砂巖彈性模量三軸實驗研究

農榮+農漪

【摘要】彈性模量是工程材料重要的性能參數(shù)，可視為衡量材料產生彈性變形難易程度的指標。通過研究砂巖彈性模量，對不同摻量、不同圍壓對砂巖的彈性模量進行實驗分析，找出其規(guī)律和特征，為巖土工程的結構安全提供技術指導。

【關鍵詞】砂巖彈性模量三軸實驗

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）06C-0185-02

彈性模量工程材料重要的性能參數(shù)，從宏觀角度來說是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀角度來說，則是原子、離子和分子之間鍵合強度的反映，是巖石材料的重要參數(shù)，通常利用圓柱試樣的單軸壓縮應力—應變曲線確定，但是巖石是結構非常復雜的固體材料，巖體在自然界一般處于三維應力狀態(tài)，因此三軸試驗是研究巖石力學性質的重要手段。

隨著大量復雜巖土工程的建設，對巖土工程的強度與安全穩(wěn)定的要求越來越高，本文將對不同摻量、不同圍壓下的砂巖進行三軸實驗，分析了圍壓與砂巖彈性模量關系，期望為今后巖土工程的結構安全提供技術指導。

一、實驗概況

（一）主要儀器設備。實驗儀器采用HSZY-80型巖石三軸試驗儀，儀器由以下組成：

1.巖石軸向加載系統(tǒng)。

2.巖石引伸計、高低溫系統(tǒng)、數(shù)字式聲波分析系統(tǒng)、圍壓系統(tǒng)、孔隙水壓系統(tǒng)以及計算機系統(tǒng)。

（二）實驗方法。實驗步驟如下：

1.試塊準備：對不同砂率的制作70mm×70mm×70mm的試塊。

2.試樣制備：采用人工試塊通過人工取芯，加工成2.5cm×5.0cm的小巖芯，兩端面在磨平機上磨平。

3.試樣安裝：將試樣放入壓力機三軸室后，用橡膠套密封，防止液體浸入巖樣內部。然后安裝壓力板和壓機的其他部件。為了保證壓力板向試樣表面的均勻加載，在壓力板與試樣之間放置一個橡膠墊片。

4.試樣加載：試樣安裝完畢后，由液壓穩(wěn)壓源施加三向圍壓。

在不同圍壓水平下加載直到試樣破壞，從而測定巖芯在不同圍壓條件下的縱橫向應變、峰值力，計算出巖石靜態(tài)彈性力學參數(shù)。

（三）數(shù)據(jù)處理。實驗時同時運行數(shù)據(jù)采集軟件記錄數(shù)據(jù)，包括時間、軸向應力、軸向位移、圍壓、徑向膨脹量、軸向應變、環(huán)向應變，對上述有的數(shù)據(jù)作簡單計算，直接作圖。試驗實行全程計算機控制與分析，保證試驗控制與數(shù)據(jù)采集的實時和精確。

（四）試樣具體參數(shù)。詳見表1。

表1試樣參數(shù)

試塊參數(shù) 加砂比例 砂+泥比例 泥砂比例 溫度 圍壓1 圍壓2 圍壓3

1 69.40% 室溫 25MP 30MP 35MP

2 68.00% 室溫 25MP 30MP 35MP

3 64.50% 室溫 25MP 30MP 35MP

4 75.00% 0.055 室溫 25MP 30MP 35MP

5 73.50% 0.055 室溫 25MP 30MP 35MP

6 72.40% 0.054 室溫 25MP 30MP 35MP

7 71.20% 0.055 室溫 25MP 30MP 35MP

8 70.2% 0.054 室溫 25MP 30MP 35MP

注：試塊1、2、3為減水劑的摻量為水泥的1.8%，試塊不加入泥的砂巖。試塊4、5、6、7、8、為減水劑的摻量為水泥的1.8%，試塊加入5%的含泥質砂巖。

二、三軸實驗結果

對于每個試塊，鉆取3個巖芯，在不同圍壓條件下進行三軸試驗，記錄軸向應變、徑向應變隨軸向載荷的變化規(guī)律，即得到巖芯的應力—應變全曲線。對每塊巖芯的應力應變全曲線進行處理，可得出巖石的彈性模量、泊松比和峰值強度。對于不同摻量的巖心，在相同的圍壓下進行三軸實驗記錄，對每一組彈性模量進行對比。

