要研究的内容是云冈砂岩在冻融循环作用下破裂过程的宏细观研究，故本试验的所用到的砂岩须具有代表性，试验选取的是云冈石窟的新鲜岩样。由于选取的岩体体积较大，使用试验室里的取样机和切割机对此岩体处理均不是很方便，所以采取的方案是将砂岩取回后，先对岩体进行初加工处理，将岩体的大小处理成方便后期钻孔取样的大小。而且对于现场取回的岩块需要先在石材加工厂进行初加工，使得加工后的岩石体积大小方便后期在钻孔取样机取样以及切割机切割，而且为了后期实验的方便处理后的岩块至少要有一至两个相对比较平的表面能够方便岩石在试验机上放置以及在后期加工过程中固定岩块。样品的制备首先在取样之前应该对砂岩本身仔细观察它的纹理特征及其角度，然后选取一个合适的角度固定样品以方便通过钻取得到的样品具有所需样品的层理倾角。经过济南海威尔仪器有限责任公司的钻芯取样机处理岩石后得到的岩石样品形状是两端不平整的圆柱体，还需要在姜堰市新宇机械制造厂的切割机上，将经过钻芯取样机处理后的岩石样品切割成高度直径符合实验要求的两端平整的圆柱体。再参照《岩石试验方法标准》(GB50218-94)ADDINCNKISM.Ref.{504D7E6540284d3e88DD2E5F040BB5B9}[11]，即满足试样两端面不平行度误差不大于0.005mm，端面不平整度误差不大于0.02mm；沿试件高度上直径误差不大于0.3mm，端面垂直于试件轴线，最大偏差不大于0.25°。在加工完成的试件中选取符合各试验要求的样品，钻取标准圆柱样品（Ф50mm×100mm）用于单轴压缩实验。主要试验装备及实验方法冻融试验概述[12]：岩石的冻融试验是指岩石在±25℃的温度区间内，反复降温、冻结、升温、融解，其抗压强度有所下降，岩石试件冻融前的抗压强度与冻融后的抗压强度的比值，即为抗冻系数。根据《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266－2013）进行冻融循环实验，采用直接冻融法。本试验为更好模拟自然状态的冻融条件，选用在冰箱中进行冻结，共选取6个标件总质量2.9kg设定冻结约6小时，融化4小时为一个冻融循环，冻结温度控制为-20℃，融化在室温（实测20±2℃）下进行融化。将饱和组和干燥组的云冈砂岩分开进行冻融，饱和组和干燥组共进行了22次冻融循环。本实验从下午13:50开始，具体时间表如下：

表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s11冻融时间表1冻13:50-19:408冻10:20-14:3015冻10:30-14:30融19:40-23:40融14:30-19:10融14:30-19:302冻23:40-3:409冻19:10-23:1016冻19:30-23:30融3:40-7:45融23:10-7:00融23:30-7:003冻7:45-12:0010冻7:00-11:0017冻7:00-13:30融12:00-16:25融11:00-16:10融13:30-20:304冻16:25-21:4011冻16:10-20:2018冻20:30-00:40融21:40-4:40融20:20-5:10融00:40-5:155冻4:40-10:0012冻5:10-9:4019冻5:15-9:15融10:00-14:10融9:40-14:00融9:15-13:456冻14:10-18:2013冻14:00-19:3020冻13:45-17:50融18:20-22:40融19:30-23:00融17:50-22:307冻22:40-6:2014冻23:00-5:0021冻22:30-2:50融6:20-10:20融5:00-10:30融2:50-8:0022冻8:00-13:00融13:00-15:00冻融试验开始前需将加工后的云冈砂岩放入恒温约为108℃左右的烘烤箱内烘干48h以上，待样品质量不变后放入干燥箱内冷却至室温制备得到干燥组并称取干燥组试件质量md；再取部分干燥组干燥试样进行浸水4h、9h、18h等，确保在浸水的过程中液面始终高于试样，制得浸水后的砂岩试样，称取浸水后质量m，值得注意的是，饱水样品从水中拿出后要用湿抹布轻轻粘去表面浮水。样品放入冰箱前需用保鲜膜包裹，防止水分散失，如REF_Ref40772277\h错误!未找到引用源。，之后使用自动冻融循环试验箱对所得饱水试样进行多组冻融循环试验。每个冻融循环组试样均设置常规对比样本和冻融样本。下表为时间含水率统计表表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s12含水率统计表试件标号烘干质量m（g）天然质量m（g）浸水时间t（小时）浸水后质量m（g）天然含水率ω（%）浸水后含水率ω（%）2951.212.422-2474.06480.069488.061.272.952-3492.24498.2418503.401.222541.243.313-2473.75479.759486.751.272.743-3472.76478.7618487.661.273.19SL1-147648239491.161.263.18SL2-249550139507.011.212.43S1-147748388S1-247848488本章小结本章的主要工作是在云冈石窟现场取样后，经过济南海威尔仪器有限责任公司的钻芯取样机处理取得的岩样得到适合在单轴压缩实验、三轴压缩实验机进行的圆柱形试件。

