岩石单轴压缩强度
岩石力学实验及地层压裂设计
谷铭
室 单轴压缩实验
内
测
三轴压缩实验
试 抗剪强度实验
项
目
抗拉强度试验
（巴西劈裂实验）
声波实验
单轴抗压强度、杨氏模量、 泊松比 抗压强度、杨氏模量、泊松 比、剪切模量、剪切强度
剪切强度
抗拉强度
动态杨氏模量、泊松比、剪切模量
其他（如点荷载实验、断裂韧性试验、声波实验）
1、单轴压缩试验
岩石单轴抗压强度：是指试样只在一个方向受压（无围压）时所
1）直接拉伸实验
受力状态
t
Pt A
将岩石两端固定，拉伸
式中：P为试件承受最大的载荷 A垂直拉应力的横截面积
将岩石加工成特殊形状
3
P（d
2 2
d12）
d
2 1
1 2 P
2）间接法
由于直接法技术复杂，要求高。故而各种间接法被人们所应用。如巴西劈
裂法。
试验方法：采用圆柱体和立方体试
G
3 ts2 ts2
4
t
2 p
t
2 p
1.0
b (3*Vp2 4*Vs2 ) ma (3*Vm2ap 4 *Vm2as )
式中：
tp 为纵波时差（s / ft ）；
ts 为横波时差（s / ft ）；
b 为密度测井值（g / cm）3 ；
VP 为纵波速度（m/s）； VS 为横波速度（m/s）；
岩石力学参数：岩石在弹性极限以内的轴向压力作用下，其轴向应力 和应变之比称为弹性模量。横向应变与纵向应变之比称为泊松比。
p
D
横向应变 ε2=ΔL2/D
浅谈岩石单轴抗压强度的影响因素
浅谈岩石单轴抗压强度的影响因素作者：肖芳秋来源：《城市建设理论研究》2013年第18期摘要:岩石单轴抗压强度值是工程规划设计中必不可少的资料之一，做好岩石单轴抗压强度值试验，确保其准确性、真实性，是保证工程施工的一个先决条件。
但是因为岩石单轴抗压强度的影响因素很多，因此在进行实验时，需要对这些影响因素进行分析，从而在实验中得出准确的实验结果。
关键词:岩石；单轴抗压强度；影响因素；现实意义中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1、岩石单轴抗压强度的影响因素1.1 岩石本身性质方面的因素(1)岩石的结构构造岩石结构的影响，表现在颗粒大小、空隙率与空隙分布特点等方面。
岩石的结构特征尤其是矿物颗粒间连结及微结构面的发育特征对岩石的力学性质影响很大。
一般来说，等粒结构的岩石抗压强度比非等粒结构的高。
在等粒结构中，细粒结构岩石抗压强度比粗粒结构的高，这是因为细晶颗粒间接接触面积大，连结力增强。
在斑状结构中，具细粒基质的岩石抗压强度比玻璃质基质的高，总之，结晶愈细愈均匀，非晶质成分愈少，岩石抗压强度愈高。
岩石空隙率的大小，反映岩石的密实程度，一般空隙率愈大的岩石，抗压强度愈低。
通常存在岩石抗压强度随着密度减小而降低的规律，就是空隙率增大对抗压强度影响的具体表现，如果空隙(主要是各种微结构面)具有定向分布的特性时，必将导致岩石抗压强度呈现各向异性。
通常，受压方向平行微结构面方向的抗压强度低于垂直微结构面方向的，抗压强度因为微结构面连结差，平行施加压力时容易沿微结构面裂开。
岩石的构造是指矿物集合体之间及其与其它组分之间的排列组合方式，如岩浆岩中的流线、流面结构，沉积岩中的微层状构造，变质岩中的片状构造及其定向构造等，这些都会影响岩石的抗压强度。
(2)岩石矿物组成一般而言，岩石的矿物成分及其相对含量对岩石的抗压强度有很大的影响。
含硬度大的粒柱状矿物(如石英、长石、角闪石、辉石等)愈多时，岩块抗压强度愈高；含硬度小的片状矿物(如云母、绿泥石、蒙脱石和高岭石等)愈多时，则岩块抗压强度愈低。
实验五--岩石单轴压缩实验
实验五岩石单轴压缩实验一.实验目的岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。
通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法；了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。
二.实验设备、仪器和材料1.钻石机、锯石机、磨石机；2.游标卡尺，精度0.02mm；3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架；4.YE-600型液压材料试验机；5.JN-16型静态电阻应变仪；6.电阻应变片（BX-120型）；7.胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。