人工取芯所得到的巖樣無論地理位置、應力狀態(tài)等的影響都會造成巖樣的不均勻性差異，使得試塊在宏觀上具有非均質性，從而出現(xiàn)試驗的差異，導致實驗結果不僅與圍壓有關，而且還會隨著巖樣的差異而變化，有時巖樣的離散性還有可能會掩蓋圍壓的作用。

所以為了避免巖樣的離散性對實驗結果的影響，實驗采用的是相同配比的人工巖心進行多級圍壓的三軸壓縮實驗。

表2試塊1數(shù)據(jù)

巖心號 直徑（mm） 高度（mm） 密度（g／cm2） 圍壓mp 峰值強度MPa

1-1 25.14 54.22 2.10 25 90.961

1-2 25.24 53.68 2.11 30 92.965

1-3 25.28 55.16 2.14 35 98.095

圖1 試塊1在不同圍壓下應力—應變圖

表3 試塊2數(shù)據(jù)

巖心號 直徑（mm） 高度（mm） 密度（g／cm2） 圍壓mp 峰值強度MPa

2-1 25.2 51.66 2.03 25 92.109

2-2 25.2 51.2 2.00 30 93.350

2-3 25.16 53.8 2.03 35 104.422

圖2試塊2在不同圍壓下應力—應變圖

從圖1、圖2中可以看出，砂巖的彈性模量隨著圍壓的增大而相應的增大，巖樣的峰值也不斷提高，其他6個試塊的實驗也得出同樣的結論。主要是由于無論是天然巖心還是人工巖心，都會存在不同程度的內部裂縫，圍壓的增大有助于巖樣內部裂縫的閉合，增大了巖石的剛度，使得巖石不易發(fā)生變形。

從圖1、圖2中也可以明顯地看出，砂巖的彈性模量隨著圍壓的增大而增加，但是彈性模量隨圍壓增大的趨勢逐步變緩，其他6個試塊的實驗也得出同樣的結論。

一般認為圍壓增大有助于巖樣內部裂隙、空隙的閉合，增大了巖石剛度，巖樣的彈性模量也就相應增大。不過軸壓對巖樣內的裂隙也應該具有閉合作用，但恒定圍壓下巖樣在初期壓密之后，其后有一段很好的線性變形，其斜率隨圍壓增加、而不隨軸向應力的增加而增加。作者認為圍壓對彈性模量的影響機理主要分為兩個方面:

第一，由于圍壓的作用導致裂縫的密度變小，而裂縫密度的變化對彈性模量的影響可由前人研究的細觀損失理論中的Taylor 模型方法表示：

（1）

式中為含裂紋的基體材料的有效彈性模量、E為基體材料的彈性模量、V為材料的泊松比、f為材料的裂隙密度參數(shù)。從公式可明顯看出，裂縫的密度越大巖石的彈性模量越小，反之越大。

第二，裂紋的不斷閉合與裂紋面間的摩擦滑移作用影響了巖石的彈性模量，除了水平裂縫，圍壓可以促進巖石內部裂縫不斷閉合，在軸向壓縮過程中，巖石可能發(fā)生摩擦滑移，裂縫的承載能力與圍壓成正比。