单轴压缩实验试验装备本次单轴压缩试验是在辽宁工程技术大学完成的，实验所用到的试验设备为吉林省长春试验机研究所金力试验技术有限公司研制的CSS-WAW系列电液伺服万能试验机(原产品型号CSS251微机控制电子液压万能试验机)，是用于材料力学性能测试的新型机电液一体化试验设备。本产品采用的是计算机系统和板卡式数字测量控制系统及MOOG阀，自动、精确地测量和控制试验力、位移和变形等试验参数，一种多功能、高精度的静态试验机。可用于金属和非金属材料的拉伸、压缩、弯曲、剪切等试验。还可以进行试验力、变形等速率控制以及恒试验力、恒变形等试验。各种试验数据由计算机进行处理和屏幕显示，并由打印机自动打印试验曲线和试验结果。试验机由主机、油源（控制台）、计算机和打印机及板卡测量控制系统四部分组成。试验机的主机采用高刚度负荷框架、双试验空间、下置液压缸、全行程导向结构,采用美国MOOG直接驱动阀和板卡测量控制系统，抗污染能力强，控制范围宽而平稳。采用高精度传感器、引伸计及德国高分辨率光电编码器位移测量系统，配有拉伸液压夹具和压缩、弯曲试台，测量精度高、试验功能多、使用方便、安全可靠，是力学试验和质量检测不可缺少的先进仪器。主要技术参数及规格负荷测量范围和精度：精密型采用负荷传感器，测量范围为负荷传感器量程的2%～100%，测量精度优于示值的±0.5%。标准型采用液压传感器,测量范围为试验机最大负荷的2%～100%，测量精度优于示值的±1%。变形测量系统采用引伸计测量试样标距内变形。变形量程范围：引伸计量程的2%～100%变形测量精度：优于±0.05%F.S或示值的0.5%,以大者为准。位移测量系统：采用国产的位移传感器测量两钳口间位移量，测量精度：±0.5%F.S。速度控制速度范围：0.2～50mm/min。速度精度：±0.5%。主要功能可实现计算机对试验过程的控制由于采用了全数字式板卡测控系统，可对试验机试验的全过程进行监控，自动采集处理试验数据，计算、统计试验结果，打印试验报告及绘制各种试验曲线。打印主要内容：试验条件、原始参数、试验结果（E、σε、σs、可显示曲线及功能：应力-应变曲线试验力-伸长曲线试验力-位移曲线试验力-时间曲线伸长-时间曲线位移-时间曲线具有全曲线遍历、局部放大、文本标注、多曲线同幅对比等功能。可进行负荷、变形等速率控制，并可进行负荷、变形、位移保持。在试验过程中各种控制速度及控制方式可自动切换。具有负荷极限、位移极限、试样断裂停机等保护功能和摘引伸计预警提示功能。结构和工作原理试验机由主机、油源（控制台）、计算机及板卡测量控制系统四部分组成。主机主机由机座（包括液压缸体及活塞）上横梁、移动横梁、液压夹具、传动丝杠、光杠和试台等部分组成。液压缸24固定在机座中央，液压缸的活塞通过传感器10与试台11相联（精密型）。光杠20固定在试台11上，其上端固定有上横梁17，形成移动框架，由活塞驱动而上下运动。移动横梁14通过传动螺母支持在与底座相联的丝杠12上，它把试验空间分成两个部分，上为拉伸空间，下为压缩空间。移动横梁14的上下运动是由控制盒23上的“上升”、“下降”按钮操作的。当按下按钮时即驱动减速器的电动机，通过链轮、链条、丝杠旋转，带动移动横梁升降，调整试验空间。液压夹具15、16，通过操作控制盒23上的按钮，控制油源上电磁换向阀使其夹紧或松开。油源油源由油泵、油箱、驱动电机以及手动控制阀、MOOG阀等组成。手动控制阀包括流量调节阀和压力调节阀。它的作用是控制油泵供给液压缸的压力、流量和方向。控制阀是滑阀结构，阀杆可通过控制旋钮手动操作，使之加荷或卸荷。MOOG阀是一个电液伺服直接驱动阀,与手动控制阀并行安装,其接受板卡测控系统的控制信号,可精确控制试台升降。油泵是变量柱塞泵，通过交流电机驱动。油箱内装30号透平油。测量控制系统试验力测量系统由力传感器、力放大器板卡组成，精密型采用高精度轮辐式负荷传感器，安装在主机试台与活塞间；标准型采用液压传感器，安装在回油管上。变形测量系统由引伸计、变形放大器板卡测量系统组成。引伸计可根据试验要求和技术规格选定,常规为标距50毫米，量程为5毫米。试台位移测量由位移传感器和伺服控制板卡组成。位移传感器固定于试台11上，位移传感器一端拉线经螺钉固定于底座上，活塞上升时拉线，推动光电编码器轴正转，活塞下降时拉线由位移传感器带动收回使编码器反转，从而输出活塞的位移信号。硬件控制板卡由两块放大器卡和一块伺服控制卡等组成，板卡可以根据计算机插槽最多可扩展10个测量通道，测量分辨率达10000码，各通道可配置多台传感器。计算机系统计算机系统由计算机主机、显示器、键盘及打印机等组成。可实时采集测量值并将各试验操作纳入计算机控制。冻融试块的单轴压缩试验岩石力学所研究的基础性工作就是首先对岩石的力学性质进行试验[13]。而在岩石力学性质研究中最常用手段就是在实验室内进行的岩石力学试验，在实验室中进行岩石的研究工作中，岩石的单轴压缩破坏试验，则是最基本的岩石力学性能以及其他物理特性常用的测试方法。实验选取的试件有常规组岩石试件、冻融组岩石试件，在进行实验前先将试件进行拍照，测量试件的某些物理力学性能，用以与实验后的岩石试件的物理力学性能进行对比。