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材料在變形過(guò)程中溫度變化規(guī)律的研究

一 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br />1、了解巖石巖石試件的力學(xué)性能。
2、掌握測(cè)試試件的方案設(shè)計(jì)方法。
3、了解巖石試件在變形破壞過(guò)程中的應(yīng)力變化規(guī)律。
4、研究巖石試件在變形破壞過(guò)程中的應(yīng)力變化與溫度變化的關(guān)系。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與裝置
壓力試驗(yàn)機(jī)、紅外熱像儀、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、壓力傳感器、位移傳感器
三、實(shí)驗(yàn)原理
巖石試件在單軸壓縮荷載作用下產(chǎn)生變形的全過(guò)程可由圖1所示的全應(yīng)力應(yīng)變曲線表示

從圖中可以看到，全程應(yīng)力－應(yīng)變曲線可以為四個(gè)階段：（1）OA階段，曲線稍向上凹；（2）AB階段，近似直線；（3）BC階段，曲線上凹；（4）CD階段，曲線下降。
OA段是由于巖石內(nèi)部的裂隙，孔隙等缺陷隨著外載的增加而密實(shí)的結(jié)果。該段曲線向上彎說(shuō)明隨著變形的增加產(chǎn)生同樣大小的應(yīng)變，所需要的壓力偏大。這是由于試件中的孔隙、裂隙逐步緊閉合所產(chǎn)生的現(xiàn)象。
AB段近似直線，其斜率為彈性模量E，主要是由于巖石固體骨架彈性變形的結(jié)果。在OABAB區(qū)內(nèi)，如果卸載，變形恢復(fù)，試件唱彈性性質(zhì)。此時(shí)巖石微裂紋開始發(fā)生隨機(jī)分布，裂紋產(chǎn)生后立即停止，裂紋有均勻分布的趨勢(shì)。裂紋發(fā)生與閉會(huì)的幾率幾乎相等。故產(chǎn)生同樣大小應(yīng)變所需應(yīng)力接近常數(shù)。B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值*是彈性變形的應(yīng)力極限，超過(guò)B點(diǎn)之后，巖石試件發(fā)生塑性變形，因此*稱為彈性極限或屈服極限。
BC段是巖石試件超過(guò)彈性極限*后繼續(xù)加載的結(jié)果。曲線的*高點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值稱為抗壓強(qiáng)度*，它表示巖石試件所承受的*大壓應(yīng)力，也稱破壞強(qiáng)度。
CD段為巖石試件失穩(wěn)破壞階段，即所謂的應(yīng)變軟化階段。在C點(diǎn)附近，巖石試件已形成宏觀破壞面，若試驗(yàn)求繼續(xù)施加很小的載荷。試件的承載能力迅速下降，甚至為零。
綜上所述，巖石試件的變形破壞過(guò)程是以裂紋發(fā)**展為主導(dǎo)的過(guò)程。經(jīng)歷了裂紋的壓密、發(fā)**展、密集并合成宏觀裂紋發(fā)展四個(gè)階段。對(duì)應(yīng)與非線性彈性變形，線性彈性變形、應(yīng)變硬化及應(yīng)變軟化四個(gè)變形區(qū)域。
巖石材料是含夾雜、孔洞、裂隙和微結(jié)構(gòu)面的各個(gè)異性非連續(xù)介質(zhì)和復(fù)雜的流變體結(jié)構(gòu)。采用位錯(cuò)理論來(lái)描述巖石變形的微觀性狀。研究其裂紋擴(kuò)展和力學(xué)持性與材料的微觀結(jié)構(gòu)。受力狀態(tài)與環(huán)境密切相關(guān)。在不同壓力作下，巖石試件宏觀的變形包括：初始的壓實(shí)、近線性彈性變形、初始應(yīng)變硬化、應(yīng)變軟化、膨脹和局部弱化。這些特征主要來(lái)自與巖石微結(jié)構(gòu)在應(yīng)力狀態(tài)下的演化。原有裂紋的成核和擴(kuò)展視為巖石變形和失效的主要機(jī)理。在外載荷作用下，巖石內(nèi)部微缺陷的成核、擴(kuò)展以及這一過(guò)程中的時(shí)間和溫度決定了巖石變形的特征。隨著外載荷的增加，初始缺陷的次生裂紋及其風(fēng)開導(dǎo)致非彈性體積增加、膨脹、擴(kuò)展、*終導(dǎo)致巖石材料的失效。極大地影響了應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和巖石的力學(xué)性質(zhì)。
在加載過(guò)程中巖石試件在應(yīng)力作用下，產(chǎn)生彈性和塑性變形，變形過(guò)程中積累的機(jī)械能必然要轉(zhuǎn)化成其他形式的能量。如微振紋擴(kuò)展時(shí)在裂尖產(chǎn)生的熱能，試件內(nèi)部微裂隙、顆粒間的摩擦以及試件局部破壞時(shí)其碎塊間的摩擦而釋放的熱能等，這些熱能在試件內(nèi)部傳導(dǎo)時(shí)與周圍環(huán)境進(jìn)行熱交換時(shí)引起試件內(nèi)部溫度和表面溫度變化。根據(jù)斯蒂芬—波爾茲曼定律：