岩石力学第3章 岩石的强度ppt课件

1、 1 实验内容包括：岩石物理力学性质、岩体强度、岩体变形、岩体应力测试、岩石声波测试以及工程岩体观测等 2 实验任务思绪：在详细了解工程规模、工程地质条件、设计意图、建筑物特点和施工方法的根底上进展，实验内容、实验方法、实验数量应与工程建立的各个勘察设计阶段的深度相顺应。 3 各阶段应符合的规定 规划：充分参照类似工程，少量岩块实验。 可研：对工程单元岩块实验和现场岩体声波测试 初设：定出关键岩石力学问题，深化实验研讨 技施：对审后新发现的地质和新提出的岩石问题 以及加固处置需求，进展专门性岩石实验 施工运转：对主要建筑物部位岩体进展原位观测 实验前搜集分析地质资料，结合设计勘察编制岩石实验大

2、纲，执行中可根据变化进展调整修正 4 实验大纲内容 工程概略及地质条件 水工建筑物特点和主要岩石力学问题 实验目的、实验内容和技术要求方法、数量等 实验布置代表性 仪器设备和人员安排 方案进度 提交的实验成果实验报告 实验成果的整理和分析要在了解建筑物布置方案、工程建筑类型、持力方向、荷载大小以及地基、边坡和地下洞室岩体工程地质条件与设计技术要求根底上，对资料逐项检查核对，分析其代表性、规律性和合理性，并按照岩体类别、工程地质单元、区段或层位进展归类、数理统计和综合分析，提出实验成果规范值。 5 规范值的选取 密度、单轴抗压强度、抗拉强度、点荷载强度、波速等物理参数取算术平均值 岩体变形模量用

3、原位变形实验成果算术平均值 软岩承载力取极限承载力的1/3与比例界限二者的小值，无取1/5-1/10RC饱和或三轴实验；巩固岩、中硬岩1/20-1/25、1/10-1/20 RC饱和 岩体抗剪断强度对脆性破坏岩体取剩余和比例界限二者的小值；塑性破坏用屈服强度参数 硬性构造面抗剪断强度用剩余强度参数平均值 软性构造面抗剪断强度用峰值强度参数小值平均第一节 概述第二节 岩石的破坏方式第三节 岩石的抗压强度第四节 岩石的抗拉强度第五节 岩石的抗剪强度第六节 岩石的破坏准那么第七节 岩石中水对强度的影响第八节 岩体强度分析第九节 构造面方位对强度的影响第十节 构造面粗糙程度对强度的影响 岩石的强度是指

4、荷载作用下岩石的抵抗破坏的才干。岩石的强度是指荷载作用下岩石的抵抗破坏的才干。 从广义来分从广义来分 岩石分为岩块和岩体，谈到岩石的强岩石分为岩块和岩体，谈到岩石的强度应分清是岩块的强度完好岩石和岩体多节度应分清是岩块的强度完好岩石和岩体多节理岩石的强度。普通情况岩石的强度指岩石试件理岩石的强度。普通情况岩石的强度指岩石试件实验所得出的，实践代表岩体内岩块的强度。实验所得出的，实践代表岩体内岩块的强度。 岩体的强度由以下三个要素决议岩体的强度由以下三个要素决议 1、岩石本身的强度。矿物组成和结晶情况、岩石本身的强度。矿物组成和结晶情况 2、岩体内构造面情况。节理、裂隙、层理、断、岩体内构造面情

5、况。节理、裂隙、层理、断层关系和影响程度层关系和影响程度 3、构造面与工程的相对关系。、构造面与工程的相对关系。 详细是哪个要素起作用要详细情况详细分析：详细是哪个要素起作用要详细情况详细分析： A：巩固岩石，岩块强度高，脆弱构造面强度低，：巩固岩石，岩块强度高，脆弱构造面强度低，岩体的强度由构造面的强度和产状决议。岩体的强度由构造面的强度和产状决议。 B：岩性脆弱，岩块强度低，脆弱构造面显的不：岩性脆弱，岩块强度低，脆弱构造面显的不突出，岩体的强度由岩石和脆弱构造面两者的差突出，岩体的强度由岩石和脆弱构造面两者的差值来决议值来决议, 差值很小时，就由岩石强度决议。差值很小时，就由岩石强度决议

6、。 C：岩体周围受较大应力时，与应力方向有关，：岩体周围受较大应力时，与应力方向有关，情况复杂。情况复杂。 岩石具有不均匀特性岩石具有不均匀特性,这是由于岩块内也存在微构这是由于岩块内也存在微构造面，所以岩石试样结果具有分散性，普通要求造面，所以岩石试样结果具有分散性，普通要求室内试样几个为一组室内试样几个为一组,将其所得到的结果进展统计将其所得到的结果进展统计分析后取值。分析后取值。 岩石的破坏方式分三种：脆性破坏、延性岩石的破坏方式分三种：脆性破坏、延性破坏、弱面剪切破坏破坏、弱面剪切破坏 A 脆性破坏程度面脆性、垂直面脆性、脆性破坏程度面脆性、垂直面脆性、脆性剪切破坏脆性剪切破坏 大多数

