其他影响试验结果的因素

1.8.1 常规三压缩时轴向应力的输出值

现在岩石力学试验机多采用计算机控制，自动采样，并能实时显示，试验过程可以干涉，试验结束后可以输出各种曲线图表和统计公式。这就需要编制专门的程序，通常都是在Windows操作系统上再开发的。或许程序编制人员对试验机加载系统缺乏充分的了解，有时也会出现差错，如常规三轴压缩时轴向应力的输出值。

在进行常规三轴压缩试验时，规程要求首先对岩样施加静水压力，即3个方向同时施加相等的压应力，在该静水压力达到设定的围压之后，再进行轴向压缩加载。通常试验机的围压施加与轴向压缩是独立的，为了保证试验的正常进行，多是对轴向进行预加载后再施加围压。预加载荷要大于围压与压头面积的乘积，否则在施加围压的过程中压头会被顶出，与岩样脱离。另一种方法是，利用自动平衡装置（图1-14），煤矿排水用的叶轮泵通常也用类似的方式平衡水泵的轴向推力。

图1-14 自动平衡轴向载荷的三轴压缩缸的缸盖结构图

A、B—孔道；C—压头

孔道A使三轴缸盖中的下腔通大气，而孔道B将液压油引入其上腔。如果上腔环形面积S_H不小于压头C的面积S_C，则在岩样施加围压的过程中压头不会被顶起。记岩样断面积为S，试验机轴向加载的荷载F，则轴向应力：

σ₁=［F+σ₃S_H-σ₃（S_C-S）］/S （1.1）

如果设计上腔环形面积S_H正好等于压头C的面积S_C，则施加围压就是对岩样进行静水压力加载，试验机轴向加载的荷载F对应于主应力差。在计算岩样的三轴强度时需要增加围压。不过，试验机后处理程序计算岩样强度时，漏加围压乃至误为减去围压的情形也偶有发生。

对于含有内径d的孔道圆柱试样的常规三轴压缩，即使上腔环形面积S_H正好等于压头C的面积S_C，将试样的等效截面积输入试验机，试验机后处理程序不能正确提供试样承载的轴向应力。应该利用下面的公式计算轴向应力，

岩石的力学性质

这就是说，对于孔道圆柱试样，试验机轴向加载的荷载F并不对应于主应力差。对于外径D=50mm、内径d=15mm的试样，修正量达到围压的10%。

1.8.2 平均模量的计算方法

岩石是非均质性材料，岩样单轴压缩的应力-应变关系并非直线，有切线模量、割线模量和平均模量等选取方法。割线模量E_S多采用应力为岩样强度一半时应力与应变的比值，即E₅₀。许多试验规程推荐使用该值来表示岩样的变形特性，通常称为变形模量。平均模量E_av是指应力-应变曲线上近似直线部分的斜率，也有称之为弹性模量。但是试验规程并未明确给出平均模量的计算方法。如果只具有X-Y记录仪得到的应力-应变曲线，那么直接作图确定E_av，误差大约会达到3%或更大。

图1-15 平均模量的计算方法

测试技术已得到极大的发展，可以利用计算机连续采样、记录试验数据。试验机操作系统的后处理程序可以直接给出变形模量和平均模量。平均模量一般定义为峰值之前应力-应变曲线上两点的割线斜率，默认这两点的应力为试验过程中最大应力的30%和70%。对某些大理岩，应力达到70%的峰值应力时已经进入了屈服阶段（图1-15），如果利用这样的定义计算平均模量，就会出现平均模量低于变形模量的情形，乃至平均模量随围压增大而减小的奇特现象。

从图1-15可以看出，粗晶大理岩围压下压缩的平均模量保持恒定，且略大于单轴压缩时的数值。不过，利用试验机后处理程序给出的数值（表1-2）显然不符合常理。因而作为岩石弹性变形特征的平均模量，其计算方法需要研究。如果以应力-应变曲线的最大斜率定义平均模量或弹性模量，则图1-15的粗晶大理岩的弹性模量为56.8GPa。

表1-2 试验机后处理程序给出的平均模量和变形模量