为进行试验前的常规组与冻融组试件：在进行实验时，先将冻融组试件与常规组试件先后放置于试验机上，进行加压实验，进行实验过程：在对试件加压至试件表面出现裂缝后，停止加压，取出试件并对其进行某些物理力学指标的测试，下图为CL1-1、CL1-2、D1-1、D2-1、D1-4加压至岩体表面出现裂缝过程时的实验图片以典型砂岩岩样CL1-1、CL1-2、D1-1、D2-1和D1-4为例，D1-1为冻融常规组，D1-2为常规冻融循环作用进行22次试验组，D1-4为常规冻融循环下循环加载、卸载组。对砂岩岩样在冻融循环作用条件下的所出现的物理破坏特征进行分析。上图为典型砂岩岩样CL1-1、CL1-2、D1-1、D2-1和D1-4随循环冻融次数的外观变化照片，试样D1-1是在常规冻融下进行的单轴压缩试验，岩样的外表面在冻融循环作用的影响下变化不是很明显，只是在岩样的边缘四周有些许的颗粒发生脱落；其中图10为岩样CL1-1在循环冻融开始前的照片，岩样的外表面平滑，颗粒未见脱落现象，并且没有发现明显的宏观破坏现象，只是岩样表面有一条人工加的凹槽，但并未引起岩样整体出现大的变化，在冻融循环进行过程中，可以发现对试验岩样的冻融损伤是发生在该岩样的这条预制凹槽的周围，并且从试样的顶部边缘以及试样周围出现不同程度的裂纹，岩样表面的颗粒也开始脱落。试样D1-2是历经22次循环冻融以下时，经历多次循环冻融作用后的破坏过程照片，冻融损伤沿断裂面开始扩展，并且形成了从顶部出现贯通到底部的通常裂缝，并且在裂缝处出现大量的颗粒脱落，并随着循环冻融次数的增加而逐渐加宽，裂纹已经接近完全贯通；从岩样D1-1、D1-2历经数次循环冻融后的破坏过程照片中可以明显看出试验岩样明显出现贯穿试件的长裂缝，岩样试件顶部出现有层次感的错落层面形成，并且有局部岩体滑落现象伴随出现大量的岩样内部颗粒物发生脱落，岩样呈现完全破坏的形态不适合继续承受单轴压缩仪器所施加的荷载。为试样D1-4在在冻融循环条件下常规冻融循环加载、卸载进行的，可以发现岩样在实验过程中基本与D1-1、D1-2岩样所表现的破坏特征基本类似，只是在冻融循环结束后，将岩样防止一平面，有部分岩样从试件上脱落现象与D1-2相比并不是很明显，试样基本是从顶部到底部沿着一个斜平面断裂的，平放在一平面试件不会沿着形成的裂缝而分离为两个岩块，试件在经受冻融破坏后还会继续保证一定的稳定性。从以上的实验现象中，我们可以初步得出以下结论：一是岩样在冻融破坏中受荷载加载次数以及方式的影响比较大；二是岩样在冻融过程中产生裂缝、颗粒脱落等现象与岩样的本身某些物理特性存在一定的联系，比如与岩样本身的层理性、本身的内部构造等有一定的关系。而且也有存在预制裂纹的试样，这些试样的破坏基本是始于岩样的裂缝部位，并且随着冻融循环次数增加的影响下破坏沿着岩样的缺陷部位发展，通过现场调查，云冈石窟的演替具有明显的层理性和裂缝、而且层理性越强，裂缝部位越多的岩体遭受风化现象最为严重，本实验的试验结果在现场云冈石窟岩体风化特征得到了较好的印证，可见冻融作用是云冈石窟岩体风化作用中不可忽略的一个重要因素。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s11试样基本物理力学特性编号质量直径高度Fmax强度D1-1508.305010211056MpaD1-2490.405010135MpaD1-4491.645010330.9Mpa表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s12试件初始物理力学性能试件试样编号质量直径(mm)高度(mm)面积(mm2)最大负荷(KN)单向抗压强度(MPa)最大位移(mm)常规CL1-150048.251021828.45674.6208140.810831.555556冻融D1-1508.30501021963.495110.187756.118162.090909冻融D1-2490.40501011963.49561.2883431.21392.651515冻融D1-3490.90501011963.4959.1481254.6591021.080808冻融D1-4491.64501021963.49560.7345330.931841.555556根据上表中测得岩样在冻融循环影响的某些物理力学性质，通过D1-1、D1-2、D1-3、D1-4与CL1-1试样的比较，可以发现：1、在冻融影响下，D1-1试件最大负荷与CL1-1相比增大了不少，单向抗压强度也有所增加，同时位移量也增加。2、D1-2试样与CL1-1试样相比最大负荷有所减少，单项抗压强度也呈现减小趋势，但最大位移却增加了些许。3、D1-3试件与CL1-1试件相比单向抗压强度减少值最大，最大负荷也最小故而产生的位移量也最小。4、D1-4试件与CL1-1试件相比单向抗压强度减少了一些但不是太多，最大负荷减少了一些，最大位移量基本不变。从以上测得试样在冻融循环过程中的一些力学指标。通过D1-1、D1-2、D1-3、D1-4与CL1-1试样的比较，可以得出以下结论：试样的最大负荷、单向抗压强度、位移量随着冻融循环条件次数的增加基本呈现减小的趋势，这与试样在冻融循环作用下岩样内的结合水冻结，土中水向冻结区迁移集聚的结果。