岩石應變的測量方法有哪些

『壹』 工程上需要測定岩石的抗剪強度主要有哪幾種

工程上測定岩石的抗剪強度方法：
一、抗剪強度是岩石在外力作用下達到破壞時的極限剪應力。抗剪強度試驗方法包括室內試驗和現場試驗兩類。
二、室內試驗：室內抗剪強度試驗常用的方法有直接剪力試驗、 扭轉試驗和三軸試驗三種。
1、直接剪力試驗：這種試驗特別適用於岩石結構面和軟弱夾層抗剪強度的測定，裝置如圖2a。取一組試件分別在不同的正應力下進行試驗，試驗結果如圖2b。圖中C稱為岩石的凝聚力,ф 稱為岩石的內摩擦角。
2、扭轉試驗：將圓柱狀試件或兩端為方形的柱狀試件夾緊在扭轉試驗機上，施加扭力，最大剪應力發生在試件最外圈。
3、三軸試驗：三軸試驗方法包括軸對稱應力狀態的普通三軸試驗、真三軸試驗、空心圓筒的壓縮或扭轉三軸試驗。三軸試驗需要一套專用載入裝置、三軸壓力室、穩壓裝置和變形測量設備。為了測定岩石應力達到峰值以後的應力與應變關系，必須採用伺服控制剛性壓力機。現代岩石力學已逐步向地學領域發展。地殼岩石常處於高溫高壓狀態，因而發展出高溫高壓三軸試驗。目前國際上進行的高溫高壓三軸試驗，側壓可達數萬巴（1巴=105帕），溫度高達1000℃。隨著圍壓的增大，岩石的強度增加並由脆性向韌性轉化。
三、現場試驗：現場岩體抗剪強度試驗一般在平洞中進行，通常分為直剪試驗和三軸試驗。直剪試驗較多用於軟弱岩石、結構面或軟弱夾層。這兩種試驗的方法與室內的試驗方法大體相同。
1、現場岩體直剪試驗：試件受剪面積一般不小於2500平方厘米。國際上最大的試驗面積達100平方米。 這種試驗較多用於軟弱岩石結構面或軟弱岩層。
2、現場岩體三軸試驗：試件多為稜柱體，試驗方法與室內三軸試驗大體相同。

『貳』 岩石單軸壓縮變形試驗有哪些方法

(1)電阻應變儀法
按規定選擇、粘貼電阻應變片。按電阻應變儀操作說明書進行操作，反復預壓2～3次，壓力為岩石極限強度的15％，按規定的載入方法和荷載等級，以0.5～1.0MPa/s的速度逐級載入，井讀取應變值，直至試件破壞。
(2)干分表法
千分表可直接安裝在試件上測量縱橫向變形，也可採用磁性表架，橫向和縱向測表應安裝在試件直徑的對稱軸上，試驗同電阻應變儀法。

『叄』 岩石中的波及其速度測量

1.彈性波與波速

均勻岩石中可能產生兩類彈性波，一類是縱波，也稱P波，其質點運動方向與波傳播方向平行。縱波在岩石中傳播速度是

圖3－14 高壓聲速測量樣品室

『肆』 岩石有限應變測量

斷裂帶岩石有限應變測量對了解岩石的應變歷史和變形機制，弄清斷裂帶變形強度、空間變化、主應變大小和方向及其變形方式與途徑都是十分重要和行之有效的方法。

漫長的構造演化在斷裂中留下了不同期次、不同層次的構造形跡。早期塑性變形形成的各種構造形跡沿斷裂走向構成線狀展布的塑變帶，主要塑性變形構造表象有：砂粒和礦物壓扁拉長、流劈理、糜棱岩條帶等，這些都為應變測量提供了標志物。限於野外地質條件，作者僅在普通岩石薄片尺度上對斷裂通過的黑雲母花崗岩及斑狀花崗閃長岩中石英顆粒進行了應變測量工作，考慮到不同岩性段、不同構造層和不同構造部位岩石有限應變特徵的差異，沿斷裂的走向和垂向系統採集樣品，並盡可能使采樣點分布在斷裂的同一構造部位。同時，為對斷裂應變的空間變化有一總體認識，選取北東向斷裂之一的焦家斷裂帶為代表，對其配套的不同級別的斷裂構造系統測量分析，對認識膠東西北部地區主要控礦構造有著觸類旁通的效果。