7、巩固岩石在一定条件下都表现出脆大多数巩固岩石在一定条件下都表现出脆性破坏的性质。也就是说，这些岩石在荷性破坏的性质。也就是说，这些岩石在荷载作用下没有显著觉察的变形就忽然破坏。载作用下没有显著觉察的变形就忽然破坏。产生这种破坏的缘由能够是岩石中裂隙发产生这种破坏的缘由能够是岩石中裂隙发生和开展的结果。生和开展的结果。(地下洞室开挖洞顶的张地下洞室开挖洞顶的张裂隙裂隙) B 延性破坏延性破坏 岩石在破坏之前变形很大，且没有明显的破坏荷载，岩石在破坏之前变形很大，且没有明显的破坏荷载，表现出显著的塑性变形，流动或挤出，这种破坏称表现出显著的塑性变形，流动或挤出，这种破坏称为延性或韧性破坏。塑性变形

8、是岩石内结晶晶格錯为延性或韧性破坏。塑性变形是岩石内结晶晶格錯位的结果。在一些脆弱岩石中这种破坏较为常见。位的结果。在一些脆弱岩石中这种破坏较为常见。(洞室的底部岩石隆起，两侧围岩向洞内膨胀洞室的底部岩石隆起，两侧围岩向洞内膨胀) C 弱面剪切破坏弱面剪切破坏 岩体中存在着许多脆弱构造面，细微裂隙等弱面，岩体中存在着许多脆弱构造面，细微裂隙等弱面，在荷载作用下，弱面上的剪应力一旦超越弱面的抗在荷载作用下，弱面上的剪应力一旦超越弱面的抗剪强度时，岩体将弱面剪切破坏，致使岩体产生滑剪强度时，岩体将弱面剪切破坏，致使岩体产生滑移。节理岩体中的地下洞室顶部岩块崩塌，洞侧移。节理岩体中的地下洞室顶部岩块

9、崩塌，洞侧岩石的滑动、岩坡沿脆弱面的失稳岩石的滑动、岩坡沿脆弱面的失稳 岩石的三种破坏方式岩石的三种破坏方式 实验阐明，岩石在破坏前后的应力实验阐明，岩石在破坏前后的应力- -应变关系比金应变关系比金属资料复杂得多，岩石终究属于脆性资料还是属属资料复杂得多，岩石终究属于脆性资料还是属于塑性资料，这不仅取决与岩性，且受应力形状，于塑性资料，这不仅取决与岩性，且受应力形状，地温，受荷时间等多种要素的影响。例：巩固地温，受荷时间等多种要素的影响。例：巩固岩石普通属于脆性破坏，但在两向或三向受力较岩石普通属于脆性破坏，但在两向或三向受力较大的情况下，或者在高温的影响下，也能够延性大的情况下，或者在高温

10、的影响下，也能够延性破坏破坏 实践的荷载方式是多种多样的，它使任何单一的实践的荷载方式是多种多样的，它使任何单一的岩石破坏方式都不会居主要的位置。在荷载作用岩石破坏方式都不会居主要的位置。在荷载作用下，岩体实践的破坏情况是相当复杂的，它能够下，岩体实践的破坏情况是相当复杂的，它能够是由上述的一种或多种破坏方式。是由上述的一种或多种破坏方式。 岩石的抗压强度是岩石试件在单轴压力下抵抗破岩石的抗压强度是岩石试件在单轴压力下抵抗破坏的极限才干，或极限强度在数值上等于破坏时坏的极限才干，或极限强度在数值上等于破坏时的最大压应力。分饱和和天然形状的最大压应力。分饱和和天然形状 岩石的抗压强度：现场取样岩

11、石的抗压强度：现场取样-入实验室入实验室-样品成型样品成型-试件试件-压力机压力机-加压实验测定加压实验测定-结果统计分析结果统计分析-取值。取值。 试件试件圆柱形、立方形。圆柱形、立方形。 试件尺寸：圆柱形试件尺寸：圆柱形直径直径D=5cm、7cm 立方状立方状5cm5cm、7cm7cm 试件高度试件高度h该当满足以下条件该当满足以下条件 圆柱体：圆柱体： 立方体：立方体： 试件两端该当平整光滑，端面三相平行与试件两端该当平整光滑，端面三相平行与柱体轴线垂直。对于圆柱形试件，沿试件柱体轴线垂直。对于圆柱形试件，沿试件各截面的直径误差应不大于各截面的直径误差应不大于0.3mm，两端，两端面不平

12、行度最大不超越面不平行度最大不超越0.05mm，实验时以，实验时以每秒每秒0.5MPa-0.8MPa的加荷速率加荷直至的加荷速率加荷直至试件破坏，实验结果按下式计算抗压强度：试件破坏，实验结果按下式计算抗压强度： Rc-岩石单轴抗压强度岩石单轴抗压强度(MPa) P-岩石试件破坏时的荷载岩石试件破坏时的荷载(MN) A-试件的横断面面积试件的横断面面积(m2) 表3-1 岩石的单轴抗压强度和抗拉强度 影响岩石的抗压强度的要素很多，这些要素可分为两方面： 1 岩石本身的要素，如矿物成分、结晶程度颗粒大小、颗粒联接及胶结情况、密度、裂隙的特性和方向、风化程度和含水情况等。 2 实验方法上的要素或人