本章小结本章的主要工作是在辽宁工程技术大学借助吉林省长春试验机研究所金力试验技术有限公司研制的CSS-WAW系列电液伺服万能试验机完成的，通过对D1-1、D1-2、D1-3、D1-4与CL1-1试样的比较得出了试样在宏观上的表现：试样D1-1在常规冻融下进行的单轴压缩试验中表面变化不是很明显，只是在岩样的边缘四周有些许的颗粒发生脱落；岩样CL1-1在循环冻融开始前的照片，岩样的外表面平滑，颗粒未见脱落现象，并且没有发现明显的宏观破坏现象，只是岩样表面有一条人工加的凹槽，但并未引起岩样整体出现大的变化，岩样的冻融损伤是发生在该岩样的这条预制凹槽的周围，岩样表面的颗粒也开始脱落。试样D1-2是历经22次循环冻融以下时，冻融损伤沿断裂面开始扩展，并且形成了从顶部出现贯通到底部的通常裂缝，并且在裂缝处出现大量的颗粒脱落，并随着循环冻融次数的增加而逐渐加宽，裂纹已经接近完全贯通；从岩样D1-1、D1-2历经数次循环冻融后的破坏过程照片中可以明显看出试验岩样明显出现贯穿试件的长裂缝，岩样试件顶部出现有层次感的错落层面形成，并且有局部岩体滑落现象伴随出现大量的岩样内部颗粒物发生脱落，岩样呈现完全破坏的形态不适合继续承受单轴压缩仪器所施加的荷载。试样D1-4在在冻融循环条件下常规冻融循环加载、卸载进行的，可以发现岩样在实验过程中基本与D1-1、D1-2岩样所表现的破坏特征基本类似，只是在冻融循环结束后，将岩样防止一平面，有部分岩样从试件上脱落现象与D1-2相比并不是很明显，试样基本是从顶部到底部沿着一个斜平面断裂的，平放在一平面试件不会沿着形成的裂缝而分离为两个岩块，试件在经受冻融破坏后还会继续保证一定的稳定性。

三轴压缩实验试验概况本次三轴压缩实验ADDINCNKISM.Ref.{030D23EC1C454cffA0529B7AD2404624}[14]是在太原理工大学实验室完成的，实验所采取的试件是取自云冈石窟的岩体，经过济南海威尔仪器有限责任公司的钻芯取样机处理岩石后得到的岩石样品形状是两端不平整的圆柱体，还需要在姜堰市新宇机械制造厂的切割机上将经过钻芯取样机处理后的岩石样品切割成高度直径符合实验要求的两端平整的圆柱体的试件。三轴压缩试验是指有侧限压缩和剪力试验。使用的仪器为三轴剪力仪（亦称三轴压缩仪）。三轴剪力仪的核心部分是三轴压力室，并配备有轴压系统、侧压系统和孔隙水压力测读系统等。试验用的土样为圆柱形，其高度与直径之比为2〜2.5。试样用薄橡皮膜包裹，使土样的孔隙水与膜外液体（水）完全隔开。在给定的三轴压力室周围压力作用下，不断加大轴向附加压力，直至试样被剪破按莫尔强度理论计算剪破面上的法向应力与极限剪切应力。三轴剪切试验结果可以确定土壤的抗剪强度指标内摩擦角和黏结力。与直剪试验比较，三轴试样中的应力分布比较均匀，可供在复杂应力条件下研究土壤的抗剪强度特性。由于能准确测定土样孔隙水压力的变化，因此能定量获取土壤中有效应力的变化状况。但土样的制备工作比较烦琐，易受扰动。另外，常用的三轴剪切仪的实际中主应力等于小主应力，将其成果应用到平面变形或三向应力状态的研究中会有所不符。实验原理三轴试验采用圆柱形试样，可以对试样的空间三个坐标方向上施加压力。试验时先通过压力室内的有压液体，使试样在三个轴向受到相同的周围压力（其大小由压力计测定），并维持整个试验过程不变。然后通过活塞向试样施加垂直轴向压力，直到试样剪坏。若由活塞杆所施加的试样破坏时的压力强度为（偏应力），小主应力是周围压力，中主应力和相等。则由一个试样所得的和，可以绘制一个极限应力圆。对同一种土，另取几个试样，改变围压，试样剪坏时所加的轴压力也会改变，从而又可绘制另几个极限应力圆。这样，在不同周围压力下试验，就可得到一组（最少三个试样）极限应力圆。作这些应力圆的公切线，便是土的抗剪强度包线，由此包线可求得抗剪强度指标和c。本实验共采用了C-L-1、D-1和D-2的三组试样，其中D-1的加载为10Mpa、D-2的加载为5Mpa，用三轴压缩仪测得了D-1、D-2两组试样的在加载作用下的轴向位移和径向位移。下图为C-L-1、D-1和D-2的三组试样在试验机加载作用下的破坏形态：从上图中可以看出，C-L-1试样在冻融循环影响下受荷载的作用表现出岩块有数条裂缝的产生，并且随着加载作用的持续时间加强，岩样整体破坏从产生的裂缝处开始破坏，并且最终沿着裂缝分裂为数个小块，表面颗粒未见有明显脱落现象；D-1试样在冻融循环影响下受荷载作用表现出岩样形成了一条裂缝，并且沿着裂缝分裂为了两块，形成的断裂面比较平滑，断裂面也没有明显的颗粒脱落物；D-2试样在冻融循环影响下受荷载作用表现出一条斜裂缝，随着荷载的增加岩样沿着裂缝分裂为两个破裂岩体，所形成的断裂面层次不齐，无规则可寻，有些许细颗粒物脱落。