單軸抗拉強度

岩石在單軸拉伸荷載作用下所能承受的最大拉應力，稱為單軸抗拉強度。是由土的拉伸試驗確定的土的抗拉強度。對於如何防止土體產生裂縫具有重要意義，近十年來，在較新的路面設計方法以及土的抗沖蝕性研究中，也考慮了它的影響。

土壩心牆裂縫、高大受拉建築物周圍土體破壞、地裂縫、滑坡後緣裂縫等岩土工程現象，均涉及到土的抗拉強度。黃土地區地裂縫已成為一種嚴重的地質災害，研究其形成機制以及在後期工程活動中的工程特性，是很迫切的任務，在研究其形成機制時，需要對重塑黃土和原狀黃土分別做不同含水率下的拉伸破壞試驗。

基本介紹

• 中文名：單軸抗拉強度
• 外文名：uniaxial tensile stress
• 定義：單軸拉伸荷載下的最大拉應力
• 測量方法：直接拉伸法、劈裂法
• 套用：路面設計方法、土的抗沖蝕性研究
• 學科：土力學

定義

岩石在單軸拉伸荷載作用下所能承受的最大拉應力，稱為單軸抗拉強度。是由土的拉伸試驗確定的土的抗拉強度。對於如何防止土體產生裂縫具有重要意義，近十年來，在較新的路面設計方法以及土的抗沖蝕性研究中，也考慮了它的影響。

測定方法

直接抗拉試驗

岩石的直接抗拉試驗的試件如圖《抗拉試驗試件》所示，在試驗時將這種試樣的兩端固定在拉力機上，對試樣施加軸向掩力直至破壞，然後計算出試樣的抗拉強度：

式中，R_t——岩石抗拉強度；

抗拉試驗試件

P_r——試件破壞時的最大拉力；

A——試件中部的橫截面面積。

該方法的缺點是試樣製備困難，且不易與拉力機固定，在試件固定處附近又常常有應力集中現象，同時難免在試件兩端面有彎曲力矩。因此，這個方法用的並不多。

常用劈裂法（也稱巴西試驗法）測定岩石抗拉強度。

劈裂試驗

岩石的抗拉強度測試可以採用鋼材拉伸試驗的方法，但這種方法試件加工工藝複雜，因此，比較普遍地採用圓形試件進行劈裂試驗。岩石抗拉強度按下式計算：

式中：σ_t——岩石抗拉強度；

P——極限荷載；

d——試件直徑；

h——試件厚度。

這個方法的優點是簡單易行，只要有普通壓力機就可進行試驗，不需特殊設備，因此該方法獲得了廣泛套用。該方法缺點是這樣確定的岩石抗拉強度與直接拉伸試驗所得的強度有一定的差別。

岩石的抗拉強度比抗壓強度要小得多，抗拉強度(R_t)與抗壓強度(R_c)之間可考慮存在著某種線性關係，近似地表示為

式中，C_m——線性係數，在4~10範圍內變化，依據岩石的類型而定。

研究套用

水泥土單軸抗拉強度

對於水泥土抗拉強度研究，文獻成果還很少，原因在於研究手段不足。為了獲得水泥土更精準的直接抗拉強度及其變化規律，課題組自行設計了水泥土單軸拉伸儀，對黃土拌合的水泥土，進行了不同水泥摻量和齡期的單軸直接抗拉強度試驗研究。結論如下：

1.在水泥土乾密度、水泥摻量保持一定的條件下，單軸拉伸強度和極限應變隨齡期延長而增長，增長弧度逐漸減小並逐漸趨於穩定。

2.在水泥土齡期一定條件下，單軸拉伸強度和極限應變隨水泥摻量增加而增大，水泥摻量增大到10%左右，水泥土內部出現連續水泥網紋結構，單軸拉伸強度出現跳躍性增長。

3.不同情況的水泥土拉伸試樣，破壞時的極限應力和應變較素土都顯著增強，屬脆性斷裂拉伸破壞，水泥在水泥土固化過程中的作用猶如沉積岩中的膠結物作用，在土中加入水泥形成水泥土的過程，實際上是一種矽質膠結的人工快速造岩過程。

擊石土單軸抗拉強度

黏性土的抗拉強度數值相對較小，因此大多數情況下不必考慮，只是作為安全儲備。但在有些情況下，如作為理論或機理研究，需要考慮黏性土的抗拉強度。

土石壩心牆開裂問題、公路路基的裂縫變形等結構物或地基的設計需要對土體尤其是擊實黏土的抗拉強度有一定程度的了解。近十多年來，我國高土石壩發展迅速，對水力劈裂的判定提出了更高要求。裂縫或水力劈裂不僅可能引起滲漏，影響工程的正常運行，甚至可能危及大壩安全。因此，對土體抗拉特性的認識和抗拉強度的研究具有重要意義。

得出如下結論：

1．擊實礫質黏土的抗拉強度隨著擊實功和乾密度的增大而增大。

2．土體在由非飽和狀態變化到飽和狀態後，其抗拉強度顯著減小，總體趨勢是當非飽和試樣含水率較小時，飽和後抗拉強度減小的幅度較大。

3．在同一擊實功下，土體(塑性黏土)的抗拉強度隨著制樣(大於最優含水率時)含水率的增加而減小。在非飽和狀態時，減小的幅度較明顯，在試驗的含水率範圍內減幅達74%。飽和狀態時抗拉強度隨含水率的減幅稍低，也達到61%。實際上，這種抗拉強度的變化很大程度上有乾密度變化的影響。

4．對不同碾壓填土可能出現的受拉狀態，在室內進行拉伸變形或強度試樣時，宜根據情況選定拉伸方向與試樣擊實分層面平行或垂直。否則，可能與實際誤差較大。

制樣方法對重塑黃土單軸抗拉強度的影響

黃土地區地裂縫已成為一種嚴重的地質災害，研究其形成機制以及在後期工程活動中的工程特性，是很迫切的任務，在研究其形成機制時，需要對重塑黃土和原狀黃土分別做不同含水率下的拉伸破壞試驗。對於重塑黃土，為保證試驗結果的可靠性，需要保證每個試樣的均勻性、試樣間差異性很小、分層面對抗拉強度的影響很小。

對於單軸抗拉試驗而言，分層制樣時層面對其強度有影響，做重塑黃土單軸拉伸試驗時，為避免以往擊實法制樣時試樣中產生與試樣斷裂面平行的分層面，採用西北農林科技大學水利與建築工程學院土工實驗室自行研製的壓樣器進行水平壓制試驗所需試樣。

用兩種方法製備了重塑黃土，第1種制樣方法用標準擊樣法製取的重塑黃土三軸試樣，第2種制樣方法套用輕型擊實儀擊實得到大塊樣。對比其抗拉試驗，結果表明：

1.第2種方法製取的重塑樣層面與載入方向平行，強度較高。

2.第1種方法製取的重塑樣層面與載入方向垂直，強度較低，在抗拉強度測試中，破壞常從層面破壞，但其製取的各試樣之間抗拉強度差距較小。

3.試樣製取後，將其放入保濕缸中靜置2d可以削弱分層面為弱面的特性。