在第6講巖石的強(qiáng)度性質(zhì)

1、巖石變形蠕變松弛彈性后效粘性流動(dòng)巖石的時(shí)間效應(yīng)瞬時(shí)變形瞬時(shí)變形蠕變?nèi)渥兯沙谒沙趶椥院笮椥院笮д承粤鲃?dòng)粘性流動(dòng)M M體體有有有有有有無(wú)無(wú)有有K K體體無(wú)無(wú)有有無(wú)無(wú)有有無(wú)無(wú) 2.7 巖巖 石石 的的 強(qiáng)強(qiáng) 度度 性性 質(zhì)質(zhì)巖塊強(qiáng)度：巖塊抵抗外力破壞的能力。巖塊破壞方巖塊破壞方式式 脆性破壞脆性破壞塑性破壞塑性破壞(延性破壞）延性破壞）拉破壞拉破壞剪切破壞剪切破壞 一、單軸抗壓強(qiáng)度 二、單軸抗拉強(qiáng)度 三、剪切強(qiáng)度 四、三軸壓縮強(qiáng)度受力狀態(tài)2.7 指巖石抵抗各種破壞的能力,即巖石在各種荷載作用下所能承受的最大應(yīng)力。包括包括：抗壓強(qiáng)度（單軸和三軸）、抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度（單軸和三軸）、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度抗

2、剪強(qiáng)度。 巖石試件在單向壓縮荷載作用下直到破壞所能承受的最大壓應(yīng)力，簡(jiǎn)稱(chēng)（uniaxial compressive strength），），或非側(cè)限抗壓強(qiáng)度非側(cè)限抗壓強(qiáng)度（unconfined compressive strength） （MPa）PAP 一一. .單軸抗壓強(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度c（1）衡量巖塊基本力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)； （2）工程巖體分類(lèi)、建立巖體破壞判據(jù)的重要指標(biāo)； （3）用來(lái)估算其他強(qiáng)度參數(shù)單軸抗壓強(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度圓柱體圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件：標(biāo)準(zhǔn)試件：直徑為50mm,高100mmccPA0.75(50)22.82csI(50)sI直徑為50mm的點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)試件的由破壞面上的剪應(yīng)力超過(guò)了

3、其抗剪強(qiáng)度引起由破壞面上的剪應(yīng)力超過(guò)了其抗剪強(qiáng)度引起。但破壞面所承受的最大剪應(yīng)力與破壞面上的正應(yīng)力有關(guān)，因而又稱(chēng)為壓壓- -剪破壞剪破壞。破壞面破壞面與軸向壓力方向成一銳角與軸向壓力方向成一銳角在軸向壓力的作用下產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，當(dāng)橫向拉應(yīng)力超在軸向壓力的作用下產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，當(dāng)橫向拉應(yīng)力超過(guò)巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生拉裂破壞過(guò)巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生拉裂破壞。(泊松效應(yīng))破壞面與軸向壓力方向近似平行單軸抗壓強(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度形成兩個(gè)對(duì)頂?shù)慕清F形破壞面對(duì)頂?shù)慕清F形破壞面。由于試件與承壓板之間的摩擦阻力，阻止試件端部橫向位移，端部范圍處于三向應(yīng)力狀態(tài)，端部效應(yīng)明顯。徑向和環(huán)向處于受拉狀態(tài)。該破壞類(lèi)型不是巖石所

4、固有的該破壞類(lèi)型不是巖石所固有的。11單軸抗壓強(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度巖石名稱(chēng)c抗壓強(qiáng)度(MPa)t抗拉強(qiáng)度(MPa)摩擦角()內(nèi)聚力 (MPa)巖石名稱(chēng)c抗壓強(qiáng)度(MPa)t抗拉強(qiáng)度(MPa)摩擦角()內(nèi)聚力(MPa)花崗巖10025072545601450片麻巖50200520305035流紋巖180300153045601050千枚巖、片巖101001102665120閃長(zhǎng)巖100250102553551050板巖602007154560220安山巖100250102045501040頁(yè)巖101002101530320砂巖202004253550840輝長(zhǎng)巖180300153650551050礫

