岩土工程：岩石的力学性质试验.pdf

!“# 岩石的力学性质试验 !“#$抗压强度试验 试件在无侧限条件下受纵向荷载作用出现压缩破坏时，单位面积上所承受的重 力称为岩石的抗压强度，即试件破坏时的最大荷载与垂直于加荷方向的截面积之 比，按式 % & !“ & $ 计算。 ! “ # $( （% & !“ & $） 式中 ! 抗压强度（)*+） ； “ 试件破坏时的荷载（,-） ； # 试件承压面积（./0） 。 抗压强度按不同的试验目的分为：干燥试件抗压强度、饱和试件抗压强度、抗 冻试件抗压强度三种。它是反映岩石物理、力学性质的主要指标之一。 试验时可根据岩性、结构松软程度，选用 $(、!(、1(、$ (、0 ( ,- 的 万能试验机（简称压力机） 。将岩样按要求加工制备成一定规格尺寸的圆柱体或正 方体（长方体） ，磨平端面，测定其密度后，置于压力机上施加轴向荷载，即可求 得抗压强度值。 !“#0软化系数测定 即岩石在饱和状态下的抗压强度与干燥状态下的抗压强度之比值。按式 % & !“ & 0 计算。 $“ !% ! （% & !“ & 0） 式中 $“ 软化系数，$“2 (#3% 时称为易软化的岩石； 4(!$ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 岩土工程新技术实用全书 !“ 岩石饱和状态时的抗压强度（!“#） ； ! 岩石干燥状态时的抗压强度（!“#） 。 $%&$耐冻系数测定 岩石经过多次冻融循环后的干抗压强度与冻融试验前试件干抗压强度之比值。 按式 ( $% ( $ 计算。 # !) ! ! ! （ ( $% ( $） 式中 # ! 耐冻系数； ! ! 岩石经冻融循环后的抗压强度（!“#） ； ! 岩石干抗压强度（!“#） 。 $%&*弹性模量试验 岩石弹性模量试验是试件在纵向压力作用下，测定其纵向和横向变形量，据此 计算中岩石的弹性模量和泊松比。这两个指标可较全面地反映微裂隙的发育程度和 岩石的弹塑性状态及其变形特性，是岩体工程设计计算常用到的重要参数。 弹性模量是纵向压应力与纵向应变之比。一般规定用抗压强度的 +$ 作为应 力和该应力下的纵向应变值进行计算。根据需要，也可确定任何应力下的弹性模 量。 泊松比是横向应变与纵向应变之比。一般规定用抗压强度的 +$ 时的横向应 变值和纵向应变值计算。根据需要，也可求任何应力下的泊松比。 弹性模量的试验方法有，电阻应变仪法、杠杆引伸仪法和镜式引伸仪法等。其 中电阻应变仪法使用较普遍。 用电阻应变仪法测定时，弹性模量和泊松比按式 ( $% ( * 和式 ( $% ( 计 算。 %+)“ + #+ （ ( $% ( *） $)# &+ #+ （ ( $% ( ） 式中 %+ 弹性模量（!“#） ； %+$, ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇岩土工程试验与测试 !“ 相当于 !“!抗压强度的应力值（#$%） ； “!“ 应力为抗压强度 !“!时的应变值； # 泊松比； “!“ 应力为抗压强度 !“!时的横向应变值； “#!“ 应力为抗压强度 !“!时的纵向应变值。 &(!抗拉强度试验 抗拉强度的试验方法有两种，劈裂法和轴向拉伸法。 劈裂法是在圆柱体试件的直径方向施加相对的线性荷载，使之沿试件直径方向 破坏的试验。本方法不适用于软弱岩石。 抗拉强度按式 ! ) & ) * 计算。 $%+ ,& !“ -“ （! ) & ) *） 式中 $% 岩石抗拉强度（#$%） ； & 破坏时的最大荷重（./） ； “ 试件直径（01） ； 试件厚度（01） 。 轴向拉伸法是在圆柱体试件的两端施加相对的轴向拉力，使试件沿着软弱面被 拉断的一种试验。抗拉强度按式 ! ) & ) 2 计算。 $%+ & ( -“ （! ) & ) 2） 式中 ( 试件横截面积（01,） ； 其余符号同前。 &(*抗剪断强度试验 如图 ! ) & ) - 装置，岩石试件的着力面与荷载方向成一定角$时，平行于着 力面的切向分力作用所产生的最大抗剪应力，称为抗剪断强度。 试验目的是为了求出试件沿滑动面的正应力与剪应力的关系，为岩石边坡、隧 道、桥梁和支挡建筑物等基础稳定性检算提供参数。 试验成果计算整理如式 ! ) & ) 3 和式 ! ) & ) 。 “-&- ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 岩土工程新技术实用全书 ! ! “ （“#$“% # $&“） () （* + ,- + .） #! $ “ （$&“+ # “#$“） () （* + ,- + -） 式中! 剪断面上的正应力（/01） ； $ 破裂时的极限荷重（23） ； “ 剪切面积（“45） ； “ 加荷方向与剪断面法线方向的夹角（%） ； # 角模装置上的滚柱动摩擦系数（试验前实测求得） ； # 剪断面上的剪应力（/01） 。 将计算获得的每种角度下三组正应力和剪应力值，绘制#&!关系曲线，如图 * + ,- + 5所示，即为岩石抗剪强度包络线。 为了计算方便，可将图中的包络线简化为一直线或折线，按库化定律求得抗剪 强度参数 、$值，并注意相应的正应力区间。 图 * + ,- + (抗剪 断试验 图 * + ,- + 5#&!曲线图 #!61$% （* + ,- + ()） 式中$ 内摩擦角（%） ； 凝聚力，用图解法求得， （/01） ； 其余符号同前。 ,-78抗剪强度试验 岩石的抗剪强度是岩石对剪切破坏的极限抵抗能力。抗剪强度可采用直剪试验 或三轴试验测定。其原理和方法与土的直接剪切和三轴压缩试验相同，所不同的只 (,( ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇岩土工程试验与测试 是试件的制备方法和所采用的仪器有区别。 岩石直剪试验一般测定： !“ 混凝土与岩石胶结面的抗剪强度； #“ 岩石软弱结构面（包括夹泥和不夹泥的层面、节理裂隙面和断层带等）的 抗剪强度； $“ 岩石本身的抗剪强度。 $%“&冲击强度试验 岩石抵抗多次连续重复动荷重的弹性变形而不被破坏的性能，称为冲击强度 （又称韧度） 。 岩石用作砌筑堑坡坠石挡墙的