岩石物理学(地大)04第二章.pdf

岩石物理学与地震学系统岩石物理学与地震学系统 03岩石力学性质 03岩石力学性质 於文辉 教授於文辉 教授 wenhuiy 构造构造 各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式 各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式 粒间联结粒间联结 结晶联结结晶联结 矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起 它是 通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触 矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起 它是 通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触 胶结联结胶结联结 矿物颗粒通过胶结物联结在一起 硅质胶结 铁质 钙质 泥质胶结 矿物颗粒通过胶结物联结在一起 硅质胶结 铁质 钙质 泥质胶结 一 岩石的结构和构造一 岩石的结构和构造一 岩石的结构和构造一 岩石的结构和构造 结构结构 矿物颗粒的形状 大小和联结方式所决定的结构特征 矿物颗粒的形状 大小和联结方式所决定的结构特征 物理性质物理性质参数参数 质量指标质量指标容重 密度 比重容重 密度 比重 孔隙性孔隙性孔隙率 孔隙比孔隙率 孔隙比 水理性质水理性质含水率 吸水率 饱水率 渗透性含水率 吸水率 饱水率 渗透性 抗风化指标抗风化指标 膨胀性 崩解性 软化性 抗冻性膨胀性 崩解性 软化性 抗冻性 二 岩石的基本物理性质二 岩石的基本物理性质二 岩石的基本物理性质二 岩石的基本物理性质 V W W V 质量指标质量指标 容重和密度容重和密度 单位体积 包括岩石中孔隙体积 的重量称为单位体积 包括岩石中孔隙体积 的重量称为容 重 容 重 重度 unit weight 重度 unit weight 岩石容重的表达式 岩石容重的表达式 岩石容重 kN m岩石容重 kN m3 3 岩样的重量 kN 岩样的重量 kN 岩样的体积 m岩样的体积 m3 3 根据岩石的含水状况 将容重分为天然容重 干容重 和饱和容重 根据岩石的含水状况 将容重分为天然容重 干容重 和饱和容重 w d 岩石容重取决于组成岩石的矿物成分 孔隙发育程度及其 含水量 岩石容重的大小 在一定程度上反映出岩石力学 性质的优劣 岩石容重取决于组成岩石的矿物成分 孔隙发育程度及其 含水量 岩石容重的大小 在一定程度上反映出岩石力学 性质的优劣 测定岩石的容重可采用量积法 直接法 水中法或蜡封 法 具体采取何种方法 应根据岩石的性质和岩样形态来 确定 测定岩石的容重可采用量积法 直接法 水中法或蜡封 法 具体采取何种方法 应根据岩石的性质和岩样形态来 确定 岩石的岩石的密度密度定义为岩石单位体积 包括岩石中孔隙 体积 的质量 用表示 单位一般为kg m 定义为岩石单位体积 包括岩石中孔隙 体积 的质量 用表示 单位一般为kg m3 3 它与岩石 容重之间存在如下关系 式中 它与岩石 容重之间存在如下关系 式中 重力加速度 重力加速度 m s2 g g 质量指标质量指标 质量指标质量指标 比重比重specific gravity ws s s V W G s G 岩石的比重 岩石的比重 s W 岩石的干重量 岩石的干重量 kN s V 岩石的实体部分 不包括空隙 的体积 岩石的实体部分 不包括空隙 的体积 m3 w 1个大气压下 个大气压下40C时纯水的容重 时纯水的容重 kN m3 岩石的岩石的比重比重就是岩石的干重量除以岩石的实体积 不包括 岩石中孔隙体积 所得的量 就是岩石的干重量除以岩石的实体积 不包括 岩石中孔隙体积 所得的量 与1个大气压下4与1个大气压下40 0C时纯水的容重的比值 可由下式计算 C时纯水的容重的比值 可由下式计算 岩石的比重 在数值上等于其密度 它取决 于组成岩石的矿物比重及其在岩石中的相对 含量 岩石的比重 可采用比重瓶法进行测定 试 验时先将岩石研磨成粉末 烘干后用比重瓶 法测定 岩石的比重一般为2 5 2 8 岩石的比重 在数值上等于其密度 它取决 于组成岩石的矿物比重及其在岩石中的相对 含量 岩石的比重 