146 北京科技大学学报 第31卷 2E。2F4d2 大误差，将相邻两点绝对位移的绝对值作差，即得到 一元dr,=xdH4-,=0(5) 相邻两点位移的代数值△L:·从图中看到，实验曲 从式(5)可以看出，试件在x和y方向分别受 线下部图形由若干个梯形组成梯形的上下底为上 拉，受压，在这种双向应力共同作用下试件产生破 述相邻两点的荷载值F:、F+1,将所有梯形面积相 坏，而非真正意义上的拉伸破坏，当点处于圆盘中 加就可以得到全部面积值，该值即为试件破坏能量 心，a=β=0，l1=12=d/2,x=y=0,即点0,0) 耗散这样负位移产生的影响就得以消除，可用 的应力状态为： Exceli计算函数或自编软件计算出实验数据，计算过 6,=-4-品w=0 (6) 程见下式： 由式(6)可以看出，拉应力数值仅为压应力的 W- 2(F+Ft)(+1-)十△Q= 1/3.由于岩石、混凝土等岩土材料的抗拉强度远小 于抗压强度，并且破坏面与拉应力作用方向垂直，因 此一般认为拉应力对破坏起到主导作用，其抗拉强 会E+a+△Q (9) 度为： 、局部放大 2F 0x= πdH (7) 2.2劈拉实验 通过实验测得荷载一位移全曲线见图3.从图 可以看出，试件在达到峰值荷载前加载点荷载与位 F 移大致上呈线性关系，荷载到达峰值后，试件破损， 裂纹急剧扩展，随即试件丧失承载能力，表现出脆性 断裂.根据测得的荷载一位移全曲线计算得出试件 加荷点位移mm 破坏过程所消耗的能量W,计算方法是：将实验曲 线与横坐标所包络平面图形的面积计算出，该面积 图4劈拉荷载位移全曲线局部放大 值即为试验机对试件所作的功，也就是试件破坏过 Fig.4 Part magnification of a split ting tensile load-displacement full 程所消耗的能量W.该面积可通过数值积分计算， curve 见下式： 由于充填体抗拉强度小，不足以使刚性试验机 W=Fdl+△Q (8) 产生弹性形变，并且试验机加载缓慢，实验开始直至 试件断裂后无碎块飞出和明显响声发出现象，也无 式中，F为荷载I为受荷点位移，△Q为转化能. 明显温差变化，所以可认为试验机提供的能量基本 1.2r 上没有转换成动能、热能和声能，即式(8)和(9)中 0.9 △Q≈0.劈拉试样破坏后断裂面基本平整，试验机 0.6 提供的能量完全用于形成新的断裂面.为方便计 1:4 算，将断裂面当作一个规整平面，以单位断裂面积上 16 0.3 1:8 的能量耗散作为试件破坏的能量耗散指标.除此之 A1:10 1:5 外，文中还计算了单位体积和单位质量能量耗散作 0.5 10 1.5 2.0 位移/mm 为试件破坏的能量耗散指标.实验中EL(115)、 DL(110)、CL(18)、BL(16)和AL(14)试件分别 图3劈拉荷载位移全曲线 为7,10,9,6和12个.限于篇幅文中不对每一试 Fig 3 Split ting tensile load displacement full curves of backfill 件的测试值列举，而将各组测试结果的平均值计算 实验中发现，将实验曲线放大若干倍后，可以看 出，如表1所示 到曲线极不光滑，如图4所示.虽然曲线沿一条主 3劈裂破坏能量耗散分析 干线路行进但其各个数据采样点之间跌宕交错. 检查保存的实验数据后看到，采样点的位移有时甚 从表1各配比实验数据平均值可看到，随着水 至为负值.为避免将负位移面积重复计入而造成较 泥含量（配比）的增加，单位面积破坏的能量耗散逐σx =- 2F πdH , σy = 2F πdH 4 d 2 d 2 -4y 2 -1 , τxy =0 ( 5) 从式( 5)可以看出, 试件在 x 和y 方向分别受 拉、受压, 在这种双向应力共同作用下试件产生破 坏, 而非真正意义上的拉伸破坏 .