13、为要素，如试件外形、尺寸、大小，试件加工情况和加荷速率等 各要素的影响见书中P33-34 岩石的抗拉强度就是岩石试件在单轴岩石的抗拉强度就是岩石试件在单轴拉力作用下抵抗破坏的极限才干。或拉力作用下抵抗破坏的极限才干。或者说极限强度在数值上等于破坏时的者说极限强度在数值上等于破坏时的最大拉应力。最大拉应力。 岩石的抗拉强度比其抗压强度低得多。岩石的抗拉强度比其抗压强度低得多。 测定岩石抗拉强度有两种方法，即直测定岩石抗拉强度有两种方法，即直接拉伸法和劈裂法也称巴西实验接拉伸法和劈裂法也称巴西实验法。法。 2 劈裂法实验：劈裂法是在圆柱体试样的直径方劈裂法实验：劈裂法是在圆柱体试样的直径方向上，施

14、加相对的线形荷载使试样沿该直径平面向上，施加相对的线形荷载使试样沿该直径平面破坏的实验。实验采用压力机加压，采用直径破坏的实验。实验采用压力机加压，采用直径D=5cm，厚度，厚度l=(0.5-1)D的规范圆柱体，以的规范圆柱体，以0.29MPa/s-0.49MPa/s的加载速率沿某不断径的的加载速率沿某不断径的两端施加相对的压荷载，加压前须在直径两端设两端施加相对的压荷载，加压前须在直径两端设置垫条，以便压力沿垫条成均布线荷载作用于试置垫条，以便压力沿垫条成均布线荷载作用于试样的厚度样的厚度l上，逐渐加大压力直到试样沿该直径平上，逐渐加大压力直到试样沿该直径平面裂开。面裂开。 根据弹性力学知识

15、，可以近似地计算岩样的抗拉强度为： 优点：实验简单易行，仅用普通的压力机即可， 可广泛运用。缺陷：实验结果与直接拉伸法存在差别。实验可知，岩石的抗拉强度极限大致仅为同类岩石抗拉强度的1/10-1/30，最巩固的岩石的抗拉强度也只需29.6MPa左右，而许多岩石的抗拉强度小于1.96MPa。表3-1为某些岩石的抗拉强度供参考。 岩石的抗拉实验：实验原理、仪器构造、数据处置 岩石抗剪强度是岩石抵抗剪切破坏的极限才干，常岩石抗剪强度是岩石抵抗剪切破坏的极限才干，常以凝聚力以凝聚力C和内摩擦角和内摩擦角这两个剪切参数表示。抗剪这两个剪切参数表示。抗剪强度是岩石力学中重要的目的之一。强度是岩石力学中重要

16、的目的之一。 工程上需求测定的抗剪强度大致有以下三种：工程上需求测定的抗剪强度大致有以下三种： 岩石岩体的抗剪强度岩石岩体的抗剪强度 岩体脆弱构造面的抗剪强度岩体脆弱构造面的抗剪强度 混凝土与岩石胶结面的抗剪强度混凝土与岩石胶结面的抗剪强度 岩石的抗剪强度目的常用直剪实验、楔型剪真实验岩石的抗剪强度目的常用直剪实验、楔型剪真实验和三轴实验三种，直剪实验、三轴实验其测定原理和三轴实验三种，直剪实验、三轴实验其测定原理和方法与土力学中的直剪、三轴实验完全一样。和方法与土力学中的直剪、三轴实验完全一样。 1直剪实验直剪实验直剪实验的受力方式表示图如下：直剪实验的受力方式表示图如下： 现场直接剪真实验

17、表示图 直接剪真实验的本卷须知：直接剪真实验的本卷须知： 1 对脆弱构造面试样，应尽量坚持原状构造，防止构对脆弱构造面试样，应尽量坚持原状构造，防止构造面被扰动，而构造面上下的岩石厚度，分别约为断造面被扰动，而构造面上下的岩石厚度，分别约为断面高度的面高度的1/2左右。左右。 2 对于加工困难的试件，允许采用不规那么试样，节对于加工困难的试件，允许采用不规那么试样，节理裂隙发育的岩石，须用铁丝捆扎并用泥浆维护；对理裂隙发育的岩石，须用铁丝捆扎并用泥浆维护；对岩块试样须用高强度的钢筋或钢型外框包裹。岩块试样须用高强度的钢筋或钢型外框包裹。 3 试样的数量：每组不得少于试样的数量：每组不得少于5对

18、对(以便反复实验以便反复实验)。 4 实验加荷方向及大小：应使受剪面方向与建筑物的实验加荷方向及大小：应使受剪面方向与建筑物的受力方向大致一致，在安装法向和切向加荷系统时，受力方向大致一致，在安装法向和切向加荷系统时，应保证法向力和剪切力的合力经过剪切面的中心应保证法向力和剪切力的合力经过剪切面的中心(以以免受附加矩的作用免受附加矩的作用)。 5 选择的法向应力：普通应大于或等于设计应力。对选择的法向应力：普通应大于或等于设计应力。对于充填夹泥的构造面实验，法向应力的选择，以不于充填夹泥的构造面实验，法向应力的选择，以不挤出夹泥为原那么，而法向荷重那么分挤出夹泥为原那么，而法向荷重那么分4-5