三、結論

通過研究分析可以得出如下結論與認識：

第一，在一定范圍內，圍壓的增加有助于巖石裂縫的閉合，增大巖石的剛度。

第二，巖石的彈性模量隨著圍壓的增加而增加，達到一定強度時增加趨勢量逐漸平緩。

第三，巖石彈性模量的增加是由于巖石內部存在微小裂縫，因圍壓增大，使裂隙的承載能力提高，其滑移因受到摩擦力的抑制而減小，巖樣的彈性模量得以提高。

【參考文獻】

［1］尤明慶.巖石試樣的楊氏模量與圍壓的關系［J］.巖石力學與工程學報，2003（1）

［2］尤明慶，蘇承東.巖石的非均質性與楊氏模量的確定方法［J］.巖石力學與工程學報，2003（5）

［3］Nelson R A. 關于實驗室內近似模擬地下埋藏的應力狀態(tài)的討論［G］//卡特N L ．地殼巖石的力學性狀.北京：地質出版社，1989:162-170

［4］孟召平，彭蘇萍，張慎河.不同成巖作用程度砂巖物理力學性質三軸試驗研究［J］. 巖土工程學報，2003（2）

［5］尤明慶.巖樣三軸壓縮的破壞形式和Coulomb 強度準則［J］.地質力學學報，2002（2）

［6］張流，王繩祖，施良騏. 我國六種巖石在高圍壓下的強度特性［J］.巖石力學與工程學報，1985（1）

［7］劉維國，單鈺銘，徐國盛，等. 加溫三軸試驗中砂巖的微裂紋與橫波速度［J］. 成都理工學院學報，1999（4）

［8］沈明榮，石振明，張雷.不同加栽路徑對巖石變形持性的影響［J］.巖石力學與工程學報，2003（8）

［9］耶格J C ，庫克N G W. 巖石力學基礎［M］.北京:科學出版社，1981:404-422

［10］尤明慶，蘇承東，徐濤.巖石試樣的加載卸載過程及楊氏模量［J］.巖土工程學報，2001（5）

［11］孟召平，彭蘇萍，凌標燦.不同側壓下沉積巖石變形與強度特征［J］.煤炭學報，2000（1）

（責編黎原）

【摘要】彈性模量是工程材料重要的性能參數(shù)，可視為衡量材料產生彈性變形難易程度的指標。通過研究砂巖彈性模量，對不同摻量、不同圍壓對砂巖的彈性模量進行實驗分析，找出其規(guī)律和特征，為巖土工程的結構安全提供技術指導。

【關鍵詞】砂巖彈性模量三軸實驗

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）06C-0185-02

彈性模量工程材料重要的性能參數(shù)，從宏觀角度來說是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀角度來說，則是原子、離子和分子之間鍵合強度的反映，是巖石材料的重要參數(shù)，通常利用圓柱試樣的單軸壓縮應力—應變曲線確定，但是巖石是結構非常復雜的固體材料，巖體在自然界一般處于三維應力狀態(tài)，因此三軸試驗是研究巖石力學性質的重要手段。

隨著大量復雜巖土工程的建設，對巖土工程的強度與安全穩(wěn)定的要求越來越高，本文將對不同摻量、不同圍壓下的砂巖進行三軸實驗，分析了圍壓與砂巖彈性模量關系，期望為今后巖土工程的結構安全提供技術指導。

一、實驗概況

（一）主要儀器設備。實驗儀器采用HSZY-80型巖石三軸試驗儀，儀器由以下組成：

1.巖石軸向加載系統(tǒng)。

2.巖石引伸計、高低溫系統(tǒng)、數(shù)字式聲波分析系統(tǒng)、圍壓系統(tǒng)、孔隙水壓系統(tǒng)以及計算機系統(tǒng)。

（二）實驗方法。實驗步驟如下：

1.試塊準備：對不同砂率的制作70mm×70mm×70mm的試塊。

2.試樣制備：采用人工試塊通過人工取芯，加工成2.5cm×5.0cm的小巖芯，兩端面在磨平機上磨平。

3.試樣安裝：將試樣放入壓力機三軸室后，用橡膠套密封，防止液體浸入巖樣內部。然后安裝壓力板和壓機的其他部件。為了保證壓力板向試樣表面的均勻加載，在壓力板與試樣之間放置一個橡膠墊片。