当点处于圆盘中 心, α=β =0, l 1 =l 2 =d/2, x =y =0, 即点 μ( 0, 0) 的应力状态为: σx =- 2F πdH , σy = 6F πdH , τxy =0 ( 6) 由式( 6) 可以看出, 拉应力数值仅为压应力的 1/3 .由于岩石 、混凝土等岩土材料的抗拉强度远小 于抗压强度, 并且破坏面与拉应力作用方向垂直, 因 此一般认为拉应力对破坏起到主导作用, 其抗拉强 度为 : σx = 2F πdH ( 7) 2.2 劈拉实验 通过实验测得荷载-位移全曲线, 见图 3 .从图 可以看出, 试件在达到峰值荷载前加载点荷载与位 移大致上呈线性关系, 荷载到达峰值后, 试件破损, 裂纹急剧扩展, 随即试件丧失承载能力, 表现出脆性 断裂 .根据测得的荷载 -位移全曲线计算得出试件 破坏过程所消耗的能量 W, 计算方法是 :将实验曲 线与横坐标所包络平面图形的面积计算出, 该面积 值即为试验机对试件所作的功, 也就是试件破坏过 程所消耗的能量 W .该面积可通过数值积分计算, 见下式: W =∫F dl +ΔQ ( 8) 式中, F 为荷载, l 为受荷点位移, ΔQ 为转化能. 图 3 劈拉荷载-位移全曲线 Fig.3 Splitting tensile load-displacement full curves of backfill 实验中发现, 将实验曲线放大若干倍后, 可以看 到曲线极不光滑, 如图 4 所示 .虽然曲线沿一条主 干线路行进, 但其各个数据采样点之间跌宕交错 . 检查保存的实验数据后看到, 采样点的位移有时甚 至为负值 .为避免将负位移面积重复计入而造成较 大误差, 将相邻两点绝对位移的绝对值作差, 即得到 相邻两点位移的代数值 ΔLi .从图中看到, 实验曲 线下部图形由若干个梯形组成, 梯形的上下底为上 述相邻两点的荷载值 Fi 、F i+1, 将所有梯形面积相 加就可以得到全部面积值, 该值即为试件破坏能量 耗散, 这样负位移产生的影响就得以消除, 可用 Excel计算函数或自编软件计算出实验数据, 计算过 程见下式: W = ∑ n i =1 1 2 ( Fi +Fi+1)( li +1 -li) +ΔQ = ∑ n i =1 1 2 (F i +Fi+1) Δli +ΔQ ( 9) 图 4 劈拉荷载-位移全曲线局部放大 Fig.4 Part magnification of a splitting tensile load-displacement full cu rve 由于充填体抗拉强度小, 不足以使刚性试验机 产生弹性形变, 并且试验机加载缓慢, 实验开始直至 试件断裂后无碎块飞出和明显响声发出现象, 也无 明显温差变化, 所以可认为试验机提供的能量基本 上没有转换成动能、热能和声能, 即式( 8) 和( 9) 中 ΔQ ≈0 .劈拉试样破坏后断裂面基本平整, 试验机 提供的能量完全用于形成新的断裂面 .为方便计 算, 将断裂面当作一个规整平面, 以单位断裂面积上 的能量耗散作为试件破坏的能量耗散指标 .除此之 外, 文中还计算了单位体积和单位质量能量耗散作 为试件破坏的能量耗散指标 .实验中 EL( 1∶15) 、 DL( 1∶10) 、CL( 1∶8) 、BL( 1∶6)和 AL( 1∶4)试件分别 为 7, 10, 9, 6 和 12 个 .限于篇幅, 文中不对每一试 件的测试值列举, 而将各组测试结果的平均值计算 出, 如表 1 所示. 3 劈裂破坏能量耗散分析 从表 1 各配比实验数据平均值可看到, 随着水 泥含量( 配比)的增加, 单位面积破坏的能量耗散逐 · 146 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