实验所测得数据基本标准：试件长约100mm试件直径约50mm面积约0.0019625m^2Load的单位为KNStrain表示轴向位移，单位mmStrain2表示径向位移，单位mmMove表示压力机油缸的位移，单位mm轴向应力等于Load(单位KN）除以试件表面积（m^2)，单位最后统一为MPa轴向应变等于Strain量(mm)除以试件长度(mm)（在此以100mm计算）径向应变等于Strain量(mm)除以试件的半径(mm)（在此以25mm计算）轴向应变为压应变，用正值表示径向应变为拉应变，用负值表示实验数据表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s11试样D-1在10Mpa部分试验数据NoLoadMoveStrainStrain2Time00.0022730.0143240.0132230.000131010.0145520.0357530.014226-0.00210.3520.0209310.0643240.014909-0.000450.37530.0275740.0714670.017839-0.00220.440.0309260.0750390.0203120.0031180.52550.0355960.078610.0235020.0011259.87560.0419190.0821810.024123-0.0056310.770.0482820.0857530.024848-0.0055111.82580.0540710.0893240.025386-0.0013713.12590.0559740.0928960.027188-0.0031313.85100.058630.0964670.0278720.00072814.825110.0665950.1000390.030932-0.000116.25120.0740780.103610.031551-0.0004918.375130.0763290.1071810.032022-2.9E-0520.05140.0870410.1107530.034064-0.0004621.125150.0935560.1143240.036654-0.0060323160.1055870.1178960.037634-0.0038825.075170.1091110.1214670.0382-0.0074226.875180.1208280.1250390.039295-0.0048127.425190.1283290.128610.040217-0.0046429.9200.1379150.1321810.042001-0.0088732.325210.1386990.1357530.045083-0.0098833.85220.1459970.1393240.047131-0.0029835230.1571040.1428960.047453-0.0107137.1240.1633980.1464670.048719-0.0156339.55250.1699760.1500390.049102-0.0054641.35260.1798350.153610.050678-0.0069142.425270.1879220.1571810.052346-0.0060244.4280.1936390.1607530.055807-0.0075746.525290.2005190.1643240.058478-0.0033148.225300.2096920.1678960.0603-0.0040449.475310.2160410.1714670.063301-0.0052451.5320.2175330.1750390.064012-0.0029453.575330.2208420.178610.065395-0.0019855.475340.232260.1821810.068322-0.0028856.625350.2395360.1857530.071352-0.0079158.625360.2461930.1893240.073696-0.0015260.8370.2577640.1928960.075938-0.0010162.6380.260920.1964670.077315-0.000763.725390.2721770.2000390.080467-0.0025765.725400.2790550.203610.080940.00161568.05410.2881750.2071810.083309-0.0009469.8420.2966230.2107530.085519-0.0023770.95430.2983480.2143240.088262-0.0051372.975440.3103660.2178960.089763-0.0006775.075450.3156070.2214670.092244-0.0024976.875460.3165480.2250390.0949510.00238178470.317880.228610.096078-0.003479.875480.3298830.2321810.0981226.43E-0582.175490.3369240.2357530.101316-0.0023284.025500.3428970.2393240.1032-0.0009585.15510.3508590.2428960.104315-0.0027487.15520.3535530.2464670.106435-0.001689.4530.3621320.2500390.107635-0.0026291.1540.3651660.253610.1101050.00072192.275550.3729880.2571810.111581-0.0003994.35560.3848410.2607530.113294-0.0027996.525570