4.試樣加載：試樣安裝完畢后，由液壓穩(wěn)壓源施加三向圍壓。

在不同圍壓水平下加載直到試樣破壞，從而測定巖芯在不同圍壓條件下的縱橫向應變、峰值力，計算出巖石靜態(tài)彈性力學參數(shù)。

（三）數(shù)據(jù)處理。實驗時同時運行數(shù)據(jù)采集軟件記錄數(shù)據(jù)，包括時間、軸向應力、軸向位移、圍壓、徑向膨脹量、軸向應變、環(huán)向應變，對上述有的數(shù)據(jù)作簡單計算，直接作圖。試驗實行全程計算機控制與分析，保證試驗控制與數(shù)據(jù)采集的實時和精確。

（四）試樣具體參數(shù)。詳見表1。

表1試樣參數(shù)

試塊參數(shù) 加砂比例 砂+泥比例 泥砂比例 溫度 圍壓1 圍壓2 圍壓3

1 69.40% 室溫 25MP 30MP 35MP

2 68.00% 室溫 25MP 30MP 35MP

3 64.50% 室溫 25MP 30MP 35MP

4 75.00% 0.055 室溫 25MP 30MP 35MP

5 73.50% 0.055 室溫 25MP 30MP 35MP

6 72.40% 0.054 室溫 25MP 30MP 35MP

7 71.20% 0.055 室溫 25MP 30MP 35MP

8 70.2% 0.054 室溫 25MP 30MP 35MP

注：試塊1、2、3為減水劑的摻量為水泥的1.8%，試塊不加入泥的砂巖。試塊4、5、6、7、8、為減水劑的摻量為水泥的1.8%，試塊加入5%的含泥質砂巖。

二、三軸實驗結果

對于每個試塊，鉆取3個巖芯，在不同圍壓條件下進行三軸試驗，記錄軸向應變、徑向應變隨軸向載荷的變化規(guī)律，即得到巖芯的應力—應變全曲線。對每塊巖芯的應力應變全曲線進行處理，可得出巖石的彈性模量、泊松比和峰值強度。對于不同摻量的巖心，在相同的圍壓下進行三軸實驗記錄，對每一組彈性模量進行對比。

人工取芯所得到的巖樣無論地理位置、應力狀態(tài)等的影響都會造成巖樣的不均勻性差異，使得試塊在宏觀上具有非均質性，從而出現(xiàn)試驗的差異，導致實驗結果不僅與圍壓有關，而且還會隨著巖樣的差異而變化，有時巖樣的離散性還有可能會掩蓋圍壓的作用。

所以為了避免巖樣的離散性對實驗結果的影響，實驗采用的是相同配比的人工巖心進行多級圍壓的三軸壓縮實驗。

表2試塊1數(shù)據(jù)

巖心號 直徑（mm） 高度（mm） 密度（g／cm2） 圍壓mp 峰值強度MPa

1-1 25.14 54.22 2.10 25 90.961

1-2 25.24 53.68 2.11 30 92.965

1-3 25.28 55.16 2.14 35 98.095

圖1 試塊1在不同圍壓下應力—應變圖

表3 試塊2數(shù)據(jù)

巖心號 直徑（mm） 高度（mm） 密度（g／cm2） 圍壓mp 峰值強度MPa

2-1 25.2 51.66 2.03 25 92.109

2-2 25.2 51.2 2.00 30 93.350

2-3 25.16 53.8 2.03 35 104.422

圖2試塊2在不同圍壓下應力—應變圖

從圖1、圖2中可以看出，砂巖的彈性模量隨著圍壓的增大而相應的增大，巖樣的峰值也不斷提高，其他6個試塊的實驗也得出同樣的結論。主要是由于無論是天然巖心還是人工巖心，都會存在不同程度的內部裂縫，圍壓的增大有助于巖樣內部裂縫的閉合，增大了巖石的剛度，使得巖石不易發(fā)生變形。