可采用比重瓶法进行测定 试 验时先将岩石研磨成粉末 烘干后用比重瓶 法测定 岩石的比重一般为2 5 2 8 孔隙率孔隙率 孔隙性孔隙性 岩石试样中孔隙体积与岩石试样总体积的百分比称为岩石试样中孔隙体积与岩石试样总体积的百分比称为孔隙率孔隙率 porosity 可用下式表示 可用下式表示 100 V V V V 孔隙率 以百分比表示 孔隙率 以百分比表示 岩样的孔隙体积岩样的孔隙体积 m3 岩样的总体积岩样的总体积 m3 岩石的孔隙率也可根据干容重和比重计算 岩石的孔隙率也可根据干容重和比重计算 d s G ws d G 1 1 e 孔隙比孔隙比 s V V e 孔隙比孔隙比是指孔隙的体积与固体的体积的比值 其公式为 是指孔隙的体积与固体的体积的比值 其公式为 V s V 根据岩样中三相体的相互关系 孔隙比与孔隙率 存在着如下关系 根据岩样中三相体的相互关系 孔隙比与孔隙率 存在着如下关系 e 岩石三相简图岩石三相简图 Water Air Rock Va Vw Vs V V ma 0 mw ms m 质量体积质量体积 Vm 0m mmmm a as 已知关系五个 已知关系五个 剩下三个独立变量剩下三个独立变量 三相简图法三相简图法 物性指标是比例关系 物性指标是比例关系 可假设任一参数为可假设任一参数为1 实验室测定实验室测定其它指标其它指标 是一种简单而实用的方法是一种简单而实用的方法 共有九个参数共有九个参数 V V Vs VaV msm mam VVV VVVV a as 含水率 吸水率和饱水率含水率 吸水率和饱水率 水理性质水理性质 天然状态下岩石中水的重量天然状态下岩石中水的重量 w W与岩石烘干重量与岩石烘干重量 s W比值的百分率称为岩石的天然比值的百分率称为岩石的天然含水 率 含水 率 即 即 100 s w W W 2 8 岩石的 岩石的吸水率吸水率是指干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量是指干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量 w W与岩石 干重量 与岩石 干重量 s W之比的百分率 一般以之比的百分率 一般以 a 表示 即表示 即 100 0 s s s w a W WW W W 2 9 式中 式中 0 W 烘干岩样浸水 烘干岩样浸水 48 小时后的湿重 小时后的湿重 岩石的饱和吸水率亦称岩石的饱和吸水率亦称饱水率饱水率 是岩样在强制状态 是岩样在强制状态 真空 煮沸或高压真空 煮沸或高压 下 岩样的最下 岩样的最大大 吸入水的重量与岩样的烘干重量比值的百分率 以吸入水的重量与岩样的烘干重量比值的百分率 以 sa 表示 即表示 即 100 s sp sa W WW 2 10 式中 式中 p W 岩样饱和后的重量 其余符号同前 岩样饱和后的重量 其余符号同前 饱水率反映岩石中张开型裂隙和孔隙的发育情况 对岩石的抗冻性有较大的影响 饱水率反映岩石中张开型裂隙和孔隙的发育情况 对岩石的抗冻性有较大的影响 饱水系数饱水系数 w k是指岩石吸水率与饱水率比值的百分率 即是指岩石吸水率与饱水率比值的百分率 即 100 sa a w k 2 11 岩石的岩石的渗透性渗透性是指在水压力作用下 岩石的孔隙和裂隙透过水的能力 岩 石的渗透性可用渗透系数来衡量 渗透系数的物理意义是介质对某种特定 流体的渗透能力 因此 对于水在岩石中渗流来说 渗透系数的大小取决 于岩石的物理特性和结构特征 例如岩石中孔隙和裂隙的大小 开闭程度 以及连通情况等 是指在水压力作用下 岩石的孔隙和裂隙透过水的能力 岩 石的渗透性可用渗透系数来衡量 渗透系数的物理意义是介质对某种特定 流体的渗透能力 因此 对于水在岩石中渗流来说 渗透系数的大小取决 于岩石的物理特性和结构特征 例如岩石中孔隙和裂隙的大小 开闭程度 以及连通情况等 根据达西 根据达西 Darcy 定律 渗流速度与水力坡度成正比 定律 渗流速度与水力坡度成正比 Ugradkkiv D wCd k 2 w p zU 坚硬的花岗岩 致密的石灰岩的渗透系数低于10坚硬的花岗岩 致密的石灰岩的渗透系数低于10 10 10厘米 秒 砂岩 多裂隙的页岩的渗透系数大于10 厘米 秒 砂岩 多裂隙的页岩的渗透系数大于10 3 3厘米 秒 厘米 秒 岩石的渗透性岩石的渗透性permeability 