所采標本的定向面均為與斷裂面一致的片理面、次級斷層面和節理面，即最大壓扁面。據變形顯微構造和宏觀變形分析，將構造面定為ab面。測量分別在ac面和bc面上進行，為保證精度，測量顆粒數目一般為100個左右。測出a、b、c軸長度並分別取平均值，求出軸比和付林指數，如表2-1表示。

表2-1斷裂帶石英顆粒應變測量值

根據岩石有限應變測量結果，作者對斷裂帶有以下幾點認識：

1.據付林圖解分析，構造變形類型主要反映為壓縮應變，表明在剪切流動過程中的壓扁作用較強，與野外觀察結果一致（圖2-13）。

圖2-13斷裂帶應變測量付林圖解

·代表焦家斷裂投點；▲代表望兒山斷裂投點；●代表候家斷裂投點

圖2-14垂直斷裂走向變形強度變化曲線

2.隨焦家-河西-河東不同級別斷裂帶的空間位置變化，反映在付林圖解上的K值增大，說明壓扁作用程度的減弱，而剪切流動變形的增強，反映斷裂的多期活動以及韌脆性變形環境的演變。

3.沿斷裂帶走向應變程度自北東向南西方向逐漸增強，垂直斷裂走向隨距主斷裂面由近至遠，應變程度逐漸減弱，這與前述的招平斷裂南北構造岩的差異所反映的結果一致（圖2-14、15）。

圖2-15沿斷裂走向變形強度變化曲線

A-A′招平斷裂帶B-B′焦家斷裂帶C-C′望兒山－河東斷裂帶

『伍』 現代構造應力場的測量方法

(一)震源機制

地震主要是急劇斷層運動的結果。由於地震震源斷裂剪切運動必定造成質點初次運動的四象限分布，因此，在震中四周不同方向上分布的地震台所接收到的同一次地震波的初動方向也是四象限分布。如圖3－32所示，標有力偶的大圓為震源斷層面，另一大圓為節理面，兩者相互垂直。兩對頂象限的地震台所收到的地震波初動為負，另外兩對頂象限為正。這樣很容易在赤平投影圖上求出σ₁、σ₂、σ₃的空間方位。

(二)壓裂

在油氣田開發中，為了改善儲層中孔滲條件、增加產量，常採用壓裂的方法，即向目的層注入高壓流體，使岩石破裂。在地應力值低於岩石的強度時，岩石不發生破裂。但岩石中孔隙液壓增加，從而降低岩石的強度，在同樣的地應力作用下，岩石就可能破裂。通過測井資料和油藏的動態分析，可求得岩石破裂面的產狀，進而求得自然狀態下主應力σ₁、σ₂、σ₃的方位。利用注入液體的壓力變化特徵，還可求出主應力σ₁、σ₂、σ₃的數值。

(三)應力解除法

在鑽孔底部的岩石上安放應變元件，打鑽使鑽孔中帶有應變元件裝置的岩石與周圍岩石孤立開來。這實際上是減去一切構造應力的作用，岩石必定發生變形的恢復。這可由應變元件記錄下來。這樣，被減去的應力，即被解除的應力也可以計算出來。這個被解除的應力就是自然的構造應力。適當地安放應變元件，可以計算出鑽孔底部平面上的最大和最小主應力方向和數值。但這種方法只能在約100m深的鑽孔中進行，所以它只能了解地表淺層的應力狀態。

(四)地形變測量

受構造應力的作用，地面也在發生應變，即地面的形變，簡稱地形變。設置適當的觀測基線和觀測網，定期重復測量，從地形變可以計算出構造應力場主軸的方位。

對於古構造應力場和現代構造應力場還可以進行物理模擬、數學模擬以及理論計算，以驗證自然界中所測得的構造應力場和解釋所存在的構造，並預測在自然界中可能存在的應力場和構造形態。

圖3－32 地震波初動的四象限分布空圈表示初動向下為負;實點表示初動向上為正

『陸』 岩石變形的試驗研究

可在室內和野外進行試驗和監測。室內試驗一般用單向壓縮或三向壓縮的方法進行。往往與岩石強度試驗一起進行。野外試驗有多種方法，如承壓板法、水壓法、 鑽孔膨脹計法等。 各種方法的實質都是：在不同條件下,向岩石載入,然後測定相應的變形和變形隨時間的變化,即可獲得應力-應變關系或應力-應變-時間關系曲線以及相應的變形參量。無論在室內或野外，還可以用動力法，即通過測定地震波或聲波在岩石中的傳播速度來換算彈性常數。對於各向異性岩體和破碎岩體可用聲波法探測其結構。
對於工程岩體，通常在建築物地基、地下工程圍岩以及邊坡內埋置各類儀器，對岩石的變形進行長期觀測和監控。對於地殼岩體可用遙感和大地測量的方法，研究其變形規律。

