1-2岩石的力学性质-岩石强度讲解

σc=P/A


4)实验方法 a.试件标准
立方体50×50×50mm或 70×70×70mm 圆柱体，但使用最广泛的是圆柱体。圆柱体直径D一 般不小于50mm。 L/D=2.5~3.0（国际岩石力学委员 会ISRM建议的 尺寸） 要求：两端不平度0.5mm；尺寸误差±0.3mm；两 端面垂直于轴线误差±0.25度。 加载速率：0.5～0.8Pa/s
1.4 岩石的力学性质
岩石的强度：岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够 承受的最大应力。 a.单向抗压强度 b.单向抗拉强度 c.剪切强度 d.三轴抗压强度 岩石的变形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积） 变化。 a.单向压缩变形 b.反复加载变形 c.三轴压缩变形 d.剪切变形
岩石强度与外力有关 a.外力性质：动载荷、静载荷 b.外力方式：拉伸、压缩、剪切 C.应力状态：单向、双向、三向 固有性质：凡是不受试件的形状、尺寸、 采集地、采集人等影响而保持不变的特 征
2.7~5.4
20.6~29.9
15.6~23.3
灰岩类
煤
石灰岩
52.9~157.8
4.9~49
7.7~13.8
2~4.9
9.8~30.4
1.08~16.2
1.2岩石单轴抗拉强度


1）定义：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破 坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗 拉强度(Tensile strength) ,。 试件在拉伸荷载作用下的破坏通常是沿其横截 面的断裂破坏，岩石的拉伸破坏试验分直接试 验和间接试验两类。

2）四种典型的非限制性剪切强度试验：a.单 面剪切试验， b.冲击剪切试验, c.双面剪切试 验，d.扭转剪切试验，分别见图。

3）非限制性剪切强度记为So计算公式：
（a）单面剪切试验 So=Fc/A （b）冲击剪切试验 So=Fc/2πra （c）双面剪切试验 So=Fc/2A （d）扭转剪切试验 So=16M c /πD3
单向抗拉强度 5.5~17.6 6~14 5.4~11.6 1.3~2.4 2.8~9.7 4~11.76
抗剪强度 17.4~53.4 13.3~36.5 12.4~30.4 6.86~11.5 7~28.8 6.6~26.4
砂质页岩
页岩类 页 岩
39.2~90.2
18.6~39.2
3.9~11.8
2.7~5.4
20.6~29.9
15.6~23.3
灰岩类
煤
石灰岩
52.9~157.8
4.9~49
7.7~13.8
2~4.9
9.8~30.4
1.08~16.2
1.3抗剪切强度



1)定义：岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受 的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度（Shear strength）。 剪切强度试验分为非限制性剪切强度试验 （Unconfined shear strength test）和限制性剪切强 度试验（Confined shear strength test）二类。 非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力存在，没有 正应力存在；限制性剪切试验在剪切面上除了存在剪 应力外，还存在正应力。
单向抗拉强度 5.5~17.6 6~14 5.4~11.6 1.3~2.4 2.8~9.7 4~11.76
抗剪强度 17.4~53.4 13.3~36.5 12.4~30.4 6.86~11.5 7~28.8 6.6~26.4
砂质页岩
页岩类 页 岩
39.2~90.2
18.6~39.2
件示意图

计算公式：破坏时的最大 轴向拉伸荷载(Pt)除以试件 的横截面积(A)。即：

σt=Pt/A

2)直接拉伸试验加载和试件示意图－（续）


3)间接拉伸试验加载和试件示意图
巴西试验法（Brazilian test），俗称劈裂试验法。 a.试件:为一岩石圆盘，加载方式如图所示。实际上 荷载是沿着一条弧线加上去的，但孤高不能超过圆盘 直径的1/20。


b.应力分布：圆盘在压应力的作用下，沿圆盘直径y—y的应力分 布和x—x方向均为压应力。而离开边缘后，沿y—y方向仍为压应 力，但应力值比边缘处显著减少。并趋于均匀化；x—x方向变成 拉应力。并在沿y—y的很长一段距离上呈均匀分布状态。 c.破坏原因：从图可以看出，虽然拉应力的值比压应力值低很多， 但由于岩石的抗拉强度很低，所以试件还是由于x方向的拉应力而 导致试件沿直径的劈裂破坏。破坏是从直径中心开始，然后向两 端发展，反映了岩石的抗拉强度比抗压强度要低得多的事实。


d. 端部效应及其消除方法
端部效应:


消除方法:
①润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部） ②加长试件

b.非标准试件的对试验结果的影响及其修正
岩石种类 细砂岩 中砂岩 砂岩类 粗砂岩 粉砂岩 砂砾岩 砾岩类 砾 岩
单向抗压强度 103.9~143 85.7~133.3 56.8~123.5 36.3~54.9 6.9~121.5 80.4~94



c.压缩实验设备示意图(500t压力机)
3）4种破坏形式： 1.X状共轭斜面剪切破坏，是最常见的破坏形式。 2.单斜面剪切破坏，这种破坏也是剪切破坏。 3.塑性流动变形，线应变≥10％。 4.拉伸破坏，在轴向压应力作用下，在横向将产生 拉应力。这是泊松效应的结果。这种类型的破坏就 是横向拉应力超过岩石抗拉极限所引起的。

d.计算公式：



σt=σx=-2P/πdt σy=(1/r1+1/r2-1/d)2P/πt
圆盘中心处：


σt=σx=-2P/πdt σy=6P/πdt
岩石种类 细砂岩 中砂岩 砂岩类 粗砂岩 粉砂岩 砂砾岩 砾岩类 砾 岩
单向抗压强度 103.9~143 85.7~133.3 56.8~123.5 36.3~54.9 6.9~121.5 80.4~94


1.1 岩石单轴抗压强度
1）定义：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所 能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度 (Uniaxial compressive strength)，或称为非限制性抗 压强度(unconfined compressive strength)。如图所 示。 2）计算公式：