從圖1、圖2中也可以明顯地看出，砂巖的彈性模量隨著圍壓的增大而增加，但是彈性模量隨圍壓增大的趨勢逐步變緩，其他6個試塊的實驗也得出同樣的結論。

一般認為圍壓增大有助于巖樣內部裂隙、空隙的閉合，增大了巖石剛度，巖樣的彈性模量也就相應增大。不過軸壓對巖樣內的裂隙也應該具有閉合作用，但恒定圍壓下巖樣在初期壓密之后，其后有一段很好的線性變形，其斜率隨圍壓增加、而不隨軸向應力的增加而增加。作者認為圍壓對彈性模量的影響機理主要分為兩個方面:

第一，由于圍壓的作用導致裂縫的密度變小，而裂縫密度的變化對彈性模量的影響可由前人研究的細觀損失理論中的Taylor 模型方法表示：

（1）

式中為含裂紋的基體材料的有效彈性模量、E為基體材料的彈性模量、V為材料的泊松比、f為材料的裂隙密度參數(shù)。從公式可明顯看出，裂縫的密度越大巖石的彈性模量越小，反之越大。

第二，裂紋的不斷閉合與裂紋面間的摩擦滑移作用影響了巖石的彈性模量，除了水平裂縫，圍壓可以促進巖石內部裂縫不斷閉合，在軸向壓縮過程中，巖石可能發(fā)生摩擦滑移，裂縫的承載能力與圍壓成正比。

三、結論

通過研究分析可以得出如下結論與認識：

第一，在一定范圍內，圍壓的增加有助于巖石裂縫的閉合，增大巖石的剛度。

第二，巖石的彈性模量隨著圍壓的增加而增加，達到一定強度時增加趨勢量逐漸平緩。

第三，巖石彈性模量的增加是由于巖石內部存在微小裂縫，因圍壓增大，使裂隙的承載能力提高，其滑移因受到摩擦力的抑制而減小，巖樣的彈性模量得以提高。

【參考文獻】

［1］尤明慶.巖石試樣的楊氏模量與圍壓的關系［J］.巖石力學與工程學報，2003（1）

［2］尤明慶，蘇承東.巖石的非均質性與楊氏模量的確定方法［J］.巖石力學與工程學報，2003（5）

［3］Nelson R A. 關于實驗室內近似模擬地下埋藏的應力狀態(tài)的討論［G］//卡特N L ．地殼巖石的力學性狀.北京：地質出版社，1989:162-170

［4］孟召平，彭蘇萍，張慎河.不同成巖作用程度砂巖物理力學性質三軸試驗研究［J］. 巖土工程學報，2003（2）

［5］尤明慶.巖樣三軸壓縮的破壞形式和Coulomb 強度準則［J］.地質力學學報，2002（2）

［6］張流，王繩祖，施良騏. 我國六種巖石在高圍壓下的強度特性［J］.巖石力學與工程學報，1985（1）

［7］劉維國，單鈺銘，徐國盛，等. 加溫三軸試驗中砂巖的微裂紋與橫波速度［J］. 成都理工學院學報，1999（4）

［8］沈明榮，石振明，張雷.不同加栽路徑對巖石變形持性的影響［J］.巖石力學與工程學報，2003（8）

［9］耶格J C ，庫克N G W. 巖石力學基礎［M］.北京:科學出版社，1981:404-422

［10］尤明慶，蘇承東，徐濤.巖石試樣的加載卸載過程及楊氏模量［J］.巖土工程學報，2001（5）

［11］孟召平，彭蘇萍，凌標燦.不同側壓下沉積巖石變形與強度特征［J］.煤炭學報，2000（1）

（責編黎原）

【摘要】彈性模量是工程材料重要的性能參數(shù)，可視為衡量材料產生彈性變形難易程度的指標。通過研究砂巖彈性模量，對不同摻量、不同圍壓對砂巖的彈性模量進行實驗分析，找出其規(guī)律和特征，為巖土工程的結構安全提供技術指導。