『柒』 韌性剪切帶的應變分析和測量

韌性剪切帶內的各種變形構造和變形現象均是應力作用下各類應變的結果，變形構造和應變類型、應變大小之間存在著某種內在聯系，因此，對韌性剪切帶內變形構造和變形現象的觀察和測量是應變分析的基礎。

(一)應變分析和測量的依據和方法

應變分析和測量的基礎是有關的應變理論，尤其是應變橢球的概念和理論。按照現代應變理論，在應力作用下，未變形的圓球體在經過均勻變形後變為三軸應變橢球，應變橢球中三個應變主軸λ₁、λ₂、λ₃的長度(或直徑)和應變橢球的形態與應變大小和應變類型有關，同時應變橢球中不同方向物質的變形特徵和應變大小也不相同，以此類推，變形地質體中不同切面的應變特徵和構造現象也有明顯的差異。因此，對變形構造的觀察和應變分析需要通過對不同切面的觀察和測量進行，而包含λ₁、λ₂、λ₃這三個應變主軸中任意兩個應變主軸的三個應變主平面(λ₁λ₂、λ₁λ₃、λ₂λ₃)上應變特徵和構造現象最典型，在進行應變分析和構造觀測時通常選擇這三個面進行。

所以，不論是在露頭上還是手標本上，或者顯微鏡下，進行變形構造觀察和應變測量時，首要的工作就是確定應變軸(或運動軸)和應變主平面，而這些工作也是運動學分析首先要做的內容。目前，普遍用X、Y、Z作為應變軸(或運動軸)，分別對應於應變橢球的λ₁、λ₂、λ₃，岩石中的葉理面代表XY面，X軸平行於葉理面上的拉伸線理，垂直葉理面的方向為Z軸(圖10-34)。

圖10-34 拉伸線理在不同切面的形態特徵及應變軸(運動軸)的確定

(二)應變分析和測量的方法

應變分析和測量分相對應變的觀察和應變大小的測量。相對應變分析是根據變形構造的特徵確定剪切帶不同部位應變的相對大小，許多構造現象都有助於相對應變分析，如糜棱岩的類型、葉理的密集程度、褶皺的緊閉程度和置換強度等，當然，這需要對韌性剪切帶進行系統的橫向觀察。應變大小的測量也需要各個切面上變形構造和應變標志及應變與變形構造之間的內在聯系來確定。Ramsay et al.(1970，1984)總結出各種應變測量方法。

1.均勻應變的Flinn圖解

應變分析理論表明，應變橢球中三個應變主軸的長度(或直徑)和應變橢球的形態與應變大小和應變類型有關。根據這一原理，在變形岩石中選擇原始形態為近等軸狀或不規則狀，變形後形成類似應變橢球那樣的標志物，如長英質岩石中的石英、礫岩中的礫石、侵入岩中的包體等，在XZ和YZ或XY和XZ切面上測量X、Y、Z三個應變主軸的長度x、y、z。並分別求出：

a=x/y=(1+e_x)/(1+e_y)和b=y/z=(1+e_y)/(1+e_z)

並以a、b為坐標作圖，不同形態的應變橢球用K值來區別：

K=(a-1)/(b-1)

或用統計的方法(如Robin法)求出軸率K：

構造地質學(第二版)

式中：a_i、c_i為與應變軸平行的變形體的長短軸；n為測量數目。各種應變狀態可以描述如下：

① 軸對稱延長：K=∞；②收縮應變(長橢球)：1＜K＜∞；③平面應變(體積不變)：K=1；④壓扁應變(扁橢球)：0＜K＜1；⑤軸對稱壓扁：K=0。

這種方式，只用參數K值就能描述應變橢球的形態，通過K值是大於1還是小於1，就能直接區分出是收縮應變還是壓扁應變。

圖10-35 A中是假定體積不變而編制的，由於體積變化Δ=0 時，K=1 的直線才唯一通過原點。當Δ≠0時，則有1+Δ=(1+e_x)(1+e_z)=a/b(因為K=1時應變橢球的(1+e_y)=1)，所以：a=b(1+Δ)。