19、级施加，级施加，每每5min加荷一次，加荷后立刻测读垂直变形，加荷一次，加荷后立刻测读垂直变形，5min后再测读一次，到达预定荷重后，每后再测读一次，到达预定荷重后，每5min观测变形观测变形一次，直到相对稳定开场能施加剪切荷载。剪切荷一次，直到相对稳定开场能施加剪切荷载。剪切荷载亦是分级施加，即每载亦是分级施加，即每5min加荷一次，并测记加荷加荷一次，并测记加荷前后的法向和剪切位移值。前后的法向和剪切位移值。 6 剪切要求：剪切缝宜控制在剪切要求：剪切缝宜控制在0.5cm2.0cm之间在之间在试样剪切过程中须采用恒压安装，使法向应力坚持试样剪切过程中须采用恒压安装，使法向应力坚持常数。常数

20、。 实验后计算各级法向荷载下的法向应力和剪应力：实验后计算各级法向荷载下的法向应力和剪应力： 式中式中: -法向应力法向应力(MPa) -剪应力剪应力(MPa) P-总法向力总法向力(包括荷载、设备分量及试块重包括荷载、设备分量及试块重)(MN) Q-剪切荷载剪切荷载(MN) A-剪切面积剪切面积(m) 根据剪切面上各级法向荷载作用下相应的剪应力与程根据剪切面上各级法向荷载作用下相应的剪应力与程度剪切位移的关系曲线度剪切位移的关系曲线-h。取各条。取各条-h曲线上的峰曲线上的峰值剪应力值剪应力f与对应的法向应力与对应的法向应力，点绘出，点绘出f-关系曲线，关系曲线，这就是岩石的抗剪断峰值强度曲

21、线，此线与程度轴的这就是岩石的抗剪断峰值强度曲线，此线与程度轴的交角，即为内摩擦角交角，即为内摩擦角，此线在纵轴上截矩，即为凝，此线在纵轴上截矩，即为凝聚力聚力C。 直剪实验试样破坏过程的三个阶段：直剪实验试样破坏过程的三个阶段： 1 弹性阶段：试样内开场产生张裂痕弹性阶段：试样内开场产生张裂痕p 2 裂痕开展增长阶段：裂痕开展、增长，逐裂痕开展增长阶段：裂痕开展、增长，逐渐到达完全破坏渐到达完全破坏f 3 强度降低阶段：剪应力降低，最终至剩余强度降低阶段：剪应力降低，最终至剩余值值o 如取各线的0与相应的法向应力，即可点绘得剩余强度线，它相应于岩石试样发生裂痕之后的强度线，相当于摩擦实验所得

22、的强度线。它与纵轴交于坐标原点，表示C=0，此剩余强度线与横轴的交角r，即为剩余强度所对应的内摩擦角；由图可见剩余强度也就是失去凝聚力而仅有内摩擦力的强度 。 优点：简一方便，设备不特殊 缺陷：尺寸小，不易反映裂痕、层理和弱面 2 楔形剪真实验 实践上是另一种方式的直接剪切实验，运用楔形剪切仪，安装见书中图3-16。试件10105cm。实验时采用多个试件，分别以不同的倾角进展实验。破坏时，不同的角度可以得出一组和f，不同的倾角得出f曲线，即可求出c和值。 优点：可以模拟现场实践受力工况。 缺陷：角度不能太大，不能反映低压段情况，需试件多，任务量大。 3三轴紧缩实验 三轴紧缩实验是在三向应力形状

23、下进展的实验。 方法：在圆柱体周围施加侧限压力(3=2)，然后，在侧限压力坚持为常数3时施加轴向荷载1，直至试件破坏，这样得出破坏时的最大和最小主应力1和3; 得到一个岩样破坏时的应力圆，采用一样的岩样改动侧压力3，施加轴向压力至试件，从而得到一个不同的应力圆，绘出这些应力圆的包络线，即可求得岩石的抗剪强度线，如图3-19所示，图3-20为角闪岩的三轴实验结果。 像单轴紧缩实验一样，三轴实验试件的破裂面与大主应力1方向间的夹角为45-/2。优缺陷：较好的模拟工程实践，仪器复杂难度大。对于节理裂隙发育的岩体或层状岩体，其抗压强度将随裂隙与加压的方向不同而呈明显的各向异性。书中图3-22和图3-2

24、3分别表示岩石各向异性和具有脆弱面岩样的强度变化图。表3-4 岩石的凝聚力、内摩擦角以及内摩擦系数参考值 4 现场强度实验的成果特征： 现场实验对试体的尺寸普通根据裂隙的间距来决议，荷载的大小可根据岩体的受力形状来选定。 现场所得的强度普通远比室内完好岩块所得的强度要低。 现场直接剪切实验时试体在垂直向存在紧缩区和膨胀区，由此在工程上可采取措施提高岩体的抗剪强度。 当现场岩体的各向异性明显时，实验的布置应有利于测定工程需求而指定的那些面上的C、值。 岩体内往往有多组不同方向的不延续面,不同方向的不延续面上的抗剪强度也不一样,当加载方向正交或接近正交于潜在不延续面时，其抗剪强度将接近于完好无裂隙

25、岩块的抗剪强度值；当加荷方向平行或接近平行与不延续面时那么其抗剪强度值取决于该不延续面上抗剪才干。 假设将完好岩块的抗剪强度参数用于不延续的工程岩体，情况是危险的，容易导致工程失事；所以对岩体不延续面强度的研讨遭到普遍注重。 工程实例之一：三峡大坝混凝土与岩体接触面抗剪强度实验研讨工程实例之一：三峡大坝混凝土与岩体接触面抗剪强度实验研讨 为研讨三峡大坝与微风化基岩接触面抗剪强度参数以及利用弱风为研讨三峡大坝与微风化基岩接触面抗剪强度参数以及利用弱风化带岩体作为大坝建基面的可行性，分别针对微风化岩体和弱风化带岩体作为大坝建基面的可行性，分别针对微风化岩体和弱风化带岩体进展了四组和五组混凝土与基岩