【關鍵詞】砂巖彈性模量三軸實驗

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）06C-0185-02

彈性模量工程材料重要的性能參數(shù)，從宏觀角度來說是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀角度來說，則是原子、離子和分子之間鍵合強度的反映，是巖石材料的重要參數(shù)，通常利用圓柱試樣的單軸壓縮應力—應變曲線確定，但是巖石是結構非常復雜的固體材料，巖體在自然界一般處于三維應力狀態(tài)，因此三軸試驗是研究巖石力學性質的重要手段。

隨著大量復雜巖土工程的建設，對巖土工程的強度與安全穩(wěn)定的要求越來越高，本文將對不同摻量、不同圍壓下的砂巖進行三軸實驗，分析了圍壓與砂巖彈性模量關系，期望為今后巖土工程的結構安全提供技術指導。

一、實驗概況

（一）主要儀器設備。實驗儀器采用HSZY-80型巖石三軸試驗儀，儀器由以下組成：

1.巖石軸向加載系統(tǒng)。

2.巖石引伸計、高低溫系統(tǒng)、數(shù)字式聲波分析系統(tǒng)、圍壓系統(tǒng)、孔隙水壓系統(tǒng)以及計算機系統(tǒng)。

（二）實驗方法。實驗步驟如下：

1.試塊準備：對不同砂率的制作70mm×70mm×70mm的試塊。

2.試樣制備：采用人工試塊通過人工取芯，加工成2.5cm×5.0cm的小巖芯，兩端面在磨平機上磨平。

3.試樣安裝：將試樣放入壓力機三軸室后，用橡膠套密封，防止液體浸入巖樣內部。然后安裝壓力板和壓機的其他部件。為了保證壓力板向試樣表面的均勻加載，在壓力板與試樣之間放置一個橡膠墊片。

4.試樣加載：試樣安裝完畢后，由液壓穩(wěn)壓源施加三向圍壓。

在不同圍壓水平下加載直到試樣破壞，從而測定巖芯在不同圍壓條件下的縱橫向應變、峰值力，計算出巖石靜態(tài)彈性力學參數(shù)。

（三）數(shù)據(jù)處理。實驗時同時運行數(shù)據(jù)采集軟件記錄數(shù)據(jù)，包括時間、軸向應力、軸向位移、圍壓、徑向膨脹量、軸向應變、環(huán)向應變，對上述有的數(shù)據(jù)作簡單計算，直接作圖。試驗實行全程計算機控制與分析，保證試驗控制與數(shù)據(jù)采集的實時和精確。

（四）試樣具體參數(shù)。詳見表1。

表1試樣參數(shù)

試塊參數(shù) 加砂比例 砂+泥比例 泥砂比例 溫度 圍壓1 圍壓2 圍壓3

1 69.40% 室溫 25MP 30MP 35MP

2 68.00% 室溫 25MP 30MP 35MP

3 64.50% 室溫 25MP 30MP 35MP

4 75.00% 0.055 室溫 25MP 30MP 35MP

5 73.50% 0.055 室溫 25MP 30MP 35MP

6 72.40% 0.054 室溫 25MP 30MP 35MP

7 71.20% 0.055 室溫 25MP 30MP 35MP

8 70.2% 0.054 室溫 25MP 30MP 35MP

注：試塊1、2、3為減水劑的摻量為水泥的1.8%，試塊不加入泥的砂巖。試塊4、5、6、7、8、為減水劑的摻量為水泥的1.8%，試塊加入5%的含泥質砂巖。

二、三軸實驗結果

對于每個試塊，鉆取3個巖芯，在不同圍壓條件下進行三軸試驗，記錄軸向應變、徑向應變隨軸向載荷的變化規(guī)律，即得到巖芯的應力—應變全曲線。對每塊巖芯的應力應變全曲線進行處理，可得出巖石的彈性模量、泊松比和峰值強度。對于不同摻量的巖心，在相同的圍壓下進行三軸實驗記錄，對每一組彈性模量進行對比。