圖10-35 應變Flinn圖解

(據Park，1983)

(1)用K=(a-1)/(b-1)值描述不同的應變橢球體；

(2)如果體積不是衡量，則以線a=b(1+Δ)劃分收縮應變區與壓扁應變區，圖1035 B中實線表示體積縮小20%的效應。

2.利用Sm與Sc的銳角關系求剪應變

Sm與Sc之間的銳角關系，即剪切帶內糜棱葉理與剪切葉理或剪切帶邊界面之間的銳角(θ)關系。通常情況下，糜棱葉理(Sm)在剪切帶中呈「S」分布，而剪切葉理與剪切帶邊界平行，二者之間的夾角在剪切帶邊界處一般為45°，向剪切帶中心應變增強，夾角變小(圖10-23)，因此，根據橫過剪切帶的不同部位測得的夾角θ，通過公式：γ=2/tan2θ，可以求得剪切帶不同部位的剪應變。需要注意的是，θ是在XZ切面測量的。

3.以先期標志面的產狀求剪應變

先期構造面(包括層面、片麻理、岩牆和岩脈等)在剪切變形過程中，一般表現為被動旋轉，隨著遞進變形的持續發生，在XZ面上其跡線與剪切方向之間的夾角發生遞進變化。

如果原始狀態的先期構造面與剪切方向垂直，則可利用角剪切求剪切應變γ。先將剪切帶以間隔a劃分許多段，在每個間隔中作變形標志面切線，切線與原始狀態的先存標志面之間的夾角就是角剪切(φ)，然後利用公式：γ=tanφ，求出各個間隔的剪切應變值(圖10-36)。

如果原始狀態的先期構造面與剪切方向不垂直，與剪切方向的原始夾角為a，變形後的夾角變為a′，則可利用它們之間的幾何關系，可以求得剪應變γ(圖10-37)，其中：

cota′=cota+γ

圖10-36 角剪切求剪應變

(據Hudlesfon，1983)

圖10-37 剪切變形過程中先存構造面的旋轉

(據Hudlesfon，1983)

圖10-38說明這種函數曲線關系，圖中包括了各種原始夾角a的先存標志面在剪切過程中隨著剪切應變的增加a′逐漸變化的曲線，只要測得最終a′的大小，就可依據這些曲線求得剪切應變數γ。

用脆-韌性條件下張裂隙的演化求剪切應變則是其中的一例。

在此情況下，初始剪切變形在脆-韌性剪切帶中形成一組雁行狀排列的張裂隙，這些張裂隙與剪切(位移)方向之間的初始夾角呈a角(初始階段為135°)(圖10-39A)，隨著遞進變形的發生，這些張裂隙被剪切位移改造而發生旋轉，導致與剪切(位移)方向之間的夾角a′變小，同時，脆-韌性剪切帶向兩側擴展、變寬，這些張裂隙也沿其尖端向兩側擴展，擴展部分的裂隙與剪切(位移)方向之間的夾角a仍為135°，從而導致旋轉地張裂隙和擴展的尖端部分構成「S」，在這一過程中，將有新的張裂隙形成(圖10-39 B)。而遞進變形的進一步發生，又會重復上述過程(圖10-39 C)。因此，如果測得初始張裂隙與剪切(位移)方向之間的夾角a′，則可以利用cota′=cota+γ的函數關系或圖10-38中的a=135°曲線求得初始裂隙形成後的剪切應變數γ。

圖10-38 簡單剪切中先存構造面原始夾角a和變形後夾角a′與剪切應變γ之間的關系

(據J.G.Ramsay，1983)

圖10-39 脆-韌性條件下張裂隙的遞進演化

(據J.G.Ramsay，1984)

4.據主應變求剪應變

在韌性剪切帶內各點上的變形岩石中，選擇原始形態為近等軸狀或不規則狀，變形後形成類似應變橢球那樣的標志物，如長英質岩石中的石英、礫岩中的礫石、侵入岩中的包體等，在XZ切面上測量X、Z應變主軸的長度x、z。然後利用下列公式求得剪應變γ：

構造地質學(第二版)