岩石的岩石的膨胀性膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质 某些含粘土矿物是指岩石浸水后体积增大的性质 某些含粘土矿物 如蒙脱 石 水云母及高岭石 如蒙脱 石 水云母及高岭石 成分的软质岩石 经水化作用后在粘土矿物的晶格内 部或细分散颗粒的周围生成结合水溶剂腔 成分的软质岩石 经水化作用后在粘土矿物的晶格内 部或细分散颗粒的周围生成结合水溶剂腔 水化膜水化膜 并且在相邻近的颗粒 间产生楔劈效应 当楔劈作用力大于结构联结力 岩石显示膨胀性 并且在相邻近的颗粒 间产生楔劈效应 当楔劈作用力大于结构联结力 岩石显示膨胀性 岩石膨胀性大小一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示 目前国内大多采用 土的固结仪和膨胀仪测定岩石的膨胀性 测定岩石膨胀力和膨胀率的试验 方法常用的有平衡加压法 压力恢复法和加压膨胀法 岩石膨胀性大小一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示 目前国内大多采用 土的固结仪和膨胀仪测定岩石的膨胀性 测定岩石膨胀力和膨胀率的试验 方法常用的有平衡加压法 压力恢复法和加压膨胀法 膨胀压力曲线膨胀压力曲线 自由膨胀率 无约束条件下 浸 水后膨胀变形与原尺寸之比 轴向自由膨胀 径向自由膨胀 自由膨胀率 无约束条件下 浸 水后膨胀变形与原尺寸之比 轴向自由膨胀 径向自由膨胀 HHV H DDV D 岩石的膨胀性岩石的膨胀性 抗风化指标抗风化指标 干湿循环测定仪 1 圆筒 2 轴 3 水槽 干湿循环测定仪 1 圆筒 2 轴 3 水槽 岩石的崩解性岩石的崩解性disintegration 岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧 失强度的松散物质的性能 这种现象是由于水化过程中削弱了岩 石内部的结构联结引起的 常见于由可溶盐和粘土质胶结的沉积 岩地层中 岩石崩解性一般用岩石的耐崩解性指数表示 这个指 标可以在实验室内做干湿循环试验确定 试验时 将烘干的试块 约500g 分成10份 放入带有筛孔的圆 筒内 使圆筒在水槽中以20r s速度连续转10分钟 然后将留在 圆筒内的石块取出烘干称重 如此反复进行两次 按试验前的试 件烘干质量和残留在筒内的试件烘干质量计算耐崩解性指数 岩石的岩石的软化性软化性是指岩石与水相互作用时强度降低的特性 软化作用的机理也是由于水 分子进入粒间间隙而削弱了粒间联结造成的 岩石的软化性与其矿物成分 粒间联结方式 孔隙率以及微裂隙发育程度等因素有关 大部分未经风化的结晶岩在水中不易软化 许多 沉积岩如粘土岩 泥质砂岩 泥灰岩以及蛋白岩 硅藻岩等则在水中极易软化 是指岩石与水相互作用时强度降低的特性 软化作用的机理也是由于水 分子进入粒间间隙而削弱了粒间联结造成的 岩石的软化性与其矿物成分 粒间联结方式 孔隙率以及微裂隙发育程度等因素有关 大部分未经风化的结晶岩在水中不易软化 许多 沉积岩如粘土岩 泥质砂岩 泥灰岩以及蛋白岩 硅藻岩等则在水中极易软化 岩石的软化性高低一般用软化系数表示 岩石的软化性高低一般用软化系数表示 软化系数软化系数是岩样饱水状态下的抗压强度与干 燥状态的抗压强度的比值 即 是岩样饱水状态下的抗压强度与干 燥状态的抗压强度的比值 即 cw c c R R 2 12 式中 式中 c 岩石的软化系数 岩石的软化系数 cw R 岩样在饱水状态下的抗压强度 岩样在饱水状态下的抗压强度 kPa c R 干燥岩样的抗压强度 干燥岩样的抗压强度 kPa 岩石的软化性岩石的软化性 softening coefficient 岩石的抗冻性岩石的抗冻性frost resistance 岩石抵抗冻融破坏的性能称为岩石的岩石抵抗冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性抗冻性 岩石的抗冻性通常用抗冻系数来表示 岩石的抗冻性通常用抗冻系数来表示 岩石的抗冻系数是指岩样在 岩石的抗冻系数是指岩样在 25 的温度区间内 反复降温 冻结 升温 融解 其 抗压强度有所下降 岩样抗压强度的下降值与冻融前的抗压强度的比值 用百分率表示 即 的温度区间内 反复降温 冻结 升温 融解 其 抗压强度有所下降 岩样抗压强度的下降值与冻融前的抗压强度的比值 