在第6講 巖石的強度性質

上節(jié)內容：巖石的流變特性

彈性（可恢復）

與時間無關的變形塑性（不恢復）

與時間有關的—流變

巖石變形蠕變松弛彈性后效粘性流動巖石的時間效應巖石介質的力學模型瞬時變形蠕變松弛彈性后效粘性流動M體有有有無有K體無有無有無§

2.7巖石的強度性質巖塊強度：巖塊抵抗外力破壞的能力。巖塊破壞方式脆性破壞塑性破壞(延性破壞）拉破壞剪切破壞一、單軸抗壓強度二、單軸抗拉強度三、剪切強度四、三軸壓縮強度受力狀態(tài)§2.7巖塊的強度性質rockstrengthproperties巖石的強度－－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力。包括：抗壓強度（單軸和三軸）、抗拉強度、抗剪強度。1.

定義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力，簡稱單軸抗壓強度（uniaxialcompressivestrength），或非側限抗壓強度（unconfinedcompressivestrength）（MPa）一.單軸抗壓強度2.意義

（1）衡量巖塊基本力學性質的重要指標；（2）工程巖體分類、建立巖體破壞判據的重要指標；（3）用來估算其他強度參數單軸抗壓強度3.測定方法1）單軸抗壓強度試驗圓柱體標準試件：直徑為50mm,高100mm表達式:2）經驗公式法直徑為50mm的點荷載標準試件的點荷載強度

4.巖石單軸受壓的破壞類型(三種）（1）剪切破壞由破壞面上的剪應力超過了其抗剪強度引起。但破壞面所承受的最大剪應力與破壞面上的正應力有關，因而又稱為壓-剪破壞。破壞面與軸向壓力方向成一銳角（2）劈裂破壞（壓致拉裂破壞）在軸向壓力的作用下產生橫向拉應力，當橫向拉應力超過巖石的抗拉強度時產生拉裂破壞。(泊松效應)破壞面與軸向壓力方向近似平行單軸抗壓強度（3）對頂錐破壞形成兩個對頂的角錐形破壞面。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力狀態(tài)，端部效應明顯。徑向和環(huán)向處于受拉狀態(tài)。該破壞類型不是巖石所固有的。

5.常見巖石的抗壓強度單軸抗壓強度巖石名稱c抗壓強度(MPa)t抗拉強度(MPa)摩擦角(°)內聚力

(MPa)巖石名稱c抗壓強度(MPa)t抗拉強度(MPa)摩擦角(°)內聚力(MPa)花崗巖100~2507~2545~6014~50片麻巖50~2005~2030~503~5流紋巖180~30015~3045~6010~50千枚巖、片巖10~1001~1026~651~20閃長巖100~25010~2553~5510~50板巖60~2007~1545~602~20安山巖100~25010~2045~5010~40頁巖10~1002~1015~303~20砂巖20~2004~2535~508~40輝長巖180~30015~3650~5510~50礫巖10~1502~1535~508~50輝綠巖200~35015~3555~6025~60石灰?guī)r50~2005~2035~5010~50玄武巖150~30010~3048~5520~60白云巖80~25015~2535~5020~50石英巖150~35010~3050~6020~60大理巖100~2507~2035~5015~30巖石抗拉強度、抗剪強度與的比較巖石最大，巖石最小，介于兩者之間巖石名稱與抗壓強度的比值抗拉強度抗剪強度抗彎強度煤0.009～0.060.25～0.5頁巖0.06～0.3250.25～0.480.22～0.51砂質頁巖0.09～0.180.33～0.5450.1～0.24砂巖0.02～0.170.06～0.440.06～0.19石灰?guī)r0.01～0.0670.08～0.100.15大理巖0.08～0.2260.272花崗巖0.02～0.080.080.09石英巖0.06～0.110.1766.影響因素巖石單軸抗壓強度的因素（1）巖石自身的性質礦物組成、結構構造（顆粒大小及形狀、粒間連接、微結構面特征）、密度、風化程度等等（2）試驗條件因素1）試件形狀、尺寸及加工精度①形狀斷面形狀圓形>多邊形。棱角-應力集中，應力集中越強烈，試件越易破壞，抗壓強度越低高徑比應力分布較均勻，彈性穩(wěn)定狀態(tài)高徑比增大,強度降低;

很小,處于三向受壓;很大,易發(fā)生失穩(wěn)破壞非標準試件強度與標準試件強度的轉換：③加工精度：端面粗糙、不平行，產生應力集中，降低強度影響因素巖石單軸抗壓強度的因素②尺寸效應：尺寸越大→微結構面越多，越復雜→強度越低我國標準尺寸：直徑或邊長為50mm,高100mm影響因素巖石單軸抗壓強度的因素2）加載速率加載速率增大，強度提高。原因：變形速率滯后于應力增長速率，變形來不及發(fā)生、發(fā)展現行試驗規(guī)范規(guī)定加載速率：3）端面條件端面效應:端面對試件端部橫向變形的影響減少端面影響的方法:在試件與壓力板之間加潤滑劑，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度的因素4）濕度和溫度水對巖石強度有顯著影響，其用軟化系數表示。浸入水的巖石強度降低。5）層理結構加載方向平行于層理方向的強度<垂直于層理方向的強度。溫度升高，脆性降低，塑性增加，強度越低。巖石名稱抗壓強度(MPa)(⊥)／(

∥)垂直層理(⊥)平行層理(∥)石灰?guī)r1801511.19粗粒砂巖142.3118.51.20細粒砂巖156.8159.70.98砂質頁巖78.951.81.52頁巖51.736.71.411.

