[科普中国]-单轴抗拉强度-

定义

岩石在单轴拉伸荷载作用下所能承受的最大拉应力，称为单轴抗拉强度。1是由土的拉伸试验确定的土的抗拉强度。对于如何防止土体产生裂缝具有重要意义，近十年来，在较新的路面设计方法以及土的抗冲蚀性研究中，也考虑了它的影响。2

测定方法直接抗拉试验岩石的直接抗拉试验的试件如图1所示，在试验时将这种试样的两端固定在拉力机上，对试样施加轴向掩力直至破坏，然后计算出试样的抗拉强度：

式中，Rt——岩石抗拉强度；

Pr——试件破坏时的最大拉力；

A——试件中部的横截面面积。

该方法的缺点是试样制备困难，且不易与拉力机固定，在试件固定处附近又常常有应力集中现象，同时难免在试件两端面有弯曲力矩。因此，这个方法用的并不多。

目前，常用劈裂法（也称巴西试验法）测定岩石抗拉强度。1

劈裂试验岩石的抗拉强度测试可以采用钢材拉伸试验的方法，但这种方法试件加工工艺复杂，因此，目前比较普遍地采用圆形试件进行劈裂试验。岩石抗拉强度按下式计算：

式中：σt——岩石抗拉强度；

P——极限荷载；

d——试件直径；

h——试件厚度。

|| || 岩石单轴抗压强度

这个方法的优点是简单易行，只要有普通压力机就可进行试验，不需特殊设备，因此该方法获得了广泛应用。该方法缺点是这样确定的岩石抗拉强度与直接拉伸试验所得的强度有一定的差别。

岩石的抗拉强度比抗压强度要小得多，抗拉强度(Rt)与抗压强度(Rc)之间可考虑存在着某种线性关系，近似地表示为

式中，Cm——线性系数，在4~10范围内变化，依据岩石的类型而定。1

研究应用水泥土单轴抗拉强度对于水泥土抗拉强度研究，目前文献成果还很少，原因在于研究手段不足。为了获得水泥土更精准的直接抗拉强度及其变化规律，课题组自行设计了水泥土单轴拉伸仪，对黄土拌合的水泥土，进行了不同水泥掺量和龄期的单轴直接抗拉强度试验研究。结论如下：

1.在水泥土干密度、水泥掺量保持一定的条件下，单轴拉伸强度和极限应变随龄期延长而增长，增长弧度逐渐减小并逐渐趋于稳定。

2.在水泥土龄期一定条件下，单轴拉伸强度和极限应变随水泥掺量增加而增大，水泥掺量增大到10%左右，水泥土内部出现连续水泥网纹结构，单轴拉伸强度出现跳跃性增长。

3.不同情况的水泥土拉伸试样，破坏时的极限应力和应变较素土都显著增强，属脆性断裂拉伸破坏，水泥在水泥土固化过程中的作用犹如沉积岩中的胶结物作用，在土中加入水泥形成水泥土的过程，实际上是一种硅质胶结的人工快速造岩过程。5

击石土单轴抗拉强度黏性土的抗拉强度数值相对较小，因此大多数情况下不必考虑，只是作为安全储备。但在有些情况下，如作为理论或机理研究，需要考虑黏性土的抗拉强度。

土石坝心墙开裂问题、公路路基的裂缝变形等结构物或地基的设计需要对土体尤其是击实黏土的抗拉强度有一定程度的了解。近十多年来，我国高土石坝发展迅速，对水力劈裂的判定提出了更高要求。裂缝或水力劈裂不仅可能引起渗漏，影响工程的正常运行，甚至可能危及大坝安全。因此，对土体抗拉特性的认识和抗拉强度的研究具有重要意义。

得出如下结论：

1．击实砾质黏土的抗拉强度随着击实功和干密度的增大而增大。

2．土体在由非饱和状态变化到饱和状态后，其抗拉强度显著减小，总体趋势是当非饱和试样含水率较小时，饱和后抗拉强度减小的幅度较大。

3．在同一击实功下，土体(塑性黏土)的抗拉强度随着制样(大于最优含水率时)含水率的增加而减小。在非饱和状态时，减小的幅度较明显，在试验的含水率范围内减幅达74%。饱和状态时抗拉强度随含水率的减幅稍低，也达到61%。实际上，这种抗拉强度的变化很大程度上有干密度变化的影响。

4．对不同碾压填土可能出现的受拉状态，在室内进行拉伸变形或强度试样时，宜根据情况选定拉伸方向与试样击实分层面平行或垂直。否则，可能与实际误差较大。6

制样方法对重塑黄土单轴抗拉强度的影响黄土地区地裂缝已成为一种严重的地质灾害，研究其形成机制以及在后期工程活动中的工程特性，是很迫切的任务，在研究其形成机制时，需要对重塑黄土和原状黄土分别做不同含水率下的拉伸破坏试验。对于重塑黄土，为保证试验结果的可靠性，需要保证每个试样的均匀性、试样间差异性很小、分层面对抗拉强度的影响很小。

对于单轴抗拉试验而言，分层制样时层面对其强度有影响，做重塑黄土单轴拉伸试验时，为避免以往击实法制样时试样中产生与试样断裂面平行的分层面，采用西北农林科技大学水利与建筑工程学院土工实验室自行研制的压样器进行水平压制试验所需试样。

用两种方法制备了重塑黄土，第1种制样方法用标准击样法制取的重塑黄土三轴试样，第2种制样方法应用轻型击实仪击实得到大块样。对比其抗拉试验，结果表明：

1.第2种方法制取的重塑样层面与加载方向平行，强度较高。

2.第1种方法制取的重塑样层面与加载方向垂直，强度较低，在抗拉强度测试中，破坏常从层面破坏，但其制取的各试样之间抗拉强度差距较小。

3.试样制取后，将其放入保湿缸中静置2d可以削弱分层面为弱面的特性。3