5、巖101502153550850輝綠巖200350153555602560石灰?guī)r5020052035501050玄武巖150300103048552060白云巖80250152535502050石英巖150350103050602060大理巖10025072035501530tct巖石巖石 最小，最小， 介于兩者之間介于兩者之間c25%tc巖石名稱(chēng)與抗壓強(qiáng)度的比值抗拉強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度煤0.0090.060.250.5頁(yè) 巖0.060.3250.250.480.220.51砂質(zhì)頁(yè)巖0.090.180.330.5450.10.24砂 巖0.020.170.060.440.060.19石 灰 巖

6、0.010.0670.080.100.15大 理 巖0.080.2260.272花 崗 巖0.020.080.080.09石 英 巖0.060.110.176礦物組成、 結(jié)構(gòu)構(gòu)造（顆粒大小及形狀、粒間連接、 微結(jié)構(gòu)面特征）、密度、風(fēng)化程度等等 1 1）試件形狀、尺寸及加工精度）試件形狀、尺寸及加工精度 形狀形狀斷面形狀斷面形狀圓形圓形 多邊形多邊形。 棱角棱角-應(yīng)力集中應(yīng)力集中，應(yīng)力集中越強(qiáng)烈，試件越易破壞，抗壓強(qiáng)度越低hD高徑比高徑比/h D應(yīng)力分布較均勻，彈性穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)力分布較均勻，彈性穩(wěn)定狀態(tài)/23h D 高徑比增大高徑比增大,強(qiáng)度降低強(qiáng)度降低; 很小,處于三向受壓;很大,易發(fā)生失穩(wěn)破壞

7、非標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換：非標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換：10.2220.778cch D：端面粗糙、不平行， 產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低強(qiáng)度影響因素巖石單軸抗壓強(qiáng)度的因素影響因素巖石單軸抗壓強(qiáng)度的因素：尺寸越大微結(jié)構(gòu)面 越多，越復(fù)雜強(qiáng)度越低我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)尺寸：我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)尺寸：直徑或邊長(zhǎng)為50mm,高100mm影響因素巖石單軸抗壓強(qiáng)度的因素影響因素巖石單軸抗壓強(qiáng)度的因素2 2）加載速率增大，強(qiáng)度提高。：變形速率滯后于應(yīng)力增長(zhǎng)速率，變形來(lái)不及發(fā)生、發(fā)展0.50.8/MPa s現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)范規(guī)定加載速率：現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)范規(guī)定加載速率：3 3）端面效應(yīng)端面效應(yīng):端面對(duì)試件端部橫向變形的影響減少端面影響的方法

8、減少端面影響的方法:在試件與壓力板之間加潤(rùn)滑劑，以減少壓力板與試件之間的摩擦力影響因素巖石單軸抗壓強(qiáng)度的因素影響因素巖石單軸抗壓強(qiáng)度的因素4 4）濕度和溫度）濕度和溫度水水對(duì)巖石強(qiáng)度有顯著影響，其用軟化系數(shù)表示。浸入水的巖石強(qiáng)度降低。5 5）層理結(jié)構(gòu)）層理結(jié)構(gòu)加載方向平行于層理方向的強(qiáng)度 垂直于層理方向的強(qiáng)度。溫度溫度升高，脆性降低，塑性增加，強(qiáng)度越低。巖石名稱(chēng)抗壓強(qiáng)度(MPa)()( )垂直層理()平行層理()石 灰 巖1801511.19粗粒砂巖142.3118.51.20細(xì)粒砂巖156.8159.70.98砂質(zhì)頁(yè)巖78.951.81.52頁(yè) 巖51.736.71.41 巖石試件在單向拉伸

9、荷載作用下直到破壞所能承受的最大拉應(yīng)力，稱(chēng)為（uniaxial tensile strength）(MPa)二二. . 單軸抗拉強(qiáng)度單軸抗拉強(qiáng)度 t直接拉伸法直接拉伸法間接法間接法(劈裂法、點(diǎn)荷載法、三點(diǎn)彎曲法)（1）拉破壞是巖體的主要破壞型式，衡量巖體力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)；（2）是建立巖石強(qiáng)度判據(jù)，確定強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)的重要指標(biāo)；（3）選擇建筑石材不可缺少的參數(shù) ttPA ： 圓柱狀試件、材料試驗(yàn)機(jī)單軸抗拉強(qiáng)度單軸抗拉強(qiáng)度PtPt直接拉伸法直接拉伸法 ：費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)物2xpDL單軸抗拉強(qiáng)度單軸抗拉強(qiáng)度豎直向直徑平面拉應(yīng)力拉應(yīng)力：6ypDL水平向直徑平面壓應(yīng)力壓應(yīng)力：圓圓柱柱體體3xy4tc而拉破壞