另外，據圖10-40，其中實線代表Sm與Sc之間的夾角θ，虛線代表XZ應變橢圓軸比(長軸和短軸)。在簡單剪切中θ從45°開始(邊界)，隨著剪應變 γ 增大，則θ變小，長軸朝剪切方向轉動，如當γ=10 時，θ=5.6°，而軸比等於102：1。根據圖中曲線的對應關系，在測得θ或軸率後，都可通過圖中的曲線求得剪應變γ。

圖10-40 剪應變與軸率關系曲線

(據J.G.Ramsay，1984)

『捌』 其他地應力測量方法

（1）扁千斤頂法

扁千斤頂又稱「壓力枕」，由兩塊薄鋼板沿周邊焊接在一起而成，在周邊處有一個油壓出口和一個出氣閥，見圖1-15。

圖1-15 扁千斤頂應力測量示意圖

扁千斤頂的測量原理基於岩石為完全線彈性的假設。具體做法是：在待測區安裝兩個測量柱，並用微米表測量兩柱之間的距離，再挖一個垂直於測量柱連線的扁槽，其形狀參數與扁千斤頂一致，同時記錄下由於扁槽開挖造成的應力釋放而引起的測量柱間距離的變化，而後將扁千斤頂完全塞入槽內，再用電動或手動液壓泵向其加壓，由於壓力的增加，兩測量柱的距離亦增加。當兩測量柱之間的距離恢復到扁槽開挖前的大小時，停止加壓，記錄下此時扁千斤頂中壓力，該壓力稱為「平衡壓力」，等於扁槽開挖前表面岩體中垂直於扁千斤頂方向，即平行於二測量柱連線方向的應力。由此可以看出，扁千斤頂法測量地應力是一維的，而且應用范圍也受到限制，現已被淘汰。

（2）剛性包體應力計法

此法是20世紀50年代繼扁千斤頂法之後應用較為廣泛的一種岩體應力測量方法。

理論分析表明，在一個無限體中的剛性包體，當周圍岩體中的應力發生變化時，在剛性包體中會產生一個均勻分布的應力場，該應力場的大小和岩體中的應力變化之間存在一定的比例關系。假設在岩體中的x方向有一個應力變化σ_x，那麼在剛性包體中的x方向會產生應力σ′_x，並且有下式存在：

油氣藏現今地應力場評價方法及應用

式中：E、E′——分別為岩體和剛性包體的彈性模量；μ、μ′——分別為岩體和剛性包體的泊松比。

從（1-26）式可以看出，當E′/E＞5時，σ′_x/σ_x值將趨向於一個常數1.5，即當剛性包體的彈性模量超過岩體的彈性模量5倍之後，在岩體中任何方位的應力變化將在包體中相同方位引起1.5倍的應力。因此，只要測量出剛性包體中的應力變化就可知道岩體中的應力變化。根據剛性包體中壓力測試原理的不同，剛性包體應力計可分為（表1⁃1）：

表1-1 剛性包體應力計表

由於剛性包體應力計具有很高的穩定性，因而可用於對現場應力變化進行長期監測。然而此法通常只能測量垂直於鑽孔平面的單向或雙向應力變化情況，而不能用於測量原岩應力，而且除鋼弦應力計外，其他各種剛性包體應力計的靈敏度均較低，故已淘汰。

在鑽孔孔壁應變測量法所採用的應變計目前有兩種：①一般的鑽孔三向應變計，它是把測量元件電阻絲應變片直接貼在鑽孔岩壁上，這種應變計測量精度高，但操作復雜，對被測岩體完整性要求高，因而測量成功率低。②我國學者劉允芳等人研製的利用環氧樹脂技術製成的空心包體式鑽孔三向應變計測量的成功率較高，已被廣泛使用。

（3）應力解除法

圖1-16 應力解除法測量地應力示意圖

此法是最早被採用的實地地應力測量方法。盡管在技術細節上有很多變化，但基本原理是一致的，即先鑽一大孔，孔徑一般為130mm，沿大孔軸線在孔底鑽一個小孔，孔徑一般為36mm，把應變測量裝置下入小孔中，再把塞有應變測量裝置的大孔孔底套出（圖1-16），卸掉孔心的圍限壓力，測量卸載過程中孔心應變，就可以計算出三向主應力值和主應力方向。

實際中，由於技術細節的不同，還有很多應力解除法，上面的是套孔應力解除法，對應的還有局部應力解除法，包括切槽解除法、鑽孔全息干涉測量法、平行鑽孔法、中心鑽孔法、鑽孔延伸法等。

