岩石的强度特性清楚明了

岩石力学岩石的强度特性主要内容第一节概述第二节岩石的强度特性第三节岩石的强度准则第一节概述岩石的力学性质包含两个方面的含义：岩石的强度特征和变形特征。

岩石的强度特征反映岩石抵抗破坏的能力和破坏规律。岩石的变形特征反映岩石的力学属性。弹塑性力学基础弹塑性力学是固体力学的一个分支学科。弹塑性力学中的基本假设：

假设固体材料为连续介质假设物体为均匀各向同性物体的变形属于小变形物体原来处于一种无应力的自然状态应力与应变的概念力：物体之间的相互作用，引起变形或加速度。应力：假想物体被任一平面分成两部分，从平面中取出一微小面积元素ΔSc，上面受到内力Δp，则应力定义为Δp/ΔSc趋于一定的极限。应变：物体内任一点受到力的作用后产生的相对变形。123一点的应力状态物质的力学本构关系本构关系：反映材料特定性质的数学模型。广义胡克定律：岩石的破坏形式在外载作用下，当岩石内部的应力达到或超过某一极限时，岩石就发生破坏。岩石破坏的主要形式：脆性破坏延性破坏拉伸破坏剪切破坏脆性破坏：岩石在荷载作用下没有显著觉察的变形就突然破坏。*大多数坚硬岩石在一定条件下都表现出脆性破坏的性质。*产生这种破坏的原因可能是岩石中裂隙发生和发展的结果。例如，地下洞室开挖后，由于洞室周围的应力显著增大，洞室岩可能产生许多裂隙，尤其是洞顶的张裂隙，这些都是脆性破坏的结果。脆性破坏延性破坏：岩石在破坏之前变形很大，且没有明显的破坏荷载，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。塑性变形是岩石内结晶晶格结位的结果。在一些软弱岩石中这种破坏较为明显。有些洞室的底部岩石隆起，两侧围岩向洞内膨胀都属延性破坏的例子。坚硬岩石一般属于脆性破坏，但在两向或三向受力较大的情况下，或者在高温的影响下，也可能延性破坏。延性破坏岩体破坏的主要形式是弱面剪切破坏弱面剪切破坏：岩体中存在着许多软弱结构面，细微裂隙等弱面，在荷载作用下，弱面上的剪应力一旦超过弱面的抗剪强度时，岩体将弱面剪切破坏，致使岩体产生滑移。如节理岩体中的地下洞室顶部岩块崩塌，洞侧岩石的滑动，以及岩坡沿软弱面的失稳等，都属于弱面剪切破坏。岩体的破坏岩石在破坏前后的应力-应变关系比金属材料复杂得多，岩石究竟属于脆性材料还是属于塑性材料，这不仅取决于岩石性质，且受应力状态，地温，受荷时间等多种因素的影响。岩石的破坏形式第二节岩石的强度特性岩石强度：岩石的强度是指荷载作用下岩石的抵抗破坏的能力。为了研究岩石的强度特征，经常将岩石制备成试件在实验室进行试验，依据试样应力状态的不同分为：岩石单轴抗压强度实验，抗拉强度实验，抗剪强度实验等。试验时将岩样制备成标准试件然后按相应的试验规程进行试验。1.岩石的抗压强度1)岩石抗压强度的定义

岩石的抗压强度是岩石试件在压力作用下抵抗破坏的极限能力，极限强度在数值上等于破坏时的最大压应力。2)测定岩石抗压强度的意义衡量岩块基本力学性质的重要指标建立岩石破坏判据的重要指标用来大致估算其他强度参数

圆柱形试件：Φ4.8－5.2cm，高H=（2－2.5)Φ

长方体试件：边长L=4.8－5.2cm,高H=（2－2.5)L

试件两端不平度0.5mm；尺寸误差±0.3mm;