.3938090.2643240.115639-0.0029898.275580.405780.2678960.118993-3.2E-0699.025590.4151890.2714670.120265-0.00949101.4600.4216720.2750390.123192-0.00188103.75610.4271870.278610.1257780.00397105.625620.4350680.2821810.128919-0.00101106.725630.438860.2857530.129097-0.00412108.675640.4443340.2893240.1302380.000394110.85650.4525470.2928960.132411-0.00179112.65660.4626980.2964670.133438-0.00195113.725670.4666370.3000390.1343120.000847115.725680.4747480.303610.1368690.00191117.825690.4809870.3071810.139137-0.00235119.025700.4829310.3107530.1411880.001501120.625710.4866970.3143240.1434530.003568123.05720.4879950.3178960.143640.005294125.9730.4987430.3214670.1448670.00055126.975740.5071250.3250380.146597-0.00304128.475750.5173330.328610.147424-0.00456129.425760.5290130.3321810.149723-0.00533130.975770.5367980.3357530.152523-0.00446133.925780.5431360.3393240.153613-0.00505135.65790.550.3428960.15605-0.00164136.9800.562190.3464670.156621-0.00335139.125810.5699290.3500390.159339-0.00072141.375820.5804480.353610.160076-0.00135143.15830.58650.3571810.162149-0.00861144.2840.5867460.3607530.163331-0.00372146.175850.5897570.3643240.1658880.001961148.325860.5965470.3678960.1674720.000351150.2870.5978010.3714670.169314-0.00037151.275880.6036570.3750390.172186-0.00504153.275890.6058110.378610.173434-0.00122155.325900.6098280.3821810.175036-0.00075157910.6111910.3857530.1781180.004333158.175920.6164780.3893240.1782580.000549160.45930.6253540.3928960.181528-8.4E-05163.3940.6348310.3964670.1822750.002246165.1950.6462770.4000390.1844330.000491165.625960.6556220.403610.1863370.004958167.15970.6597270.4071810.1886850.000294169.325980.6655980.4107530.1900675.77E-05171.275990.6700860.4143240.1921930.003112172.41000.6747450.4178960.1949120.001954174.5751010.680150.4214670.195108-0.0002176.8251020.6860990.4250390.195557-0.00395178.71030.686330.428610.1988570.001452179.851040.6904870.4321810.200997-0.00036181.8251050.6919230.4357530.2019850.001852184.0251060.694760.4393240.2032750.001822185.851070.6975320.4428960.203815-0.00225186.9251080.7034090.4464670.204790.002274188.951090.7115290.4500380.2059030.003038191.1751100.7165280.453610.2070860.0007351931110.7232190.4571810.2078790.000152194.0751120.7302090.4607530.209106-0.00656196.1251130.7397870