1、第三节第三节 岩石强度特征岩石强度特征工程师对材料提出两个问题工程师对材料提出两个问题 1 最大承载力最大承载力许用应力许用应力？2 最大允许变形许用应变最大允许变形许用应变？本节讨论本节讨论问题问题强度：材料受力时抵抗破坏能力。强度：材料受力时抵抗破坏能力。第1页强度强度 单向抗压强度单向抗压强度 单向抗拉强度单向抗拉强度 剪切强度剪切强度 三轴压缩三轴压缩 真三轴真三轴 假三轴假三轴 第2页一一 岩石单轴抗压强度岩石单轴抗压强度 1.定义定义：指岩石试件在无侧限条件下，受轴向压力作用破坏时单位面积上承受荷载。式中：P无侧限条件下轴向破坏荷载 A试件界面积第3页2.2.试件方法：试件方法：圆
2、柱形试件：圆柱形试件：4.85.2cm，高高H=（22.5)长方体试件：边长长方体试件：边长L=4.85.2cm,高高H=（22.5)L 试件两端不平度试件两端不平度0.5mm；尺寸误差尺寸误差0.3mm;两端面垂直于轴线两端面垂直于轴线0.25o（1 1）试件标准）试件标准：第4页第5页第6页3.3.单向压缩试件破坏形态单向压缩试件破坏形态 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）（2）柱状劈裂破坏 张拉破坏（岩石抗拉强度远小于抗压强度）是岩石单向压缩破坏真实反应（消除了端部效应）消除试件端部约束方法 润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）加长试件
3、 破坏形态是表现破坏机理主要特征；其主要影响原因：应力状态 试验条件第7页第8页第9页第10页第11页4.4.影响单轴抗压强度主要原因影响单轴抗压强度主要原因 (1)承压板端部摩擦力及其刚度承压板端部摩擦力及其刚度(加垫块依据加垫块依据)(2)试件形状和尺寸试件形状和尺寸 形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工 尺寸：大于矿物颗粒尺寸：大于矿物颗粒10倍；倍；50依据依据 高径比：研究表明；高径比：研究表明；h/d(23)较合理较合理第12页（3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高(见图25)我国要求加载速度为0.51.0MPa/s（4）环境 含水量：含
4、水量越大强度越低；岩石越软越显著，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度23倍。见表22 温度度：180以下部显著：大于180，湿度越高强度越小。第13页第14页第15页二二 岩石抗拉强度岩石抗拉强度 1.1.定义定义：岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时单位面积上所受拉力。因为试件不易加工，除研究直接拉伸夹具外，研究了大量间接试验方法。2.2.直接拉伸法直接拉伸法 抗拉强度关键技术 试件和夹具之间连接 加力P与试件同心 第16页第17页3.3.间接方法间接方法 岩石是各向同性线弹性材料满足平面假设对称面内弯曲适用条件：（1）抗弯法抗弯法（梁三点弯曲试验）抗拉强度 三点弯曲梁内最大拉
5、应力；梁发生破坏时 就是M 作用在试件上最大弯矩C 梁边缘到中性轴距离I 梁截面绕中性轴惯性矩 第18页第19页第20页（2 2）劈裂法（巴西法），对称径向压裂法）劈裂法（巴西法），对称径向压裂法 由巴西人由巴西人HondrosHondros提出提出试件：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Boursinesq公式式中：试验中心最大拉应力，即p 试验中破坏时压力D 试件直径t 试件厚度第21页要求 荷载沿轴向均匀分布 破坏面必须经过试件直径 第22页第23页（3 3）点荷载试验法）点荷载试验法是上世纪发展起来一个简便现场试验方法。试件：试件：任何形状，尺寸大
6、致5cm，不做任何加工。试验：试验：在直接带到现场点荷载仪上，加载劈裂破坏。第24页第25页 计算：式中：P 试件破坏时极限 D 加载点试件厚度统计公式：第26页要求:（因为离散性大），每组15个，取均值，即提议：用5cm钻孔岩芯为试件。第27页三三 岩石抗剪强度岩石抗剪强度1.1.定义定义 指一定应力条件下（主要指压应力），所能抵抗最大剪应力惯用表示 2.2.类型类型：a.抗剪断试验b.抗切断试验c.弱面抗剪试验第28页第29页第30页第31页第32页第33页第34页3.3.室内试验（抗切断试验）室内试验（抗切断试验）试验试验 楔形剪切仪，加载装置楔形剪切仪，加载装置 计算公式计算公式式中：
7、式中：p压力机总压力压力机总压力 试件倾角试件倾角 f 圆柱形滚子与上下压板摩擦系数圆柱形滚子与上下压板摩擦系数第35页抗剪断仪抗剪断仪 QQNNPfP 第36页剪切破坏面上正应力和剪应力为：第37页岩石抗剪断岩石抗剪断曲线（强度曲线）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）不一样试验，统计所得，值；由该组值作曲线近似直线得方程 式中式中 tantan岩石抗剪切内摩擦系数岩石抗剪切内摩擦系数 c c 岩石粘结力（内聚力）岩石粘结力（内聚力）第38页第39页四四 岩岩石在三向压缩应力作用下强度石在三向压缩应力作用下强度 1 1.定义 指在不一样三向压缩应力作用下岩石抵抗外荷载最大应力 2.2.三向压缩试验介绍三向压缩试验介绍 （1 1）真三轴真三轴 见图见图 （2 2）假三轴假三轴 见图见图0000第40页第41页第42页第43页第44页3.3.三轴压缩试验破坏类型三轴压缩试验破坏类型 第45页4.4.岩石三向压缩强度影响原因岩石三向压缩强度影响原因 （1）侧压力影响 围压越大，轴向压力越大第46页（2）加载路径对岩石三向压缩强度影响 A、B、C三条虚线是三个不一样加载路径，加载路径对岩最终三向压缩强度影响不大。第47页（3）孔隙水压力对岩石三向压缩强度影响 孔隙水压力使有效应力（围压）减小 强度降低第48页
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