三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态1. 试样规格：采用直径为50 mm，高为100 mm的标准圆柱体，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用50 mm×50 mm×100 mm的立方体，由于岩石松软不能制取标准试样时，可采用非标准试样，需在实验结果加以说明。
2. 加工精度：a 平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm 。
检测方法如图5-1所示，将试样放在水平检测台上，调整百分表的位置，使百分表触头紧贴试样表面，然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。
b 直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm ，用游标卡尺检查。
c 轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。
检测方法如图5-2所示，将试样放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显缝隙。
3.试样数量： 每种状态下试样的数量一般不少于3个。
4.含水状态：采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内1～2 d ，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。
四.2.试样中部，纵向、横向应变片排列采用“┫”形，尽可能避开裂隙，节理等弱面。
1—百分表 2-百分表架 3-试样 4水平检测台图5-3 电阻应变片3.粘贴工艺：试样表面清洗处理→涂胶→贴电阻应变片→固化处理→焊接导线→防潮处理。
五.实验步骤1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对岩石试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。
3岩石力学性质及强度解析
一些典型的破坏形态
岩石的变形特性，根据其破坏特征，可以分为弹 性、弹塑性、塑性、粘性等(粘性又可分为粘弹性 和粘塑性)等。
§3-2 岩石的变形特性
弹性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形
能够恢复的性质。
塑性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形 不能恢复的性质。 脆性：物体在外力作用下变形很小时就发生破坏的性质。 延性：物体能够承受较大的塑性变形而不丧失其承载能力
瓦威尔西克（Wawer Sik,1968）对岩石开始宏观破坏 后的性态做了仔细研究，所得结果如图所示。
类型1：试件仍有一定的强度。要使试件进一步破坏，试验机必须进 一步作功，这种类型为稳定破坏型。应力－应变曲线的破坏后区斜率 为负。这种类型为稳定破坏型；（孔隙率大的沉积岩和部分结晶岩） 类型2：试件受力达到其极限强度以前储存的弹性变形能就足以使试 件完全破坏，不但不需要试验机进一步作功，还要逐步卸载，才能作 出破坏后区应力－应变曲线。应力－应变曲线的破坏后区斜率为正。 这种类型为非稳定破坏型；（细粒结晶岩）
小 结：
1．无论岩石在什么状态的应力条件下( 压、拉、剪、弯、扭)，其破坏形式基本上只 有两种：拉伸和剪切。 2． 三向等压>三向不等压>双向压>单向 压>剪切(包括扭转)>弯曲>单向拉伸；
3．从试验数量来看，单向压缩试验、 圆盘劈裂试验最多。
岩石的破坏形式
就其破坏本质而言，岩石破坏有以下三种类型： 1、拉破坏 2、剪切破坏 3、塑性流动破坏
1 与 主 应 力 差 ( σ 1-
σ 3) 的关 系 曲 线 表 示 。
围压对岩石变形的影响
图2－6 三轴应力状态下大理岩的应力－应变曲线
围压对岩石刚度的影响
岩石单轴抗压强度和极限抗压强度换算
岩石单轴抗压强度和极限抗压强度换算好啦，今天咱们就来聊聊岩石的单轴抗压强度和极限抗压强度怎么换算。
听起来是不是有点头大？别急，这些看似高大上的术语其实并没有那么复杂，咱们慢慢来。
什么是单轴抗压强度呢？其实也就是指岩石在一个方向上的压缩能力。
可以想象一下，咱们平时摁在地上的小石子儿，受压的时候会变得越来越扁平。