.4643240.2095680.001532198.31140.7450880.4678960.2126310.001206200.2251150.7592650.4714670.2130920.00245201.3251160.7927550.4750390.216149-0.00168203.351170.8517610.478610.217585-0.00084205.5251180.9258140.4821810.217817-0.00141207.3251190.9966820.4857530.2189760.001461208.3751201.0387880.4893240.221353-0.00225210.4251211.1051810.4928960.224038-0.00351213.51221.3208390.4964670.226026-0.00407214.0751231.3319960.5000390.2284620.002942215.61241.3476050.503610.231479-0.00213217.71251.4511940.5071810.231980.000427219.61261.5037190.5107530.2332590.004592220.71271.5534090.5143240.2336330.003259222.8251281.6161920.5178960.2345080.003731225.051291.6819320.5214670.2368820.002289226.8751301.783290.5250390.2394060.007299227.1251311.8801240.528610.2421730.005561229.7251321.9027370.5321810.2441170.00939232.41332.0213630.5357530.2444580.002772234.31342.1315540.5393240.2473940.00738235.3751352.1771470.5428960.250231-0.00182237.3251362.2634830.5464670.2512660.003533239.4751372.3586860.5500380.2531070.002325241.2751382.4505080.553610.2564550.004438242.2251392.4879620.5571810.2588440.00274244.351402.5190930.5607530.261666-0.00012246.61412.6262270.5643240.2632420.007637248.41422.7375330.5678960.2647280.005347249.451432.7471530.5714670.2666210.005161251.4751442.8007020.5750390.2677860.002158253.71452.9359360.578610.2703330.001822255.51463.0204150.5821810.2722240.005169256.4751473.0749340.5857530.274565-0.0001258.61483.1447060.5893240.2757830.005968260.851493.2526410.5928960.2763980.005048262.651503.3411930.5964670.2781640.00785263.751513.3673790.6000390.2793040.002835265.751523.4525940.603610.2820240.005405267.951533.5872010.6071810.2845050.006558269.81543.7034740.6107530.2866170.005273270.851553.7350780.6143240.2870970.009053272.8751563.7805190.6178960.2873230.007899275.0751573.8831770.6214670.2890810.00908276.8751583.9787540.6250380.2903110.007036277.9751594.0139860.628610.2934140.006459279.9751604.0401790.6321810.2965390.009484282.21614.0954950.6357530.297520.007686284.051624.1658930.6393240.3000490.004156285.1251634.1585480.6428960.3029270.004917287.1751644.2134890.6464670.3049560.010226290.151654.413720.6500390.3078810.010848290.751664.4294510.653610.3109570.008467292.41674.4750210.6571810.3128260.004194294.51684.5796210.6607530.3