用百分率表示 即 100 ccf f c RR c R 2 13 式中 式中 f c 岩石的抗冻系数 岩石的抗冻系数 Rc 岩样冻融前的抗压强度 岩样冻融前的抗压强度 kPa Rcf 岩样冻融前的抗压强度 岩样冻融前的抗压强度 kPa 岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因 一是构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同 当温度变化时 由于矿物的胀缩不均而导致岩石结构的破坏 一是当温度降低到 岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因 一是构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同 当温度变化时 由于矿物的胀缩不均而导致岩石结构的破坏 一是当温度降低到 0 以下时 岩石孔隙中的水将结冰 其体积增大约 以下时 岩石孔隙中的水将结冰 其体积增大约 9 会产生很大的膨胀压力 使岩石的结构发生改 变 直至破坏 会产生很大的膨胀压力 使岩石的结构发生改 变 直至破坏 常见岩石的物理性质指标值常见岩石的物理性质指标值 岩石的力学性质岩石的力学性质 岩石的强度 岩石的强度 岩石抵抗外力作用的能力 岩石破坏时 能够承受的最大应力 岩石抵抗外力作用的能力 岩石破坏时 能够承受的最大应力 a 单向抗压强度 b 单向抗拉强度 c 剪切强度 d 三轴抗压强度 a 单向抗压强度 b 单向抗拉强度 c 剪切强度 d 三轴抗压强度 破坏方式破坏方式 脆性破坏脆性破坏 塑性破坏 延性破坏 塑性破坏 延性破坏 拉破坏拉破坏 剪切破坏剪切破坏 受力状态 岩石的变形 岩石的变形 岩石在外力作用下发生形态 形状 体 积 的变化 岩石在外力作用下发生形态 形状 体 积 的变化 a 单向压缩变形 b 反复加载变形 c 三轴压缩变形 d 剪切变形 a 单向压缩变形 b 反复加载变形 c 三轴压缩变形 d 剪切变形 引自陈颙 2010 在长期地质历史时期作用下 岩石产生的变形在长期地质历史时期作用下 岩石产生的变形 引自陈颙 引自陈颙 引自陈颙 2010 岩石强度与外力性质 作用方式与状态有关 岩石强度与外力性质 作用方式与状态有关 a 外力性质 动载荷 静载荷外力性质 动载荷 静载荷 b 外力方式 拉伸 压缩 剪切外力方式 拉伸 压缩 剪切 C 应力状态 单向 双向 三向应力状态 单向 双向 三向 一 单轴抗压强度 一 单轴抗压强度 c 1 定义1 定义 岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受 的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度 岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受 的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度 Uniaxial compressive strength 或称非限制性抗压强度或称非限制性抗压强度 unconfined compressive strength 试 样 pc A A pc c 2 意义2 意义 a 衡量岩块基本力学性质的重要指标 b 岩体工程分类 建立岩体破坏判据的重要指标 c 用来大致估算其他强度参数 a 衡量岩块基本力学性质的重要指标 b 岩体工程分类 建立岩体破坏判据的重要指标 c 用来大致估算其他强度参数 3 测定方法3 测定方法 抗压强度试验 抗压强度试验 计算公式计算公式 伺服机试验结果 常规压力机 常见岩石的抗压强度常见岩石的抗压强度 15 3035 507 20 100 250大理岩大理岩 20 6050 6010 30 150 350 石英岩石英岩 20 5035 5015 25 80 250白云岩白云岩 20 6048 5510 30 150 300 玄武岩玄武岩 10 5035 505 20 50 200石灰岩石灰岩 25 6055 6015 35 200 350 辉绿岩辉绿岩 8 5035 502 15 10 150砾岩砾岩 10 5050 5515 36 180 300 辉长岩辉长岩 8 4035 504 