《岩石的强度特性》

1、一 岩石的单轴抗压强度二 岩石的抗拉强度三 岩石的抗剪强度四 岩石在三向压缩应力作用下的强度 第二节 岩石的强度特性整理课件第二节 岩石的强度特性 工程师对材料提出两个问题 1 最大承载力许用应力 ？ 2 最大允许变形许用应变 ？ 本节讨论 问题 强度：材料受力时抵抗破坏的能力。强度单向抗压强度单向抗拉强度剪切强度三轴压缩真三轴假三轴整理课件一 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无侧限的条件下的轴向破坏荷载 A试件截面积 2.试验方法: 在压力机上按一定加载速率 单向加压直至试件破坏。 圆柱形试件：4.85.2cm ，高

2、H=（22.5) 长方体试件：边长 L = 4.85.2cm 高 H =（22.5)L 试件两端不平度小于0.05mm；尺寸误差0.3mm ； 两端面垂直于轴线0.25试件标准整理课件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。（2）柱状劈裂破坏 张拉破坏（岩石的抗拉强度远小于抗压强度）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 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 试验条件整理课件整理课件整理课件1试样端

3、面的压应力分布图岩块在单轴压缩条件下的破坏型式单轴压缩试样端面的应力分布及破坏型式劈裂破坏1剪切破坏1对顶锥破坏1 1 1 整理课件整理课件4.影响单轴抗压强度的主要因素（1）承压板端部摩擦力及其刚度（加垫块依据）（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； 50的依据 高径比：研究表明；h/d(23)较合理（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0.5 1.0MPa/s（4）环境 含水量：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。见表22 温度：180以下部明显：大

4、于180，温度越高强度越小。整理课件整理课件表3-1 岩石的单轴抗压强度和抗拉强度岩 石名 称抗压强度(MPa)抗拉强度(MPa)岩 石名 称抗压强度(MPa)抗拉强度(MPa)花 岗 岩100250725石 灰岩30250525闪 长 岩1803001530白 云岩802501525粗 玄岩2003501535煤55025玄 武 岩1503001030片 麻岩50200520砂 岩20170425大 理岩100250720页 岩10100210板 岩100200720整理课件整理课件二 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。 2、抗拉强度

5、试验 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与试件同心整理课件 直接拉伸试验整理课件 1）抗弯法（梁的三点弯曲试验） 抗拉强度（2） 间接拉伸方法岩石是各向同性的线弹性材料满足平面假设的对称面内弯曲适用条件 三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 整理课件 对称径向压裂法由巴西人Hondros提出故称巴西法。试件：实心圆柱50mm； 25mm试验：径向压缩破坏（张开）计算公式：由弹性力学公式直接给出式中： 试验中心的

6、最大拉应力，即 2）劈裂法（巴西法）整理课件要求荷载沿轴向均匀分布破坏面必须通过试件的直径注： 端部效应 并非完全单向应力整理课件岩石抗拉强度试验（劈裂法）PP劈裂法试验示意图1承压板；2试件；3钢丝垫条P试件破坏时的极限压力123试验试件标准尺寸： 直径 D =5 cm ；厚度 t = 5cm试件破坏时作用在试件中心的 最大拉应力为：整理课件3）点荷载试验法 点荷载试验法是上世纪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，可做简单加工。试验：可在现场的点荷载仪上加载劈裂破坏。整理课件Pt 岩石点荷载强度试验Pt 圆饼体点荷载加荷方式圆柱体点荷载加荷方式Pt Pt 整理课

7、件圆饼体点荷载加荷方式Dt圆柱体点荷载加荷方式DL D上述式中： 试样抗拉强度，f /2 ；P试样破坏时点荷载， f ；D 试样直径， ；t 试样厚度，；L 试样长度， 。 岩石抗拉强度与点荷载圆饼体点荷载加荷方式Dt整理课件 计算点荷载强度I 式中：P 试件破坏时的极限 D 加载点试件的厚度统计公式：要求:由于离散性大，试件要有足够数量取均值（一般每组15个以上），即建议：用5cm的钻孔岩芯为试件结果更理想。整理课件三 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.弱面抗剪试验整理课件岩石抗剪强度岩石