（4）鬆弛應變測量法

微分應變曲線分析法

此法是由斯特里克蘭（F.G.Strickland）、雷恩（N.K.Ren）和J.C.羅吉爾斯等人在20世紀80年代初首先提出。該法基於這樣的假設：即一個從地下取出的岩心，由於解除了應力，將會隨著岩石的膨脹而出現微裂隙，裂隙的分布和原岩應力的方向有關，裂隙的數量和強度與原岩應力大小成正比。在試驗中可作出微分應變曲線圖（圖1-17）。

在對加壓試驗中描繪出的12條應力-應變曲線進行微分分析，由於每一曲線均包含兩個（或兩個以上）線性段，兩個線性段的斜率明顯不同，兩個線性段之間有一個過渡段，由此可獲得在單位壓力下的裂隙閉合應變率，即ε′，如圖1-17。由12個方向的裂隙閉合應變率可求得三個主裂隙應變的方向，它們對應著三個主應力的方向。主應力的大小可由瞬時關閉壓力值來確定。

圖1-17 微分應變曲線分析圖

（據蔡美峰等，1995）

非彈性應變恢復法

此法的原理早在1969年即由沃伊特（B.Voight）提出，後來圖菲爾（L.W.Tueful）等人作了重大發展。

非彈性應變恢復法在某種程度上是應力解除法的延伸。沃伊特等人認為由應力解除引起的岩心的變形由兩部分組成：一是彈性部分，它是在應力解除的瞬間完成的；二是非彈性部分，它要經過一個相當長的時間才能完成。非彈性恢復應變與總的恢復應變成正比，主非彈性恢復應變的方向與原岩主應力方向一致。同時，如果岩石是均質和線粘性的，且其泊松比已知，並不隨時間而變化，而且自重是一個主應力，那麼由測得的主非彈性恢復應變的大小即可計算出原岩應力的大小。

『玖』 試驗機載入、控制和測量方式

1.7.1 變形的測量方式

室內岩石力學試驗中，岩樣變形的測量方式通常有3種，一是利用電阻應變片，二是使用線性變化的差動變壓器（簡稱LVDT），三是直接接觸式伸長計。進行流變試驗時也採用機械結構的千分表測量變形，以確保試驗結果的穩定性。

電阻應變片比較便宜，但粘貼之前需要對試樣的粘貼部位進行處理，粘貼之後經過一定時間的乾燥才能試驗。此外，由於岩石是非均質材料，顆粒尺度在毫米量級，試樣側面是機械切削加工形成的，也會產生一定的損傷。如果使用電阻式應變計測定軸向和環向應變，則該應變計的長度至少應是岩石內細小顆粒粒徑的10倍，而且應變計不應該進入試樣端部D/2的范圍（D為試樣直徑）^［64］。更為關鍵的是，岩樣屈服破壞具有局部化特徵，電阻應變片不能反映岩樣屈服破壞過程的總變形，不能得到應力-應變全程曲線。

差動變壓器（LVDT，Linear variable differential transformer）固有的時間延遲和交流電對電子運動的限制，將對控制迴路的反饋速率造成不利的影響，用於測定Ⅱ類應力-應變全程曲線變得更加困難。一些試驗機利用LVDT測量載入壓頭之間的距離變化，以此作為岩樣的軸向變形。不過岩樣端部的加工質量將會顯著影響載入初期的測量結果，使變形模量產生離散和偏差。

國際岩石力學學會（ISRM）對單軸壓縮試驗建議方法草案^［64］中，建議使用直接接觸式伸長計測量試件的軸向和環向（或徑向）的位移。測量得到的軸向和環向應變的讀測精度應該達到1%，且准確度為其量程的0.2。伸長計的整個可能的物理量程應超過最大的預期位移。建議使用2個軸向伸長計互成180°粘貼於試件上，位置大約為軸向尺寸的25%處和75%處。兩個伸長計的輸出端應該分開，在試驗結果報告中取均值。環向或徑向伸長計則應貼於試件高度的中部。

側向變形的測量方式同樣為上述3種方式。不過，由於岩樣屈服破壞的非均勻性，利用應變片只能准確測量岩樣彈性階段的側向變形，計算泊松比系數；而要研究岩樣的擴容，以及破壞過程的能量等問題，最好利用各種位移計來測量岩樣直徑方向的變形或周向的環向變形。