26、接触面抗剪强度实验。化带岩体进展了四组和五组混凝土与基岩接触面抗剪强度实验。 实验成果阐明：接触面是比混凝土与岩石强度更弱的控制面，不实验成果阐明：接触面是比混凝土与岩石强度更弱的控制面，不能用混凝土的抗剪强度替代接触面的强度。影响混凝土与岩体接能用混凝土的抗剪强度替代接触面的强度。影响混凝土与岩体接触面强度的主要要素包括岩体构造、风化程度、混凝土抗压强度触面强度的主要要素包括岩体构造、风化程度、混凝土抗压强度以及接触面的起伏差等。以及接触面的起伏差等。 对块状构造类型岩体，接触面抗剪强度参数无明显差别；对于镶对块状构造类型岩体，接触面抗剪强度参数无明显差别；对于镶嵌构造岩体，接触面抗剪强度参

27、数略有降低嵌构造岩体，接触面抗剪强度参数略有降低f减低减低9%，c降低降低7%；弱风化下部岩体与微风化岩体比较，抗剪强度参数略有；弱风化下部岩体与微风化岩体比较，抗剪强度参数略有降低降低f减低减低3%，c降低降低13%。 混凝土抗压强度对接触面抗剪强度参数影响明显；起伏差对抗剪混凝土抗压强度对接触面抗剪强度参数影响明显；起伏差对抗剪强度参数有较大影响，当起伏差从强度参数有较大影响，当起伏差从0.5 1.0cm增大到增大到2cm时，时，摩擦系数摩擦系数f添加添加33%。 取一定的概率分位值取一定的概率分位值0.05 ，混凝土与弱风化带下部岩体接，混凝土与弱风化带下部岩体接触面抗剪强度参数规范值触

28、面抗剪强度参数规范值f=1.20，c=1.60MPa。 工程实例之二：葛洲坝工程工程实例之二：葛洲坝工程202#泥化夹层剪切强度实验研讨泥化夹层剪切强度实验研讨 葛洲坝水利枢纽工程主要岩性为黏土岩及粉砂质黏土岩，岩层走葛洲坝水利枢纽工程主要岩性为黏土岩及粉砂质黏土岩，岩层走向与坝轴线夹角向与坝轴线夹角70，其间存在大量的脆弱夹层，尤其是，其间存在大量的脆弱夹层，尤其是202#层层间错动泥化夹层为间错动泥化夹层为0.10.5cm厚的塑泥层，上下两侧有厚的塑泥层，上下两侧有2 5cm的软化带和的软化带和10 20cm厚的破碎带，力学强度低。如何确厚的破碎带，力学强度低。如何确定泥化夹层的剪切强度，

29、成为大坝稳定分析的主要岩石力学问题。定泥化夹层的剪切强度，成为大坝稳定分析的主要岩石力学问题。 现场快剪现场快剪A=5060cm，强度参数，强度参数f=0.225，c=0.063MPa。 现场剪切流变现场剪切流变t=3 4d位移观测，剪切时间位移观测，剪切时间1 1.5月月/个，个，得长期剪切强度参数得长期剪切强度参数f=0.19，c=0MPa 现场大面积剪切现场大面积剪切A=18m2剪切强度参数剪切强度参数f=0.19，c=0.005MPa 根据实验成果的综合分析，提出根据实验成果的综合分析，提出202#泥化夹层剪切强度参数设泥化夹层剪切强度参数设计值取计值取f=0.20，c=0MPa。 岩

30、石的应力、应变到达一定值时，岩石就发生破坏，岩石的应力、应变到达一定值时，岩石就发生破坏，用以表征岩石破坏条件的函数称为强度准那么。用以表征岩石破坏条件的函数称为强度准那么。 强度准那么的建立应反映岩石的破坏机理。一切这些强度准那么的建立应反映岩石的破坏机理。一切这些确定岩石破坏的缘由，过程及条件的实际，称强度实确定岩石破坏的缘由，过程及条件的实际，称强度实际。强度实际，不仅要能了解岩石破坏的缘由、破坏际。强度实际，不仅要能了解岩石破坏的缘由、破坏的形状，而且要能确定岩石破坏时的应力形状或变外的形状，而且要能确定岩石破坏时的应力形状或变外形状。形状。 当物体处于简单应力形状时，资料的强度可由简

31、单实当物体处于简单应力形状时，资料的强度可由简单实验来决议，破坏准那么的建立较容易抗拉、抗压、验来决议，破坏准那么的建立较容易抗拉、抗压、抗剪。但岩石在外荷作用下经常处于复杂的应力形抗剪。但岩石在外荷作用下经常处于复杂的应力形状，许多实验阐明：岩石的强度及其在荷载作用下的状，许多实验阐明：岩石的强度及其在荷载作用下的性状与岩石的应力形状有着很大的关系。见图性状与岩石的应力形状有着很大的关系。见图3-29单向单向脆性；三向脆性；三向延性延性 资料在复杂应力形状下怎样算是破坏呢，资料力学中有资料在复杂应力形状下怎样算是破坏呢，资料力学中有多种破坏实际解释，这些实际是根据引起资料危险形状多种破坏实际