25 20 200砂岩砂岩 3 2015 302 10 10 100页岩页岩 10 4045 5010 20 100 250 安山岩安山岩 2 2045 607 15 60 200板岩板岩 10 5053 5510 25 100 250 闪长岩闪长岩 1 2026 651 10 10 100千枚岩 片岩 千枚岩 片岩 10 5045 6015 30 180 300 流纹岩流纹岩 3 530 505 20 50 200片麻岩片麻岩 14 5045 607 25 100 250 花岗岩花岗岩 内聚力内聚力 MPa 摩擦角摩擦角 抗拉 强度 抗拉 强度 MPa 抗压强度抗压强度 MPa 岩石 名称 岩石 名称 内聚力内聚力 MPa 摩擦角摩擦角 抗拉强 度 抗拉强 度 MPa 抗压强度抗压强度 MPa 岩石 名称 岩石 名称 4 破坏形式4 破坏形式 1 X状共轭斜面剪切破坏 是最常见的破坏形式 2 单斜面剪切破坏 这种破坏也是剪切破坏 3 塑性流动变形 线应变 10 4 拉伸破坏 在轴向压应力作用下 在横向将产生拉应力 这是泊松效应的结果 这种类型的破坏就是横向拉应力超过岩石 抗拉极限所引起的 1 X状共轭斜面剪切破坏 是最常见的破坏形式 2 单斜面剪切破坏 这种破坏也是剪切破坏 3 塑性流动变形 线应变 10 4 拉伸破坏 在轴向压应力作用下 在横向将产生拉应力 这是泊松效应的结果 这种类型的破坏就是横向拉应力超过岩石 抗拉极限所引起的 1 2 34 5 水对抗压强度的影响5 水对抗压强度的影响 软化系数软化系数 岩石的软化系数 饱和岩石抗压强度 岩石的软化系数 饱和岩石抗压强度 b b与干燥岩石抗压强度 与干燥岩石抗压强度 c c之比之比 b c 1 常见岩石的抗压强度常见岩石的抗压强度 15 3035 507 20 100 250大理岩大理岩 20 6050 6010 30 150 350 石英岩石英岩 20 5035 5015 25 80 250白云岩白云岩 20 6048 5510 30 150 300 玄武岩玄武岩 10 5035 505 20 50 200石灰岩石灰岩 25 6055 6015 35 200 350 辉绿岩辉绿岩 8 5035 502 15 10 150砾岩砾岩 10 5050 5515 36 180 300 辉长岩辉长岩 8 4035 504 25 20 200砂岩砂岩 3 2015 302 10 10 100页岩页岩 10 4045 5010 20 100 250 安山岩安山岩 2 2045 607 15 60 200板岩板岩 10 5053 5510 25 100 250 闪长岩闪长岩 1 2026 651 10 10 100千枚岩 片岩 千枚岩 片岩 10 5045 6015 30 180 300 流纹岩流纹岩 3 530 505 20 50 200片麻岩片麻岩 14 5045 607 25 100 250 花岗岩花岗岩 内聚力内聚力 MPa 摩擦角摩擦角 抗拉 强度 抗拉 强度 MPa 抗压强度抗压强度 MPa 岩石 名称 岩石 名称 内聚力内聚力 MPa 摩擦角摩擦角 抗拉强 度 抗拉强 度 MPa 抗压强度抗压强度 MPa 岩石 名称 岩石 名称 二 岩石单轴抗拉强度二 岩石单轴抗拉强度 定义 定义 岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最 大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度 Tensile strength 岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最 大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度 Tensile strength 试件在拉伸荷载作用下的破坏通常是沿其横截面的断裂破 坏 岩石的拉伸破坏试验分直接试验和间接试验两类 试件在拉伸荷载作用下的破坏通常是沿其横截面的断裂破 坏 岩石的拉伸破坏试验分直接试验和间接试验两类 直接拉伸试验加载和试件示意图直接拉伸试验加载和试件示意图 计算公式 计算公式 破坏时的最大 轴向拉伸荷载 Pt 除以试件 的横截面积 A t Pt A 直接拉伸试验加载和试件示意图 续 直接拉伸试验加载和试件示意图 续 