第三节岩石的强度特性

1、第三节 岩石的强度特性工程师对材料提出两个问题 1 最大承载力允许应力 ？ 2 最大允许变形允许应变 ？本节讨论 问题强度：材料在载荷作用，单位面积上所能承受的最大的力。强度单轴抗压强度单轴抗拉强度剪切强度三轴压缩强度真三轴假三轴一 岩石的单轴抗压强度1.定义：指岩石试件在无侧限的条件下，受轴向压力作用破坏时单位面积上承受的荷载。 式中：P无侧限条件下的轴向破坏荷载 ； A试件截面面积2.试件方法： 圆柱形试件：直径=4.85.4cm ，高H=（22.5) 长方体试件：边长L= 4.85.4cm , 高H=（22.5)L 试件两端不平度0.05mm；尺寸误差0.3mm; 两端面垂直于轴线0.2

2、5o（1）试件标准：3.单向压缩试件的破坏形态破坏形态有两类：（1）圆锥形破坏 原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），在工程中也会出现。破坏形态是表现破坏机理的重要特征；其主要影响因素：应力状态 试验条件3.单向压缩试件的破坏形态破坏形态有两类：（2）柱状劈裂破坏 是岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应）消除试件端部约束的方法 润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部） 加长试件 4.影响单轴抗压强度的主要因素（1）承压板端部的摩擦力及其刚度（加垫块的依据）（2）试件的形状和尺寸 形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工 尺寸：大于矿物颗粒的10倍；4.85.4cm 高径比：研究

3、表明；h/d=(23)较合理(见图24)（3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高(见图25) 我国规定加载速度为0.51.0MPa/s（4）环境 含水率：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的23倍。 温度：180以下不明显：大于180，温度越高强度越小。二 岩石的抗拉强度1. 定义：岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时的单位面积上所受的拉力。 由于试件不易加工，除研究直接的拉伸的夹具外，研究了大量的间接试验方法。(1) 直接拉伸法 抗拉强度关键技术试件和夹具之间的连接加力P与试件同轴心(2) 间接方法梁的截面严格保持为平面岩石是各向同性的线弹

4、性材料弯曲发生在梁的对称面平面内拉伸和压缩的应力应变特征相同假设条件：抗弯法（梁的三点或四点弯曲试验） 三点或四点弯曲梁内的最大拉应力；梁发生破坏时的 就是M 作用在试件截面上的最大弯矩C 梁边缘到中性轴的距离I 梁截面绕中性轴的惯性矩 抗拉强度（2）劈裂法（巴西法），径向压裂法 由巴西人Hondros提出要求荷载沿轴向均匀分布破坏面必须通过试件的直径试件：实心圆柱直径4.85.4cm；厚度=0.51.0直径试验：径向压缩破坏（张开）计算公式：由弹性力学布辛奈斯克Boursinesq公式式中： 试件中心的最大拉应力P 试件破坏时的极限压力D 试件的直径t 试件的厚度（3）点荷载试验法是20世纪

5、70年代发展起来的一种简便的现场试验方法。试件：任何形状，尺寸大致5cm，不做任何加工。试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。 计算点荷载强度指数： 式中：P 试件破坏时的极限荷载 De 试验时，两个加载点之间的距离统计公式：要求:（由于离散性大），每组15个，取均值，即建议：用5cm的钻孔岩芯为试件。三 岩石的抗剪强度1. 定义 指一定的应力条件下（主要指压应力），所能抵抗的最大剪应力，常用表示 2. 类型：a.抗剪断试验b.抗切断试验c.弱面抗剪试验3. 室内试验（抗剪断试验） 试验 楔形剪切仪，加载装置 计算公式式中： p压力机施加的极限荷载 试件倾角 f 滚珠排与上下压板的摩

6、擦系数剪切破坏面上的正应力和剪应力为：岩石的抗剪断曲线（强度曲线）岩石的抗剪断曲线（强度曲线） 改变夹具倾角；在30度到70度之间做一组（大于5次）不同的试验，记录所得的 ，值；由该组值作曲线近似直线得方程 式中 tan岩石抗剪切内摩擦系数 c 岩石的粘结力（内聚力）不足：强制规定破坏面 剪切作用时破坏面上的应力状体极为复杂岩石在三向压缩应力作用下的强度1. 定义 指在不同三向压缩应力作用下岩石抵抗外荷载的最大应力 2. 三向压缩试验简介 （1） 真三轴 见图 （2） 假三轴 见图3.三轴压缩试验的破坏类型4.岩石三向压缩强度的影响因素（1）侧压力的影响 围压越大，最大主应力极限值越大（2）试件尺寸与加载速率的影响（3）加载途径对岩