32、解释，这些实际是根据引起资料危险形状的缘由做了不同的假设而得出的。应力和应变的缘由做了不同的假设而得出的。应力和应变 目前，对于岩石在复杂应力形状下的破坏性状研讨的不目前，对于岩石在复杂应力形状下的破坏性状研讨的不够，这些实际的任何一个都不能无条件的用于岩石。书够，这些实际的任何一个都不能无条件的用于岩石。书中引见了中引见了9种主要的强度实际。需求指出的是：这些实种主要的强度实际。需求指出的是：这些实际对岩石的适用性并不是等价的，有些对岩石比较适用，际对岩石的适用性并不是等价的，有些对岩石比较适用，有些对岩石适用性差，引见的目的是让大家对这一问题有些对岩石适用性差，引见的目的是让大家对这一问题

33、的现状有一个总的了解。莫尔库伦强度实际、格里菲的现状有一个总的了解。莫尔库伦强度实际、格里菲斯强度实际及霍克斯强度实际及霍克-布朗强度实际阅历破坏准那么，布朗强度实际阅历破坏准那么，是在岩石力学界较有影响工程上常用的强度实际。是在岩石力学界较有影响工程上常用的强度实际。1 最大正应力实际朗肯实际最大正应力实际朗肯实际假设资料的破坏只取决于绝对值最大的正应力，假设资料的破坏只取决于绝对值最大的正应力，因此当岩石内的三个主应力中只需有一个到达因此当岩石内的三个主应力中只需有一个到达单轴抗压强度或单轴抗拉强度时，岩石就算破单轴抗压强度或单轴抗拉强度时，岩石就算破坏。准那么为：坏。准那么为：或或适用条

34、件：单向应力形状及脆性岩石在二向应适用条件：单向应力形状及脆性岩石在二向应力形状中受拉的情况，对复杂应力形状不适用。力形状中受拉的情况，对复杂应力形状不适用。NoImageCR1CR1 CR1tR30223222221RRRCR1 2 最大正应变实际 资料的破坏只取决于最大的正应变。资料内任一方向的正应变到达单轴紧缩或单轴拉伸中的破坏数值，资料就发生破坏。准那么为： max-资料内发生的最大应变值 u-单轴紧缩或单向拉伸实验资料破坏时的极限应变值 解析表达式为： 适用条件：脆性岩石，对塑性资料不适用。umax0222132213222321RRR 3 最大剪应力实际最大剪应力实际(为解释塑性破

35、坏为解释塑性破坏) 假设资料的破坏取决于最大的剪应力，假设资料的破坏取决于最大的剪应力，当最大剪应力到达单轴紧缩或单轴拉伸当最大剪应力到达单轴紧缩或单轴拉伸中的危险值时，资料就到达危险形状。中的危险值时，资料就到达危险形状。准那么为：准那么为：或在单向紧缩或拉伸时或在单向紧缩或拉伸时:解析表达式见解析表达式见(3-24) 适用条件：塑性资料适用条件：塑性资料,对脆性岩石不适用对脆性岩石不适用,未思索中主应力的影响。未思索中主应力的影响。umaxR314 八面体剪应力实际帽子模型八面体剪应力实际帽子模型 思索中主应力的影响。实际假设：资料思索中主应力的影响。实际假设：资料的危险形状，取决于八面体

36、剪应力，准那的危险形状，取决于八面体剪应力，准那么为：么为：在复杂应力形状下的八面体剪应力为：在复杂应力形状下的八面体剪应力为：在单向应力形状下：在单向应力形状下：适用条件：塑性资料适用条件：塑性资料,是塑性力学中常用的一是塑性力学中常用的一种实际。种实际。 022223232221RsoctRs32 21323222131OCT5 摩尔实际及摩尔摩尔实际及摩尔库仑准那么库仑准那么资料内某一点的破坏主要决议于它的大资料内某一点的破坏主要决议于它的大主应力和小主应力而与中主应力无关。主应力和小主应力而与中主应力无关。可研讨平面应变形状单轴紧缩、单轴可研讨平面应变形状单轴紧缩、单轴拉伸、纯剪，三轴

37、紧缩等。拉伸、纯剪，三轴紧缩等。 每一莫每一莫尔应力圆都反映一种到达破坏极限尔应力圆都反映一种到达破坏极限(危险危险形状形状)的应力形状。这种应力圆称为极限的应力形状。这种应力圆称为极限应力圆，然后这一系列极限应力圆的包应力圆，然后这一系列极限应力圆的包络线叫莫尔包络线，这根包络线代表了络线叫莫尔包络线，这根包络线代表了资料的破坏条件或强度条件，在包络线资料的破坏条件或强度条件，在包络线上的一切点都反映了资料破坏时的剪应上的一切点都反映了资料破坏时的剪应力力f与正应力与正应力之关系，即之关系，即 就是莫尔实际破坏准那么的普遍方式 由此可知，对于资料的破坏与否，一方面与资料内的剪应力有关，同时与