8、的剪切强度有三种：抗剪断强度抗切强度弱面抗剪切强度3.剪切试验整理课件 直接剪切试验直接剪切试验采用直接剪切仪来进行。岩石的直接剪切仪与土的直接剪切仪类似，试验仪器装置如图3-7a所示。仪器主要由上、下两个刚性匣子所组成，试件在平面内的尺寸，水利水电工程岩石试验规程(1981年试行)规定：对测定软弱结构面的试件，规定为15153030cm，并规定结构面上、下岩石的厚度分别约为断面尺寸的1/2左右，对于测定岩石本身抗剪强度的试件没有明确规定，一般用55cm。 整理课件直接剪切试验每次试验时，先在试样上施加垂直荷载P，然后在水平方向逐渐施加水平剪切力T，直至达到最大值发生破坏为止。 整理课件直接剪

9、切试验从图上还可以看出，剩余强度也就是失去凝聚力而仅有内摩擦力的强度，根据研究，失去凝聚力的原因主要是由于不断位移引起晶格错位的缘故。 整理课件楔形剪切试验楔形剪切试验用楔形剪切仪进行。这种仪器的主要装置见图3-11(a)。试验时的受力情况见图3-11(b)。把装有试件的这种装置放在压力机上进行加压，直至试件沿着AB面发生剪切破坏。所以这种试验实际上也是另一种形式的直接剪切试验。 图3-11 楔形剪切仪 图3-12 楔形剪切试验结果 整理课件PsinPcosNQ变角板法剪切试验PP ffP楔形剪切试验整理课件计算公式 受剪面法向力及切向力：式中：p压力机的总压力 试件倾角 f 圆柱形滚子与上下

10、压板的摩擦系数 受剪面法向应力： 剪应力：整理课件 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）整理课件整理课件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00整理课件轴压缩试验这种试验就是利用三轴向压力试验的成果来求出剪切面上的与的关系。试验的装置(图3-13)与试验的方法和土的三轴压力试验相类似， 图13 三轴试验

11、装置示意图1-施加垂直压力；2-侧压力液体出口；3-侧压力液体进口；4-密封设备；5-压力室；6-侧压力；7-球状底座；8-试件 整理课件三轴压缩试验这种试验就是利用三轴向压力试验的成果来求出剪切面上的与的关系。试验的装置(图3-13)与试验的方法和土的三轴压力试验相类似， 图-14 极限莫尔应力圆 图-15 角闪岩的三轴试验结果 整理课件整理课件整理课件3.三轴压缩试验的破坏类型整理课件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，轴向压力越大整理课件（2）加载途径对岩石三向压缩强度影响（图2-13） A、B、C三条虚线是三个不同的加载途径，加载途径对岩的最终三向压缩强度影响不

12、大。整理课件（3）孔隙水压力对岩石三向压缩强度的影响 孔隙水压力使有效应力（围压）减小强度降低有水无水 孔隙水压力的存在（有效应力减小）使应力圆向左侧移动 因此降低了岩石的极限应力整理课件岩石名称抗压强度（MPa）软化系数弹性模量（ GPa ）内摩擦角（ ）花岗岩闪长岩辉绿岩流纹岩安山岩玄武岩凝灰岩砾 岩砂 岩页 岩石灰岩泥灰岩板 岩千枚岩片 岩片麻岩石英岩110 210150 270123 287120 250110 240110 200100 25040 20020 18010 10070 16035 6060 20030 14060 22080 180150 2400.72 0.950.60 0.900.60 0.900.75 0.950.75 0.910.80 0.950.52 0.860.50 0.960.21 0.970.24 0.740.70 0.900.44 0.540.39 0.790.67 0.960.70 0.930.75 0.970.94 0.9633 6922 11469 7922 11420 1