间接拉伸试验加载和试件示意图间接拉伸试验加载和试件示意图 巴西试验法 Brazilian test 俗称劈裂试验法 试件 巴西试验法 Brazilian test 俗称劈裂试验法 试件 为一岩石圆盘 加载方式如图所示 实际上荷载是沿 着一条弧线加上去的 但孤高不能超过圆盘直径的1 20 应力分布 应力分布 圆盘在压应力的作用下 沿圆盘直径y圆盘在压应力的作用下 沿圆盘直径y y的应力分布 和x y的应力分布 和x x方向均为压应力 而离开边缘后 沿yx方向均为压应力 而离开边缘后 沿y y方向仍为压应 力 但应力值比边缘处显著减少 并趋于均匀化 x y方向仍为压应 力 但应力值比边缘处显著减少 并趋于均匀化 x x方向变成 拉应力 并在沿y x方向变成 拉应力 并在沿y y的很长一段距离上呈均匀分布状态 y的很长一段距离上呈均匀分布状态 破坏原因 破坏原因 虽然拉应力值比压应力值低很多 但由于岩石的抗拉 强度很低 所以试件还是由于x方向的拉应力而导致试件沿直径的 劈裂破坏 破坏是从直径中心开始 然后向两端发展 反映了岩 石的抗拉强度比抗压强度要低得多的事实 虽然拉应力值比压应力值低很多 但由于岩石的抗拉 强度很低 所以试件还是由于x方向的拉应力而导致试件沿直径的 劈裂破坏 破坏是从直径中心开始 然后向两端发展 反映了岩 石的抗拉强度比抗压强度要低得多的事实 15 3035 50 7 20 100 2 50 大理岩大理岩20 6050 60 10 30 150 350石英岩石英岩 20 5035 50 15 25 80 25 0 白云岩白云岩20 6048 55 10 30 150 300玄武岩玄武岩 10 5035 50 5 20 50 20 0 石灰岩石灰岩25 6055 60 15 35 200 350辉绿岩辉绿岩 8 5035 50 2 15 10 15 0 砾岩砾岩10 5050 55 15 36 180 300辉长岩辉长岩 8 4035 50 4 25 20 20 0 砂岩砂岩 3 2015 30 2 10 10 10 0 页岩页岩10 4045 50 10 20 100 250安山岩安山岩 2 2045 60 7 15 60 20 0 板岩板岩10 5053 55 10 25 100 250闪长岩闪长岩 1 2026 65 1 10 10 10 0 千枚岩 片岩 千枚岩 片岩 10 5045 60 15 30 180 300流纹岩流纹岩 3 530 50 5 20 50 20 0 片麻岩片麻岩14 5045 60 7 25 100 250花岗岩花岗岩 内聚力内聚力 MPa 摩擦角摩擦角 抗拉强 度 抗拉强 度 MPa 抗压 强度 抗压 强度 MPa 岩石 名称 岩石 名称 内聚力内聚力 MPa 摩擦角摩擦角 抗拉强 度 抗拉强 度 MPa 抗压强 度 抗压强 度 MPa 岩石 名称 岩石 名称 影响因素影响因素 结构面的影响 裂隙 空隙 岩石中含有大量的微裂隙和孔隙 岩块抗拉强度 受其影响很大 直接削弱了岩块的抗拉强度 相对而 言 空隙对岩块抗压强度的影响就小得多 因此 岩 块的抗拉强度一般远小于其抗压强度 0 1760 06 0 11石 英 岩石 英 岩 0 090 080 02 0 08花 岗 岩花 岗 岩 0 2720 08 0 226大 理 岩大 理 岩 0 150 08 0 100 01 0 067石 灰 岩石 灰 岩 0 06 0 190 06 0 440 02 0 17砂岩砂岩 0 1 0 240 33 0 5450 09 0 18砂质页岩砂质页岩 0 22 0 510 25 0 480 06 0 325页岩页岩 0 25 0 50 009 0 06煤煤 抗弯强度抗弯强度抗剪强度抗剪强度抗拉强度抗拉强度 与抗压强度的比值与抗压强度的比值 岩石名称岩石名称 通常把抗压强度与抗拉强度的比值 称为 通常把抗压强度与抗拉强度的比值 称为脆性度脆性度 用以表征岩石的脆性程度 用以表征岩石的脆性程度 三 抗剪切强度三 抗剪切强度 定义 定义 岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称 为岩石的抗剪切强度 Shear strength 岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称 为岩石的抗剪切强度 Shear strength 