两端面垂直于轴线±0.25o2）岩样标准1）计算方法P—轴向破坏荷载A—试件界面积式中：岩石抗压强度测定实验设备MTS三轴岩石力学实验设备2)实验轿条件酸方面把的因丢素①警试样确的的映几何聚形状升及加并工精缸度；钞②浸加载锹速率孝；③产端灵面条鉴件-端面效贺应；⑤竟层理康结构-取心方谅式3)环境钥的影贝响—温度和把湿度的柔影响1)岩石自衣身性质福的因素岩石浩自身翠的性蹈质（矿物组演成、颗咬粒大小婚及形状绞、粒间赵连接、纳结构特码征、微构结构面融、风化暂程度）对钱其抗属压强赤度起正决定咱作用岩石糖抗压侨强度声的影针响因辈素岩石自克身性质统的因素岩石种类抗压强度(MPa)岩石种类抗压强度(MPa)粗玄岩196～343石英片岩69～178辉长岩177～294云母片岩59～127闪长岩177～294凝灰岩59～167玄武岩147～294千枚岩49～196石英岩147～294片麻岩49～196花岗岩98～245石灰岩29～245流纹斑岩98～245砂岩19.6～196大理岩98～245泥灰岩12～98板岩98～196页岩9.8～98白云岩78～245煤4.9～49层理绿结构捷：强度纽奉各向渴异性岩石萝抗压搬强度炊的影梦响因墨素试验条馆件对岩缸石抗压司强度的拦影响①试样几垂何形状帮及加工宗精度的代影响多边形鸡试样易燃引起应酸力集中谎，故易刘破坏；拨横截面胳形状对躺强度的破影响：圆形>六多边县形>四边剖形>三边形杨试件；加饼工精辣度影吊响应雕力分荡布形助式，妈如弯问矩。岩石疑具有段尺寸魄效应暖：试黎样尺然寸越茂大，玩岩石贤强度烘越低圆形江试件却的优款点：锹不易建产生碎应力辆集中家，好管加工音；对淡圆柱犹试件驱的尺碗寸要寺求：饶大于汁矿物狱颗粒钻的10倍；高饼径比：h/d咳≥(2－3)较合理恭，尺寸然效应其伸抗压强冤度影响绪的经验蜓公式：②加载速疗率对抗管压强度著的影响沉：加载速睬度越大诸，表现熔强度越偏高，我蜘国规定陪加载速央度为试验条辣件对岩丹石抗压诵强度的英影响③端面赶条件槽：主要是兽端面摩赴擦力限界制试样添的横向庭膨胀,改变端泊部应力政状态。试验条桐件对岩焦石抗压建强度的舍影响环境枯对抗怀压强晴度的作影响含水忌量：缴含水窗量越捉大强泛度越袖低；都岩石椅越软叮越明盆显，截对泥耻岩、门粘土谅等软巩弱岩蹦体，饲干燥喘强度阵是饱绍和强棕度的2－3倍。温度钳：180煤℃以下纱不明豪显：珍大于18杠0℃，温油度越降高强雪度越唐小。注意：凶岩心的线保存——尽可能狂的维持美井下状素况。1.定义：岩石胀的抗暮拉强敬度就是仪岩石航试件恼在单岸轴拉坡力作段用下徐抵抗愚破坏迷的极盘限能荐力或纸极限恨强度就在数框值上镜等于旁破坏潜时的朱最大省拉应隙力。异岩石头的抗众拉强姓度比抱其抗摩压强竭度低指得多汉。2.意义：a）衡量关岩体力膀学性质他的重要倍指标b）用倍来建蝇立岩域石强笔度判冠据，萌确定邪强度辽包络酷线c）选猪择建湖筑石纵材不杀可缺漫少的冲参数3.测定方歌法：a）直迁接拉考伸b）间接聚法（劈家裂法、叹点荷载末法、三豆点弯曲缘瑞法）2.岩石的私抗拉强税度实验贵时将香这种肾试件矩两端蜓固定畅在拉仔力机愁上，致然后栽对试逗样施怒加轴赌向拉皱力，旺直至眠试件遵破坏臣，试问件的种抗拉柜强度臂为：缺点：险试样制桂备困难骨，它不碧易与拉兼力机固仪定，且郊在试样只断裂处误附近往艇往有应秧力集中然，同时沙难免在惯试件两而端面有映弯矩。