定義巖石試件在單向拉伸荷載作用下直到破壞所能承受的最大拉應力，稱為抗拉強度（uniaxialtensilestrength）(MPa)二.

單軸抗拉強度uniaxialtensilestrength3.測定方法：直接拉伸法間接法(劈裂法、點荷載法、三點彎曲法)2.意義

（1）拉破壞是巖體的主要破壞型式，衡量巖體力學性質的重要指標；（2）是建立巖石強度判據，確定強度包絡線的重要指標；（3）選擇建筑石材不可缺少的參數

彎曲、傾倒破壞直接拉伸法：圓柱狀試件、材料試驗機單軸抗拉強度PtPt直接拉伸法：費時、費力、費物劈裂試驗：單軸抗拉強度彈性理論豎直向直徑平面拉應力：水平向直徑平面壓應力：圓柱體拉破壞圓柱體立方體間接方法：點荷載試驗：單軸抗拉強度點荷載強度破壞時兩加載點的距離抗拉強度0.86~0.96點荷載儀4.常見巖石的抗拉強度單軸抗拉強度巖石名稱c抗壓強度(MPa)t抗拉強度(MPa)摩擦角(°)內聚力

(MPa)巖石名稱c抗壓強度(MPa)t抗拉強度(MPa)摩擦角(°)內聚力(MPa)花崗巖100~2507~2545~6014~50片麻巖50~2005~2030~503~5流紋巖180~30015~3045~6010~50千枚巖、片巖10~1001~1026~651~20閃長巖100~25010~2553~5510~50板巖60~2007~1545~602~20安山巖100~25010~2045~5010~40頁巖10~1002~1015~303~20砂巖20~2004~2535~508~40輝長巖180~30015~3650~5510~50礫巖10~1502~1535~508~50輝綠巖200~35015~3555~6025~60石灰?guī)r50~2005~2035~5010~50玄武巖150~30010~3048~5520~60白云巖80~25015~2535~5020~50石英巖150~35010~3050~6020~60大理巖100~2507~2035~5015~305.影響巖石抗拉強度的因素抗拉強度微結構面的影響（裂隙、空隙）巖石中包含有大量的微裂隙和孔隙，巖塊抗拉強度受其影響很大，直接削弱了巖塊的抗拉強度。相對而言，空隙對巖塊抗壓強度的影響就小得多，因此，巖塊的抗拉強度一般遠小于其抗壓強度。通常把抗壓強度與抗拉強度的比值稱為脆性度，用以表征巖石的脆性程度。

1.定義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力，簡稱三軸抗壓強度（uniaxialcompressivestrength），或限制性抗壓強度（confinedcompressivestrength）（MPa）2.測定方法：三.三軸抗壓強度triaxialcompressivestrength3.巖石強度包絡線及巖石抗剪強度參數(1)巖石莫爾強度包絡線圓心：半徑：在坐標系中繪制出一組破壞應力圓及公切線，所得到的公切線即為巖石莫爾強度包絡線一組試件：4個以上巖樣三軸壓縮試驗：莫爾應力圓：莫爾強度包絡線曲線

(2)巖石抗剪強度參數巖石莫爾強度包絡線上所有點的切線與軸的夾角代表相應破壞面的內摩擦角--巖石莫爾強度包絡線上所有點的切線在軸上的截距代表相應破壞面的內聚力--圍壓大時,莫爾強度包絡線為曲線,破壞面上的內聚力和內摩擦角并非常量,當應力低時，內摩擦角大，內聚力??；當應力高時，內摩擦角小，內聚力大。圍壓不大時,莫爾強度包絡線近似直線,破壞面上的內聚力和內摩擦角為常量。莫爾強度包絡線曲線直線型莫爾強度包絡線破壞面的內摩擦角(φ)－－包絡線上所有點的切線與σ軸的夾角破壞面的內聚力(C)

－－包絡線在τ軸上的截距

用巖石抗剪強度參數和圍壓表示的巖石強度

(3)和之間的關系當用巖石抗剪強度參數表示的巖石單軸抗壓強度直線型莫爾強度包絡線(c-t)/2(c+t)/2用表示Do2o1ct（4）影響巖石三軸抗壓強度的因素巖石自身的性質、圍壓、溫度、濕度、空隙壓力、試件高徑比等。圍壓對抗壓強度的影響1.定義在剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪應力，稱為剪切強度（MPa）四.剪切強度shearstrength3.類型抗剪斷強度抗切強度摩擦強度2.組成內聚力內摩擦阻力指試件在一定的法向應力作用下，沿預定剪切面剪斷時的最大剪應力直剪試驗、變角板剪切試驗、三軸試驗指試件上的法向應力為零時，沿預定剪切面剪斷時的最大剪應力單（雙）面剪切試驗等指試件在一定的法向應力作用下，沿已有破裂面（層面、節(jié)理等）再次剪切破壞時的最大剪應力摩擦試驗4.實驗類型一組試件：4～6個巖樣（1）

直剪試驗直剪儀直剪試驗按庫侖定律求巖塊的抗剪斷強度參數C、φ值。值的確定示意圖強度包絡線曲線一組試件：4～6個立方體試件（2）

變角板剪切試驗按庫侖定律求巖塊的剪切強度參數C、φ值。變角度剪切試驗儀變角板值的確定示意圖強度包絡線曲線剪切面上的應力：式中,為試件破壞時的荷載；為剪切面面積；為剪切面與水平面的夾角；為壓力機壓板與剪切夾具間的滾動摩擦系數。一組試件：4～6個試件（3）

三軸試驗巖石強度包絡線剪切強度參數：按庫侖定律求巖塊的剪切強度參數C、φ值。在曲線上取最佳直線段，求出

5.