剪切强度试验分为剪切强度试验分为非限制性非限制性剪切强度试验 Unconfined shear strength test 和 剪切强度试验 Unconfined shear strength test 和限制性限制性剪切强度试验 Confined shear strength test 二类 剪切强度试验 Confined shear strength test 二类 非限制性剪切试验在剪切面上非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力只有剪应力存在 没有正应力存在 限制性剪切试验在剪切面上除了 存在 没有正应力存在 限制性剪切试验在剪切面上除了存在剪应力外 还存在正应力存在剪应力外 还存在正应力 Ctg C jj Ctg 2 类型 2 类型 2 抗切强度 抗切强度 指试件上的法向应力为零时 沿预定剪切面剪断时 的最大剪应力 3 摩擦强度 摩擦强度 指试件在一定的法向应力作用下 沿已有已有破裂面 层面 节理等 再次剪切破坏时的 最大剪应力 1 抗剪断强度 抗剪断强度 指试件在一定的法向应力作用下 沿预定预定剪切面 剪断时的最大剪应力 3 意义 3 意义 反映岩块的力学性质的重要指标 用来估算岩体力学参数及建立 强度判据 15 3035 50 7 20100 250大理岩大理岩 20 6050 60 10 30150 350石英岩石英岩 20 5035 50 15 2580 250白云岩白云岩 20 6048 55 10 30150 300玄武岩玄武岩 10 5035 50 5 2050 200石灰岩石灰岩 25 6055 60 15 35200 350辉绿岩辉绿岩 8 5035 50 2 1510 150砾岩砾岩 10 5050 55 15 36180 300辉长岩辉长岩 8 4035 50 4 2520 200砂岩砂岩 3 2015 30 2 1010 100页岩页岩 10 4045 50 10 20100 250安山岩安山岩 2 2045 60 7 1560 200板岩板岩 10 5053 55 10 25100 250闪长岩闪长岩 1 2026 65 1 1010 100千枚岩 片岩 千枚岩 片岩 10 5045 60 15 30180 300流纹岩流纹岩 3 530 50 5 2050 200片麻岩片麻岩 14 5045 60 7 25100 250花岗岩花岗岩 内聚力内聚力 MPa 摩擦 角 摩擦 角 抗拉强 度 抗拉强 度 MPa 抗压强 度 抗压强 度 MPa 岩石 名称 岩石 名称 内聚 力 内聚 力 MPa 摩擦 角 摩擦 角 抗拉强 度 抗拉强 度 MPa 抗压强 度 抗压强 度 MPa 岩石 名称 岩石 名称 常见岩石的剪切强度常见岩石的剪切强度 四 三轴抗压强度四 三轴抗压强度 定义 定义 岩石在三向压缩荷载作用下 达到破坏时所能承受的最大 压应力称为岩石的三轴抗压强度 Triaxial compressive strength 岩石在三向压缩荷载作用下 达到破坏时所能承受的最大 压应力称为岩石的三轴抗压强度 Triaxial compressive strength 与单轴压缩试验相比 试件除受轴向压力外 还受侧向压力 侧 向压力限制试件的横向变形 因而三轴试验是 与单轴压缩试验相比 试件除受轴向压力外 还受侧向压力 侧 向压力限制试件的横向变形 因而三轴试验是限制限制性抗压强度 confined compressive strength 试验 性抗压强度 confined compressive strength 试验 实验加载方式实验加载方式 真三轴加载 试件为立方体 加载方式如图所示 真三轴加载 试件为立方体 加载方式如图所示 应力状态 应力状态 1 1 2 2 3 3 这种加载方式试验装置繁杂 且六个面均可受到由加压铁板所引 起的 这种加载方式试验装置繁杂 且六个面均可受到由加压铁板所引 起的摩擦力 对试验结果有很大影响摩擦力 对试验结果有很大影响 因而实用意义不大 故极 少有人做这样的三轴试验 因而实用意义不大 故极 少有人做这样的三轴试验 真三轴 真三轴 1 1 2 2 3 3 假三轴试验 试件为圆柱体 试件直径25 150mm 长度与 直径之比为2 1或3 1 加载方式如图所示 轴向压力的加 载方式与单轴压缩试验时相同 由于有了侧向压力 其加载上时的 假三轴试验 试件为圆柱体 试件直