10、圓柱體圓柱體2ttpDL立方體立方體22ttpaD墊 條PPxPPyxy2PDLo(a)(b)(c)單軸抗拉強(qiáng)度單軸抗拉強(qiáng)度2stIpD點(diǎn)荷載強(qiáng)度點(diǎn)荷載強(qiáng)度破壞時(shí)兩加載點(diǎn)的距離tsKI抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度0.860.96點(diǎn)荷載儀點(diǎn)荷載儀3單軸抗拉強(qiáng)度單軸抗拉強(qiáng)度巖石名稱(chēng)c抗壓強(qiáng)度(MPa)t抗拉強(qiáng)度(MPa)摩擦角()內(nèi)聚力 (MPa)巖石名稱(chēng)c抗壓強(qiáng)度(MPa)t抗拉強(qiáng)度(MPa)摩擦角()內(nèi)聚力(MPa)花崗巖10025072545601450片麻巖50200520305035流紋巖180300153045601050千枚巖、片巖101001102665120閃長(zhǎng)巖10025010255355

11、1050板巖602007154560220安山巖100250102045501040頁(yè)巖101002101530320砂巖202004253550840輝長(zhǎng)巖180300153650551050礫巖101502153550850輝綠巖200350153555602560石灰?guī)r5020052035501050玄武巖150300103048552060白云巖80250152535502050石英巖150350103050602060大理巖10025072035501530抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度微結(jié)構(gòu)面的影響（裂隙、空隙）巖石中包含有大量的微裂隙和孔隙，巖塊抗拉強(qiáng)度受其影響很大巖塊抗拉強(qiáng)度受其影響很大，直

12、接削弱了巖塊的抗拉強(qiáng)度。相對(duì)而言，空隙對(duì)巖塊抗壓強(qiáng)度的影響就小得多空隙對(duì)巖塊抗壓強(qiáng)度的影響就小得多，因此，巖塊的抗拉強(qiáng)度一般遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度。通常把抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值稱(chēng)為脆性度脆性度，用以表征巖石的脆性程度。 巖石試件在三軸壓縮荷載作用下直到破壞所能承受的最大壓應(yīng)力，簡(jiǎn)稱(chēng)（uniaxial compressive strength），），或限制性抗壓強(qiáng)度限制性抗壓強(qiáng)度（confined compressive strength）（）（MPa）1mmPA1123 23 三三. . 三軸抗壓強(qiáng)度三軸抗壓強(qiáng)度 1m11圓心：13,02m132m半徑：坐標(biāo)系中繪制出一組破壞應(yīng)力圓及公切線(xiàn)，所得到

13、的公切線(xiàn)即為坐標(biāo)系中繪制出一組破壞應(yīng)力圓及公切線(xiàn)，所得到的公切線(xiàn)即為一組試件一組試件：4個(gè)以上巖樣三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)：13,mt和莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)曲線(xiàn)tttcc113311oc2,C巖石莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)上所有點(diǎn)的切線(xiàn)與巖石莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)上所有點(diǎn)的切線(xiàn)與 軸的軸的夾角代表相應(yīng)破壞面的夾角代表相應(yīng)破壞面的C巖石莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)上所有點(diǎn)的切線(xiàn)在巖石莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)上所有點(diǎn)的切線(xiàn)在 軸上軸上的截距代表相應(yīng)破壞面的的截距代表相應(yīng)破壞面的圍壓大時(shí)圍壓大時(shí), ,莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)為曲線(xiàn)莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)為曲線(xiàn), ,破壞面上的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角并非常量破壞面上的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角并非常量, ,當(dāng)應(yīng)力低時(shí)，當(dāng)應(yīng)力低時(shí)，內(nèi)摩擦