这种“被压得死死的”状态，就是岩石的单轴抗压强度在起作用。
换句话说，就是岩石受压的极限，到了这个点，岩石就开始“崩溃”，裂开、碎掉，像被打碎的鸡蛋一样。
所以，单轴抗压强度其实就是测试岩石能忍受多少压力，才能让它“变形”或者“崩溃”啦。
而极限抗压强度呢，说白了就是在岩石受压时，能够承受的最大压力。
这个强度比单轴抗压强度要更“强大”一些。
它代表了岩石在破裂前的最大承载能力，类似于你举着一根木棒，在两头施加压力，直到它中间裂开。
你越加力，木棒就越会承受压力，直到“咔嚓”一声折断。
极限抗压强度，就是岩石“折断”前的最大压力值。
所以，如果单轴抗压强度是岩石承受的“日常压力”，那极限抗压强度就相当于“极限值”啦。
咱们得说说这两个强度的换算问题。
在一些工程设计中，咱们得从单轴抗压强度推算出极限抗压强度。
这么做其实是因为，单轴抗压强度这个数值比较容易测量，也比较常见。
咱们常常说“丈量千里之路”，可见这个数据在土木工程、矿业等领域的重要性。
而极限抗压强度相对来说更难测，需要更多的实验和复杂的设备。
这时候，能通过一些公式来估算一下极限抗压强度，岂不是省事又方便？毕竟有时候咱们可没有那么多时间和预算去做一堆复杂的实验对吧。
一般来说，单轴抗压强度和极限抗压强度的换算公式可以根据经验来进行，虽然它不是百分之百精确，但至少能给咱们一个大致的范围，算得上是“差不多就行”的那种。
根据一些研究，极限抗压强度大概是单轴抗压强度的1.5到2倍之间。
意思就是说，如果你测得某块岩石的单轴抗压强度是50兆帕，那它的极限抗压强度可能在75兆帕到100兆帕之间。
单轴压缩实验实验方案
实验一 单轴压缩实验
一、实验目的
岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征，通过该实验测得岩石的单轴抗压强度。
二、实验原理
岩石单轴抗压强度为岩石试件在无侧限和单轴压力作用下抵抗破坏的极限能力，其值为：
A
P σc
式中：σc —单轴抗压强度，MPa ；
P —无侧限条件下岩石试件的轴向破坏荷载，N ； A —试件的截面面积，mm 2；
三、试样制备
1.试样可用钻孔岩芯或岩块，在取样和试样制备过程中，不允许人为裂隙出现。
2.试样规格：采用直径为50mm ，高为100mm （高径比为2）的标准圆柱体。
3.加工精度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm ；试样两端的直径偏差不得大于0.2mm ；试样的两端面应垂直于试样轴线。
4.试样数量：每种状态下试样的数量一般不少于3个。
5.含水状态：采用自然状态，试样制成后放在底部有水的干燥器内1~2d ，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。
四、实验设备
圆柱标准试样、游标卡尺、液压材料试验机、承压板或垫块（尽可能采用与岩石刚度相接近的材料）。
五、实验步骤
1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。
2.用游标卡尺测量试样尺寸，保留两位小数。
3.将试样放置在压力机承压板中心，调整承压板使试样均匀受力。
4.开动试验机，以0.5 ~0.8 MPa/s的加载速度对试样加载，直到破坏。
5.记录破坏载荷，破坏类型描述。
六、数据处理
岩石抗压强度测定结果填入下表。
表1 岩石抗压强度测定结果。
岩石力学性质试验
岩石力学性质试验一、岩石单轴抗压强度试验1.1概述当无侧限岩石试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。
在测定单轴抗压强度的同时，也可同时进行变形试验。
不同含水状态的试样均可按本规定进行测定，试样的含水状态用以下方法处理：（1）烘干状态的试样，在105～1100C下烘24h。
（2）饱和状态的试样，使试样逐步浸水，首先淹没试样高度的1/4，然后每隔2h分别升高水面至试样的1/3和1/2处，6h后全部浸没试样，试样在水下自由吸水48h；采用煮沸法饱和试样时，煮沸箱内水面应经常保持高于试样面，煮沸时间不少于6h。
1.2试样备制（1）试样可用钻孔岩芯或坑、槽探中采取的岩块，试件备制中不允许有人为裂隙出现。
按规程要求标准试件为圆柱体，直径为5cm，允许变化范围为4.8～5.2cm。
高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm。
