修正巴西圆盘试验的三维应力分布及其误差分析

岩石巴西圆盘试验是一种广泛应用于岩石力学研究和岩体工程实践中的间接测量岩石抗拉强度的方法。传统的巴西圆盘试验公式基于弹性力学中对心受压圆盘的解析解，已经使用了近30年，但它并不完全适用于所有情况。本文由喻勇和陈平合作，通过三维有限元分析软件Marc，对岩石圆盘试样进行深入的研究。 他们发现，尽管二维的巴西圆盘试样拉伸强度公式在横截面上的拉应力分布规律与实际情况类似，但实际应力值在试样厚度方向上并非恒定，而是随着距离试样边缘的远近逐渐增大，靠近端面的水平拉应力尤其显著。这对于高径比为1（即直径远大于厚度）且泊松比为0.25的典型圆盘试样来说，二维计算得出的抗拉强度会低估真实值，误差高达23.3%。 传统的直接拉伸方法在岩石材料中效果不佳，因为材料的脆性、试样制备难度以及两端应力集中和偏心受力问题。相比之下，巴西试验法由于其间接加载方式，减少了这些干扰因素，但之前的公式可能存在偏差。三维有限元分析则提供了更精确的应力分布模型，它能够捕捉到试样内部的复杂应力状态，从而提高抗拉强度估计的准确性。 在本研究中，作者使用Marc软件进行模拟，结合Matlab等工具处理和分析数据，揭示了巴西圆盘试验中空间拉应力分布的详细特性。这不仅对于改进岩石材料的力学性能评估具有重要意义，也为后续的岩石力学研究和工程设计提供了更为可靠的依据。因此，这项工作不仅是一篇首发论文，也是岩石力学领域的一个重要进展，提升了我们理解和预测岩石材料行为的能力。