人工取芯所得到的巖樣無論地理位置、應力狀態(tài)等的影響都會造成巖樣的不均勻性差異，使得試塊在宏觀上具有非均質性，從而出現(xiàn)試驗的差異，導致實驗結果不僅與圍壓有關，而且還會隨著巖樣的差異而變化，有時巖樣的離散性還有可能會掩蓋圍壓的作用。

所以為了避免巖樣的離散性對實驗結果的影響，實驗采用的是相同配比的人工巖心進行多級圍壓的三軸壓縮實驗。

表2試塊1數(shù)據(jù)

巖心號 直徑（mm） 高度（mm） 密度（g／cm2） 圍壓mp 峰值強度MPa

1-1 25.14 54.22 2.10 25 90.961

1-2 25.24 53.68 2.11 30 92.965

1-3 25.28 55.16 2.14 35 98.095

圖1 試塊1在不同圍壓下應力—應變圖

表3 試塊2數(shù)據(jù)

巖心號 直徑（mm） 高度（mm） 密度（g／cm2） 圍壓mp 峰值強度MPa

2-1 25.2 51.66 2.03 25 92.109

2-2 25.2 51.2 2.00 30 93.350

2-3 25.16 53.8 2.03 35 104.422

圖2試塊2在不同圍壓下應力—應變圖

從圖1、圖2中可以看出，砂巖的彈性模量隨著圍壓的增大而相應的增大，巖樣的峰值也不斷提高，其他6個試塊的實驗也得出同樣的結論。主要是由于無論是天然巖心還是人工巖心，都會存在不同程度的內部裂縫，圍壓的增大有助于巖樣內部裂縫的閉合，增大了巖石的剛度，使得巖石不易發(fā)生變形。

從圖1、圖2中也可以明顯地看出，砂巖的彈性模量隨著圍壓的增大而增加，但是彈性模量隨圍壓增大的趨勢逐步變緩，其他6個試塊的實驗也得出同樣的結論。

一般認為圍壓增大有助于巖樣內部裂隙、空隙的閉合，增大了巖石剛度，巖樣的彈性模量也就相應增大。不過軸壓對巖樣內的裂隙也應該具有閉合作用，但恒定圍壓下巖樣在初期壓密之后，其后有一段很好的線性變形，其斜率隨圍壓增加、而不隨軸向應力的增加而增加。作者認為圍壓對彈性模量的影響機理主要分為兩個方面:

第一，由于圍壓的作用導致裂縫的密度變小，而裂縫密度的變化對彈性模量的影響可由前人研究的細觀損失理論中的Taylor 模型方法表示：

（1）

式中為含裂紋的基體材料的有效彈性模量、E為基體材料的彈性模量、V為材料的泊松比、f為材料的裂隙密度參數(shù)。從公式可明顯看出，裂縫的密度越大巖石的彈性模量越小，反之越大。

第二，裂紋的不斷閉合與裂紋面間的摩擦滑移作用影響了巖石的彈性模量，除了水平裂縫，圍壓可以促進巖石內部裂縫不斷閉合，在軸向壓縮過程中，巖石可能發(fā)生摩擦滑移，裂縫的承載能力與圍壓成正比。

三、結論

通過研究分析可以得出如下結論與認識：

第一，在一定范圍內，圍壓的增加有助于巖石裂縫的閉合，增大巖石的剛度。

第二，巖石的彈性模量隨著圍壓的增加而增加，達到一定強度時增加趨勢量逐漸平緩。

第三，巖石彈性模量的增加是由于巖石內部存在微小裂縫，因圍壓增大，使裂隙的承載能力提高，其滑移因受到摩擦力的抑制而減小，巖樣的彈性模量得以提高。

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（責編黎原）