38、正应力也有很大的关系，由于正应力直接影响着抗剪强度的大小。 岩石的强度条件可用库仑方程式来表示: 这个方程式为库伦首先提出，后为莫尔采用新的实际加以解释，因此上述方程式通常称为莫尔-库伦强度准那么，它是目前岩石力学中用得最多的强度实际。tgcf 图3-30中绘出了纯剪实验、抗拉实验、抗压实验和三轴实验摩尔圆以及强度包络线。 图3-31描画了如何用包络线判别岩石资料破坏与不破坏弹性形状、极限平衡形状或塑性平衡形状和破坏形状 岩石包络线的外形抛物线、双曲线或摆线、直线 用大小主应力表示的破坏准那么： 3方向与滑动所在面的夹角 单轴抗压3=0 那么 另一表达式： 图3-34带有抗拉强度的摩尔-库仑包

39、络线以及公式的推导简化。2452cos2231312sin231sin1cos21cRcsin23131cctg 6 格里菲斯实际 以上所述几个实际将岩石看作延续的均匀介质。格里菲斯实际那么不同，它针对脆性资料的破坏，提出了格里菲斯强度实际，以为资料内具有细微裂隙的脆性资料，与普通延续介质固体实际的破坏强度是有很大区别的。这种差别原因于岩石等脆性资料内普遍存在细微裂痕。 格里菲斯以为具有细微裂痕的脆性资料在力场的格里菲斯以为具有细微裂痕的脆性资料在力场的作用下，裂痕周边将激起切向拉应力，一旦裂痕作用下，裂痕周边将激起切向拉应力，一旦裂痕周边端部附近某处的切向拉应力高度集中，到达周边端部附近某处

40、的切向拉应力高度集中，到达资料的分子内聚强度值，那么资料就将从该处开资料的分子内聚强度值，那么资料就将从该处开场沿一定的方向发生脆性破坏。这一实际首先被场沿一定的方向发生脆性破坏。这一实际首先被运用于玻璃，实验也证明了这一点，后来又被援运用于玻璃，实验也证明了这一点，后来又被援用于岩石力学，用以阐明脆性岩石的破裂机制。用于岩石力学，用以阐明脆性岩石的破裂机制。 格里菲斯假定资料内部存在许多杂乱的细微裂痕，格里菲斯假定资料内部存在许多杂乱的细微裂痕，外形类似扁单状椭圆，其长短轴分别为外形类似扁单状椭圆，其长短轴分别为2a和和2b，轴比轴比(m=b/a)很小，且假定相邻裂痕之间不能相很小，且假定相

41、邻裂痕之间不能相互影响，并忽略资料特性的部分变化，这样就可互影响，并忽略资料特性的部分变化，这样就可将椭圆裂隙作为半无限介质中的单孔情况来处置将椭圆裂隙作为半无限介质中的单孔情况来处置了。图了。图3-35为裂隙的受力表示图，图为裂隙的受力表示图，图3-36为椭圆为椭圆裂痕周围资料的应力。裂痕周围资料的应力。 当裂隙处的极限应力到达岩石的抗拉强度时，岩当裂隙处的极限应力到达岩石的抗拉强度时，岩石将处于破坏形状，因此根据弹性实际知识，可石将处于破坏形状，因此根据弹性实际知识，可得到格里菲斯强度实际破坏准那么如下：得到格里菲斯强度实际破坏准那么如下：3-64、3-65 1 当 方位角： 2 当 方位

42、角：=0 在-平面：03310831231tR31312arccos210331tR30yttxyRR 4NoImage 7 修正的格里菲斯强度实际修正的格里菲斯强度实际 格里菲斯强度实际是以张开椭圆裂隙为前格里菲斯强度实际是以张开椭圆裂隙为前提，在压应力占优势的情况下，裂隙会产提，在压应力占优势的情况下，裂隙会产生闭合。缝壁间会产生摩檫。裂隙的增长生闭合。缝壁间会产生摩檫。裂隙的增长和开展就有所不同。麦克林托克等思索这和开展就有所不同。麦克林托克等思索这一影响一影响(主要是裂隙间的摩擦主要是裂隙间的摩擦)对格里菲斯强对格里菲斯强度实际进展了修正，结果如式度实际进展了修正，结果如式3-68：t

43、Rffff41121212321 8 伦特堡实际 根据对大量的岩石实验结果分析以为:当岩石内正应力到达相应于岩石的晶体强度时，由于晶体破坏，继续添加法向荷载，抗剪强度不会添加。建议用3-69表示岩石在荷载下的破坏形状。 和研讨面上的正应力和剪应力 0正应力为0时岩石的抗切强度，A为系数 该实际适用于较为破碎的岩石。11010Ai 9 阅历破坏准那么主要引见霍克和布朗阅历准那么 霍克-布朗发现，大多数岩石资料(完好的岩块)的三轴紧缩实验破坏时的主应力之间满足以下方程式： 式中：S,m-常数，取决于岩石的性质，在接受1和3以前,岩石扰动或损伤的程度。m与岩石的性质有关，S与岩石完好性有关(完好岩块

44、S=1)。Rc-完好岩块的单轴抗压强度(MPa)。 假设式中假设式中3=0，可得岩石的单轴抗压强度：，可得岩石的单轴抗压强度： 假设式中假设式中1=0，可得岩石的单轴抗拉强度：，可得岩石的单轴抗拉强度： 这两个方程式定出了这两个方程式定出了S的界限值，假设的界限值，假设S=1，那么，那么Rcm=Rc，即为完好岩块的值；假设，即为完好岩块的值；假设S=0，那么，那么Rcm=Rtm=0，这就是完全破损的岩石。因此，这就是完全破损的岩石。因此，对于完好岩石和破损岩的中间阶段，对于完好岩石和破损岩的中间阶段，S值必定在值必定在1与与0之间，对于之间，对于S=1的情况，大理岩、石灰岩及泥的情况，大理岩、