关键晕技术创：①阶试件成和夹液具之大间的车连接低；②器加力P与试洁件同酿心抗拉强柿度的直峰接实验漆法抗拉辅强度楚的劈被裂实点验法唐（巴赢西实阻验）由巴西誉人Hon瓶dro饺s提出试件：贷实心圆提柱φ50惭mm；厚度l=(殖0.5吊-1)碧D试验：裕径向压投缩破坏沿（张开现）要求：①宣荷载知沿轴系向均腾匀分崖布②相破坏堆面必贞须通卡过试润件的奥直径注：恭①端箭部效阁应；珍②并屡非完横全单胜向应辅力巴西钥实验沃试件攻内应复力分村布计算公恒式：由贸弹性力牺学公式式中：t——试件垫中心肤的最骂大拉雄应力对，抗获拉强趴度p——实验磨中破势坏时谦的压静力D——试件钻的直罩径t——试件震的厚冷度巴西实金验的数袖据处理是上银世纪传发展柜起来偿的一判种简障便的肯现场团试验病方法垂。试件向：任何翠形状熊，尺本寸大牢致5cm，不秧做任浓何加牧工试验两：在直接胃带到现挤场的点外荷载仪薯上，加估载劈裂仇破坏。点载鄙荷强舌度实锄验计算公隐式：式中群：P——试件破疲坏时的辅极限力D——加载点牙试件的抬厚度统计公性式：要求:（由寒于离毛散性笋大）亿，每廉组15个，建取均晒值，肌即建议楚：用φ5迹cm的钻孔塌岩芯为影试件。岩石中换包含有助大量的碎微裂隙舅和孔隙丸，岩块滴抗拉贿强度凭受其摘影响播很大，直喷接削昨弱了芒岩块虏的抗劣拉强熟度。淹相对姐而言隐，空隙确对岩全块抗施压强贞度的顷影响妙就小碌得多，因秘此，倾岩块种的抗餐拉强盏度一先般远疫小于娇其抗钱压强区度。通常把享抗压强阳度与抗蛮拉强度水的比值捕称为脆性度，用以表葵征岩石须的脆性苹程度。微裂饰隙对孔抗拉镇强度左的影俘响常见岩桃石的抗左拉强度岩石名称抗拉强度（MPa）岩石名称抗拉强度（MPa）岩石名称抗拉强度（MPa）辉长岩15~36花岗岩7~25页岩2~10辉绿岩15~35流纹岩15~30砂岩4~25玄武岩10~30闪长岩10~25砾岩2~15石英岩10~30安山岩10~20灰岩5~20大理岩7~20片麻岩5~20千枚岩、片岩1~10白云岩15~25板岩7~153.岩石的屯剪切强达度1)定义：在剪切坚荷载作用下劣，岩块浅抵抗剪即切破坏戒的最大陕剪应力廊，称为也剪切强杰度。2)类型休：抗剪断悲强度：指试碗件在帝一定凭的法向职应力作用乏下，建沿预定剪切肤面剪丧断时亩的最祸大剪符应力抗切首强度烧：指试件并上的法向应味力为零时，隶沿预洁定剪腹切面影剪断论时的翻最大小剪应绩力摩擦强租度：指试座件在李一定乓的法袄向应身力作遇用下炼，沿已有破裂面晒（层面弹、节理愉等）再锐次剪切陡破坏时片的最笔大剪应险力。抗剪实叙验的三轿种类型剪切秘强度楚的意架义：反映岩瓦块的力额学性质稀的重要君指标用来估手算岩石用力学参伪数及建吹立强度紧判据抗剪断腊强度的测试染方法棒：1）直剪试牛验2）变奴角板炎剪切寸试验3）三疏轴试积验剪切强畅度实验绩的意义妄与测试菌方法直剪渴试验在直剪赚仪上进溪行，按俗库仑定彼律求岩靠块的剪毁切强度巴参数C、φ值。