在利用圖1-12所示的方式測量岩樣的側向變形時，由於岩樣端面之間不可能絕對平行，載入初期，試驗機壓頭槌形座的調整作用使岩樣會產生宏觀移動，而位移計如果沒有與岩樣固定成一體，將會與岩樣發生相對移動，位移計的讀數就不完全是岩樣的側向變形。即使將岩樣側面測點附近磨成平面，也不能保證測量的可靠性。最為明顯的事實是，在單軸壓縮時利用圖1-12得到的側向變形可能是壓應變。另一個需要注意的是，在彈性變形階段，岩樣側向變形數值是很小的。對於直徑為50mm、長度為100mm的岩樣，在泊松比系數為0.20時側向變形只有相應軸向變形的1/10。

圖1-12 岩樣移動對位移計測量側向變形的影響

對於花崗岩等脆性岩石，單軸壓縮破壞時軸向變形較小，彈性階段的側向變形更小，圖1-12所示測量方法得到負值泊松比系數是常見的。若彈性模量50000MPa，則軸向應力100MPa時的軸向應變為2×10^-3。在泊松比系數0.2、岩樣直徑50mm時，相應的側向變形量0.02mm。岩樣端面的加工精度通常要求不平整度小於0.05mm，在載入初期試驗機壓頭會使岩樣位置產生變動，完全可以掩蓋岩樣的膨脹變形。

1.7.2 載荷的測量方式

試驗機軸向載荷有兩種測量方式，一是在載入構件上粘貼電阻應變片，通過測量金屬構件的變形換算載荷；對液壓系統載入的試驗機，可以利用壓力感測器測量載入油缸的壓力來換算載荷。至於圍壓當然是由壓力感測器測定的。一般壓力感測器也是利用電阻應變片測量彈性元件的變形，利用標定曲線來確定壓力的。不過試驗機的載入油缸是雙作用的，其後腔因回油必須具有一定的壓力。該壓力通常是較低的，但有時也會影響對試驗結果的理解。

有資料認為進行煤樣直接拉伸試驗得到殘余強度^［73］（圖1-13），就此則認為煤有不同於一般脆性材料的力學性質。文獻［74］也認為試樣存在拉伸殘余強度。不過這一觀點不符合常理，即試樣拉伸斷裂之後就相互分離，不可能承載。

在進行拉伸試驗時，設定試驗機軸向油缸以較低的速度回縮。即使煤樣完全斷裂不再承載，油缸回縮也需要一定的油壓來克服管路、接頭以及各種閥件的阻力。通常情況下，試驗機液壓系統的流量較小，壓力損失並不很大。但煤的拉伸強度較低，圖1-13 中試樣強度小於0.8MPa，所有試驗中的最大應力也只有1.5MPa左右。這使得管路阻力損失的影響顯著。如果進行壓縮試驗，最大應力達到15MPa左右，那麼圖1-13中的「殘余應力」就不會被特別注意。

圖1-13 煤樣直接拉伸的應力-應變曲線

1.7.3 伺服試驗機的控制方式

伺服試驗機是閉環控制方式。一般控制方式有軸向變形、環向變形和軸向載荷控制3種，即在試驗過程設定某個參數按照一定規律變化，通常是隨時間線性增加或減少，通過實際測量該參數的數值與預定的載入數值之間的差異，控制載入油缸的電液伺服閥。當然，伺服響應總是滯後的，也不總是恰當的，因而試驗曲線會出現波動。

使用載荷控制，即要求載荷隨時間線性增加，試驗曲線的波動較小，但一定造成岩樣的失穩破壞，不可能得到峰後的應力-應變曲線。而利用軸向變形控制，即要求岩樣的軸向變形隨時間線性增加，不可能得到Ⅱ類全程曲線。利用環向變形控制，即要求岩樣的環向變形隨時間線性增加（圖1-4），可以得到Ⅱ類全程曲線，但岩樣峰後環向變形增大較快，局部的破壞可以引起環向變形突然增加，為維持環向變形均勻增加的控制要求，試驗機可能會在軸向卸載，而卸載會影響岩樣的破壞過程。

所以，需要根據岩石的特性和試驗目的確定載入控制方式。

『拾』 我想測量岩石壓縮實驗的應變，怎麼測量最好是帶自動分析的

使用電阻應變計和電阻應變儀