152190.003345296.41694.6417460.6643240.3172180.006626297.551704.6465910.6678960.3176310.001052299.6251714.6893220.6714670.3192710.00376301.851724.7583330.6750380.3214180.005478303.51734.8693530.678610.3232430.002883304.6751744.9070090.6821810.3245380.003179306.9751754.9488340.6857530.32760.004603309.21765.0626970.6893240.330342-0.00259310.9751775.1982150.6928960.3332520.002925311.9751785.2323280.6964670.33454-0.00165314.0251795.3190710.7000390.3366090.000293316.1751805.4474890.703610.339630.001968318.0751815.569670.7071810.3425960.004211319.1251825.6122250.7107530.344750.006551321.11835.7140840.7143240.3457160.005128323.051845.841390.7178960.3480930.004649324.71855.9748880.7214670.348403-0.00083261865.9930110.7250390.3497730.007588328.351876.05680.728610.3521440.010176330.61886.199080.7321810.3553390.009561332.451896.3087630.7357530.3580050.01119333.451906.3343260.7393240.359645-0.00044335.4751916.4142950.7428960.3621080.008072337.751926.5447060.7464670.3635020.007889339.51936.6584330.7500380.3668810.005662340.5251946.7241240.753610.3699940.003567342.3251956.8125990.7571810.3729290.005837344.5751966.9462720.7607530.3743160.001206346.5751977.1024110.7643240.3757790.007056347.651987.1777180.7678960.3767070.003875349.751997.2853650.7714670.3794060.0035352.7752007.6064820.7750390.3824950.005635353.375通过对上面表中的数据进行处理后，得到轴向应力与轴向应变、轴向应力与径向应变的关系曲线，图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s11试样D-1轴向应力-轴向应变图图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s12试样D-1轴向应力-径向应变图从上面曲线中可以明显看出：岩样的最大轴向应变值为93,、最大径向位移为92，趋势线中黑色图线所示，岩石的轴向压力与轴向应变曲线图中有上升段和下降段，根据岩石力学的基本知识，可以知道，岩石的变形可以分为塑性变形和弹性变形两个阶段，但是岩石的破坏主要是与塑性破坏有关的，岩样D-1的加载情况为10Mpa，岩样刚被加载后，首先发生的是弹性变形，岩样内部材料在荷载作用下还未达到屈服强度，在图表上轴向压力轴向应变的曲线呈现上升趋势，施加给岩样的荷载主要是将岩样的矿物颗粒挤压致使岩样内部孔隙逐渐变小，还有水分排出，孔隙率减小，力学性能改善，宏观表现为承载能力大幅提高。荷载逐渐由岩样组成部分与内部孔隙等承担转变为主要由固体颗粒物来承担，岩样在宏观上表现就是表面开始出现裂纹并伴随有细颗粒物的脱落。在荷载的继续作用下，随着轴向应力的继续增加，岩样的轴向应变和径向应变也继续增加，曲线呈上升的趋势，当所受荷载达到一定值时，轴向应变和径向应变均产生了峰值即岩样的轴向应变和径向应变达到了最大数值，轴向应变和径向应变值不再随着施加荷载的增大而增大，也就是岩样的弹性变形阶段已经结束，经过这个拐点就转变为了塑性变形阶段，可以看出，越过拐点后，轴向应变与径向应变值随着施加荷载的增加开始呈现下降趋势，这时岩样主要是通过其内部组成的矿物颗粒来承担沿前期形成的裂缝开始分裂成两个部分。岩石变形可分为弹性变形和塑性变形，但是破坏与塑性变形有关。当岩石进入塑性变形时，岩石内部微裂纹开始发展和扩张，就会出现不可逆损伤。根据图像推出以下关系式：轴向应力与轴向应变拟合函数：y=381592x2+2448.3x-6.761轴向应力与径向应变拟合函数：y=-2E+06x2-26598x+2.2769表STYLEREF1\s4SEQ