直剪试启验P——压力离机的恭总压拐力A——破坏载面面爬积——试件崇倾角f——圆柱常形滚蹈子与津上下择压板兔的摩馋擦系安数楔形剪切仪试验谦设备破坏面皇应力计湾算：楔形怪剪切障试验实验结羞果处理抗剪预断实微验抗剪实披验4三轴压丑缩强度定义极：试件在桂三向压疫应力作筑用下能猪抵抗的绞最大轴期向应力测定渔方法:在一摆定的浴围压σ3下，陆对试推件进铺行三醋轴试俘验时晃，岩说块的炉三轴贼压缩侍强度σ1m(M极Pa风)为：围压锤对变岗形破皇坏的结影响岩石哈破坏端前应级变峰值强余度随3增大而等增大随3增大车岩石偿变形偏模量误增大辩，软件岩增闸大明察显，福致密释的硬晋岩增掠大不味明显随3增大，岩石的寸塑性不吴断增大分，随3增大到舍一定值葵时，岩谜石由弹尼脆性转泡变为塑辰性。这臭时，3的大小鼓称为“转化压完力”。随3的增巾大，岩块嫁从脆喘性劈休裂破辞坏逐票渐向苏塑性鲁剪切沫及塑观性流忆动破凳坏方趋式过碰渡。围压芝对变风形破踪蝶坏的糠影响围压僻对变弓形破哈坏的倾影响达到破坏时的应变(%)<11—52—85—10>10破坏形式脆性破坏脆性破坏过渡破坏延性破坏延性破坏试件破坏情况应力-应变曲线基本类型破坏机制张破裂以张为主的破裂剪破裂剪切流动破裂塑性流动围压芬对变经形破腿坏的鞭影响脆性分岩石源受到拢的围日压升暑高利用三烂轴实验译确定抗乳剪强度根据一订组试件(4个以输上)实验姿得到板的三避轴压阶缩强菊度σ1m和相钳应的σ3以及单唯轴抗拉痛强度σt。在σ-理τ坐标系方中可绘享制出岩柱块的强雄度包络堆线。除钢顶点外览，包络躲线上所戚有点的砍切线与σ轴的绢夹角浪及其阿在τ轴上饰的截划距分机别代姑表相桥应破爪坏面玻的内苹摩擦飘角(φ)和粘聚鸣力(C小)。第三节羡岩扑石的强忠度准则定义：表征级岩石破坏条件的应力状赢态与岩页石强度参浪数间的函数关砍系，称为柿破坏势判据（fa宿il演ur嫩e川cr汇it医er评io天n)或称串强度诉准则瓣、强像度判饭据。σ1=F(仓σ2,σ3,σC,σt,C,泡Ф)莫尔强驴度准则莫尔-库仑服强度笔准则八面体拉强度准枣则德鲁榴克-普拉剧格强泽度准暑则格里任菲斯有强度置准则Ho殊ek恐-B袖ro剪wn强度貌准则弱面灵破坏璃准则岩石的见强度准全则莫尔强隐度准则莫尔糕认为严：材犹料在赖极限权状态厕下，辫剪切扣面上款的剪家应力掉就达轨到了蝴随法克向应躁力和谈材料活性质唤而定盈的极讯限值科时，服发生漂破坏奶。也就是薯说，当炉材料中烈一点可忧能滑动伤面上的圾剪应力姿超过该悲面上的济剪切强巷度时，酒该点就消产生破汤坏，而葛滑动面屿的剪切梯强度τ又是作剖用于该奸面上法欧向应力σ的函数炎。判断岩断石中一弹点是否下会发生膝剪切破晕坏时，匪可在莫尔多包络踩线上，叠熊加上反英映实际喊研究点牢应力状兄态的莫扔尔应力闹圆，如摧果应力及圆与包睡络线相炎切或相限割，则笑研究点掌将产生互破坏；惕如果应墙力圆位伏于包络榜线下方迁，则不市会产生蓝破坏。莫尔强奏度准则莫尔应萄力圆1122莫尔柿强度杂准则-抛物拒线型适用等于较软弱的岩石娱，如泥主灰岩、覆砂岩、批泥页岩杰等岩石命。莫尔强千度准则–双曲旦线型适用佳于砂充岩、营灰岩拐、花保岗岩呀等坚锻硬、回较坚扇硬岩歪石。莫尔-库仑漆强度裂准则大部分疮岩石工胞作者认良为，当显压力不忘大时(例如克当σ的值小封于10盯MP饭a时)，可在萄实际应锅用上采储用直线京。为了简预化运算擦，岩石臂力学中吐大多数掀采用直征线形的础包络线纯，也就摩是说，撇岩石的认强度条木件可用库仑方成程表示啦：莫尔-库仑准船则的主遗应力表漠示方法当si山g3岗=0时：当sig湖1=0时：破坏鸦面法漂线与两最大段主应贡力的协夹角八面体竭强度准刷则当八面亭体剪应调力达到返一定数亮值时材文料发生伟破坏。在材料