2章 第二节 岩石的强度特性

3.单向压缩试件的破坏形态 3.单向压缩试件的破坏形态 破坏形态是表现破坏机理的重要特征； 破坏形态是表现破坏机理的重要特征； 其主要影响因素： 其主要影响因素：①应力状态 ②试验条件 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
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 定义 的单位面积上所受的拉力。 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。 2. 直接拉伸法 抗拉强度
Rt = P / A
①试件和夹具之间的连接 ②加力P与试件同心
关键技术
3. 间接方法
（1）抗弯法 抗弯法（梁的三点弯曲试验） 抗弯法 抗拉强度
改变夹具倾角α；α在30度到70度之间 做一组（大于5次）不同α的试验，记录所得 的σ ，τ值；由该组值作曲线近似直线得方 程
τ = σ tan + c
式中
tanφ－ tanφ－岩石抗剪切内摩擦系数 岩石的粘结力（内聚力） c －岩石的粘结力（内聚力）
四
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
抗剪断仪
Q = P(sin α f cos α )
fP αcos α + f sin α )
剪切破坏面上的正应力σ和剪应力τ为：
N P σ = = (cosα + f sinα ) F F Q P τ = = (sinα f cosα ) F F
岩石的抗剪断σ 岩石的抗剪断σ－τ曲线（强度曲线） 曲线（强度曲线）
σ t = MC / I
σ t ——三点弯曲梁内的最大拉应力；梁发生破坏时
的 σ t 就是 R t 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 ①岩石是各向同性的线弹性材料 适用条件： ②满足平面假设的对称面内弯曲
（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Hondros Hondros提出 由巴西人Hondros提出 试件：实心圆柱φ50mm；δ 25mm 试验：径向压缩破坏（张开） 计算公式：由弹性力学Boursinesq公式
4.影响单轴抗压强度的主要因素 4.影响单轴抗压强度的主要因素
（1）承压板端部的摩擦力及其刚度（加垫块的依据） （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； φ50的依据 高径比：研究表明；h/d≥(2－3)较合理 （3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高(见图2－5) 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2－3倍。 见表2－2 温度度：180℃以下部明显：大于180℃，湿度越高强 度越小。
Rc = P / A
式中：P——无侧限的条件下的轴向破坏荷载 A——试件界面积
2.试件方法： 2.试件方法： 试件方法 （1）试件标准：
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±0.25o
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[ σ ] ？ 2 最大允许变形－－许用应变[ ε ]？ 本节讨论[ σ ]问题 强度：材料受力时抵抗破坏的能力。 单向抗压强度 强度 单向抗拉强度 剪切强度 三轴压缩 真三轴 假三轴
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 定义： 定义 用破坏时单位面积上承受的荷载。
围压越大，轴向压力越大
（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大。
（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
返回
σ 1 = f (σ τ = f (σ )
2. 三向压缩试验简介 （1） 真三轴 （2） 假三轴
2
,σ
3
)
σ1 > σ 2 > σ 3
σ1 >σ 2 =σ 3
见图 见图00 见图00
3.三轴压缩试验的破坏类型 3.三轴压缩试验的破坏类型
4.岩石三向压缩强度的影响因素 4.岩石三向压缩强度的影响因素 （1）侧压力的影响
计算：
I = P / D2
式中：P ——试件破坏时的极限 D ——加载点试件的厚度 统计公式：
R t = 0 . 96 I
要求:（由于离散性大），每组15个，取均值，即
1 15 Rt = ∑ 0.96 I i 15 i =1
建议：用φ5cm的钻孔岩芯为试件。
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 类型： 2. 类型
a.抗剪断试验 b.抗切断试验 c.弱面抗剪试验
室内试验（抗切断试验） 3. 室内试验（抗切断试验）
①试验 楔形剪切仪， 楔形剪切仪，加载装置 ②计算公式
N = P(cos α + f sin α ) Q = P(sin α f cos α )
式中： 式中： p——压力机的总压力 压力机的总压力 α——试件倾角 试件倾角 f ——圆柱形滚子与上下压板的摩擦系数 圆柱形滚子与上下压板的摩擦系数
σ t = 2 p / πDt
式中： σ t ——试验中心的最大拉应力，即 R t
p ——试验中破坏时的压力 D ——试件的直径
要求
①荷载沿轴向均匀分布
t ——试件的厚度δ
②破坏面必须通过试件的直径 ②并非完全单向应力
注： ①端部效应
（3）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： 试件：任何形状，尺寸大致5cm，不做任何加工。 试验： 试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂 破坏。