14、角大，內(nèi)聚力??；當(dāng)應(yīng)力高時(shí)，內(nèi)摩擦角小，內(nèi)聚力大。內(nèi)摩擦角大，內(nèi)聚力?。划?dāng)應(yīng)力高時(shí)，內(nèi)摩擦角小，內(nèi)聚力大。圍壓不大時(shí)圍壓不大時(shí), ,莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)近似直線(xiàn)莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)近似直線(xiàn), ,破壞面上的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角為常量。破壞面上的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角為常量。莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)曲線(xiàn)tttcc113311oc21313()/2sin()/2mmCctg()包絡(luò)線(xiàn)上所有點(diǎn)的切線(xiàn)包絡(luò)線(xiàn)上所有點(diǎn)的切線(xiàn)與與軸的夾角軸的夾角(C) 包絡(luò)線(xiàn)在包絡(luò)線(xiàn)在軸上的截距軸上的截距 213(45)2(45)22oomtgCtg131 sin1 sin21 sin1 sinmC用巖石抗剪強(qiáng)度參數(shù)用巖石抗剪強(qiáng)度參數(shù) 和圍壓和圍壓 表示的

15、巖石強(qiáng)度表示的巖石強(qiáng)度,C3c1m、oCC ctg1m o132m3132mC、213(45) 2(45)22oomtgCtg131 sin1 sin21 sin1 sinmC當(dāng)當(dāng)3011 sin21 sincmC2452cCtg。用巖石抗剪強(qiáng)度參數(shù)用巖石抗剪強(qiáng)度參數(shù) 表示的巖石單軸表示的巖石單軸抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度,CoCC ctg1m o132m3132m(c- t)/2(c+ t)/2tc2ctcttg 2sin2ctctctct()2ctctarctg 21 sin(45)1 sin2tcctg用用 表示表示c、tDo2o1 c tCABO2ctC ctC用、表示 、巖石自身的性質(zhì)、圍壓、

16、溫度、濕度、巖石自身的性質(zhì)、圍壓、溫度、濕度、空隙壓力、試件高徑比等?？障秹毫?、試件高徑比等。圍壓對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響( M P a )134758269(MPa)1m4 0 03 0 02 0 01 0 02 0 004 0 06 0 08 0 01 0 0 03在剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力，稱(chēng)為（MPa）四四. . 剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度 C內(nèi)聚力tg內(nèi)摩擦阻力指試件在一定的法向應(yīng)力作用下，沿剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力nCtg 指試件上的法向應(yīng)力為零時(shí)，沿剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力C指試件在一定的法向應(yīng)力作用下，沿（層面、節(jié)理等）再次剪切破壞時(shí)的最大剪應(yīng)力njjCtg一組試件：46個(gè)巖樣直剪儀直剪

17、試驗(yàn)按庫(kù)侖定律求巖塊的抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)按庫(kù)侖定律求巖塊的抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)C、值。值。Ctg TN測(cè)力計(jì),C值的確定示意圖強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)曲線(xiàn)oC一組試件：46個(gè)立方體試件按庫(kù)侖定律求巖塊的剪切強(qiáng)度參數(shù)按庫(kù)侖定律求巖塊的剪切強(qiáng)度參數(shù)C、值。值。Ctg 變角度剪切試驗(yàn)儀變角板P3424 1,C值的確定示意圖強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)曲線(xiàn)oC剪切面上的應(yīng)力：剪切面上的應(yīng)力：)cos(sin)sin(cosfAPfAPpAf式中, 為試件破壞時(shí)的荷載； 為剪切面面積；為剪切面與水平面的夾角；為壓力機(jī)壓板與剪切夾具間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)。一組試件：46個(gè)試件巖石強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)剪切強(qiáng)度參數(shù)：剪切強(qiáng)度參數(shù)：11sin1mm(1 sin )2cosbC按庫(kù)侖定律求巖塊的剪切強(qiáng)度參數(shù)按庫(kù)侖定律求巖塊的剪切強(qiáng)度參數(shù)C、值。值。Ctg arctgm(MPa)36.03.0403020103002001000b1(MPa)在 曲線(xiàn)上取最佳直線(xiàn)段，求出13-,m b剪切強(qiáng)度參數(shù)剪切強(qiáng)度參數(shù)3060。(850)CMPa巖石名稱(chēng)c抗壓強(qiáng)度(MPa)t抗拉強(qiáng)度(MPa)摩擦角()內(nèi)聚力 (MPa)巖石名稱(chēng)c抗壓強(qiáng)度(MPa)t抗拉強(qiáng)度(MPa)摩擦角()內(nèi)聚力(MPa)花崗巖10025072545601450片麻巖50200520305035流紋巖1803001530