45、石灰岩及泥岩的常数岩的常数m从从5到到7，粗粒岩浆岩的，粗粒岩浆岩的m从从23到到28，霍克等对某些典型岩体求得的霍克等对某些典型岩体求得的m和和S值见表值见表3-6和和图图3-38。 10 对强度实际的评价对强度实际的评价 目前运用的有关岩石的各种强度实际和强目前运用的有关岩石的各种强度实际和强度准那么都有一定的局限性，因此有一定度准那么都有一定的局限性，因此有一定的运用范围。的运用范围。 库仑库仑莫尔准那么实际的评价：莫尔准那么实际的评价： 库仑库仑莫尔准那么较全面地反映了岩石的莫尔准那么较全面地反映了岩石的强度特点，不仅适用于塑性资料，也适用强度特点，不仅适用于塑性资料，也适用于脆性资料

46、的剪切破坏；由于岩石大多是于脆性资料的剪切破坏；由于岩石大多是剪切破坏，故适用性较广、简单适用。莫剪切破坏，故适用性较广、简单适用。莫尔尔库仑准那么不能阐明强度的非线性变库仑准那么不能阐明强度的非线性变化，因此还比较粗糙化，因此还比较粗糙. 格里菲斯实际格里菲斯实际可以阐明裂隙开场时的情况。但对岩石这样可以阐明裂隙开场时的情况。但对岩石这样的非均匀资料，裂隙开场时的应力要低于的非均匀资料，裂隙开场时的应力要低于破坏时的应力，而且两者之间的关系复杂，破坏时的应力，而且两者之间的关系复杂，因此还不能用来阐明岩石的拉伸破坏。因此还不能用来阐明岩石的拉伸破坏。阅历破坏准那么阅历破坏准那么 由于结果来自

47、于实测的由于结果来自于实测的实验结果，有一定的参考价值。实验结果，有一定的参考价值。实际阐明岩石的破坏是一个渐进破坏过程。岩石存在非均匀性，岩体内某一点的应力到达极限强度时就在该点发生破坏，这时该点会将应力转移到相临的周围岩体，导致周围岩体应力增大，于是破坏依次开展，直至构成宏观破裂面，最终表现为整个岩体发生破坏。 一方面：水对岩石强度的影响一方面：水对岩石强度的影响软化系数。软化系数。 机理：水分子进入粒间间隙而减弱了粒间衔机理：水分子进入粒间间隙而减弱了粒间衔接呵斥的。接呵斥的。 岩石遇水岩石遇水胶结物破坏胶结物破坏强度降低强度降低 另一方面：也是对岩石强度影响较多的情况另一方面：也是对岩

48、石强度影响较多的情况是是孔隙和裂隙中的水压力影响。孔隙和裂隙中的水压力影响。 饱和岩石受荷载饱和岩石受荷载不能或不易排水不能或不易排水孔孔隙水压力隙水压力岩石固体颗粒接受的压力减小岩石固体颗粒接受的压力减小强强度降低。度降低。 图图3-393-39实验结果：实验结果： 研讨以为：岩石中有连通的孔隙存在-太沙基有效应力定理适用于岩石。 根据摩尔-库仑强度实际：饱和多孔岩石的抗剪强度可表示为3-76。 强度降低的程度视孔隙水压力的大小确定。 为了在摩尔-库仑破坏准那么中思索孔隙水压力的影响，将3-44式变为3-77式。wptgpcwf)( CRN31 进而可得岩石从初始作用应力1和3 到达破坏时所

49、需的孔隙水压力计算公式3-80。 图解可见图3-40表示。假设构造面内有水压力，那么由于这种水压力使有效正应力降低，构造面强度也相应降低。当构造面内的水压力到达一定数值时，构造面的有效正应力也降低到一定程度使构造面开场破坏。1313NRpcw 接近水库附近的岩石中初始应力接近强度时，岩石内产生孔隙水压力，这种孔隙水压力能够呵斥岩石破坏或引起地震。 岩石资料表现出由脆性到延性的变化，其中孔隙水压力的作用是添加资料的脆性性质。见图3-41。 假设把有效应力的概念引入格里菲思破坏准那么，那么式3-64和3-65变为3-81和3-82式： 这个结果也是工程上常需用的“水力劈裂方法的实际根底。 岩体可分为两种情况： 1、接近均质的：各种脆弱构造面对岩体强度的影响不占主导位置或岩性巩固并未组成分别的块体。 这时岩体强度可用实验室岩块的强度目的进展分析(岩块实验)。 常用摩尔-库仑准那么或霍克或布朗的阅历破坏准那么。见式3-833-94或3-71。 2、非均质的：岩体强度主要由构造面的特征强度、产状、粗糙度、充填物等所决议。 这时节理或其它构造面的强度目的经过室内外抗剪实验求得剪切面必需为节理面或构造面 。 实践中会遇到： 节理面与主应力面的法线相平行平面问题 节理面与主应力面的法线斜交三维空间问题 无论那一种