对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比必须保持=2:1～2.5:1。
（2）试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，一般情况下必须制备3个。
（3）试样制备的精度，在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。
两端面的不平行度最大不超过0.05mm。
端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25度。
1.3试样描述试验前的描述，应包括如下内容：（1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小，胶结物性质等特征。
（2）节理裂隙的发育程度及其分布，并记录受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。
（3）测量试样尺寸，并记录试样加工过程中的缺陷。
1.4主要仪器设备1.4.1试样加工设备钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。
1.4.2量测工具与有关检查仪器游标卡尺、天平（称量大于500g，感量0.01g），烘箱和干燥箱，水槽、煮沸设备。
1.4.3加载设备压力试验机。
岩石的单轴抗压强度
岩石的单轴抗压强度
4.岩石饱和单轴抗压强度用途
岩石饱和单轴抗压强度可用于岩石坚硬程度的划分。 按照岩石饱和单轴抗压强度的大小，岩石坚硬程度分类如表1所示。
表1 岩石坚硬程度的划分
单轴抗压强度
岩石的强度
单轴抗拉强度 剪切强度
三轴抗压强度
图1 岩石的强度
岩石的单轴抗压强度
2.岩石的单轴抗压强度定义
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，或称为非限制性抗压强度，用Rc表示。
Rc=P/A
岩石单轴抗压强度据其含水状态按压坏标准试件测得，有干燥抗压强度、天然抗压
岩石的单轴抗压强度
《工程岩土与测试》
岩石的单轴抗压强度
1 基本概念
目录
CONTENTS
2 岩石的单轴抗压强度定义 3 岩石单轴抗压强度测试方法
3 岩石饱和单轴抗压强度用途
岩石的单轴抗压强度
1.基本概念
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。岩石的强度 分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、剪切强度和三轴抗压强度。如下图。
3.岩石单轴抗压强度测试方法
（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，图a。 2）单斜面剪切破坏，这种破坏也是剪切破坏，图b。 3）塑性流动变形，线应变≥10％，图c。 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，图d。
强度与饱和抗压强度之分。
干单轴抗压强度
岩石的单轴抗压强度
天然单轴抗压强度
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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； 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
岩石的破坏形式
张拉破坏：脆性破坏，发生比较突然
延性破坏：变形持续增大，长时间塑性流动， 软岩，或三向高应力下的硬岩 煤矿深部开采 剪切滑移：结构面，岩块 失稳破坏 破坏
组合破坏：对于岩体而言，通常 都是上述三轴方式的组合
岩 爆
粉碎性破坏
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 用破坏时单位面积上承受的荷载。
第三节 岩石的强度特征
岩 石 的 强 度
强度 Strength：缺乏明确的定义。一般指岩石达到 破坏过程中所能承受的最大载荷。
强度：岩块、结构面和பைடு நூலகம்体
强度：与加载方式有关 抗压强度，拉伸强度，剪切强度 强度还与应力状态有关，单向加载，三向加载等 强度也与加载的时间有关， 准静态强度， 长期强度，冲击强度等
1.2
1.6
不同长度的试样单轴压缩的全程曲线
（1）承压板端部的摩擦力及其刚度（加垫块的依据）
140
◆ 没有减摩垫片
120
■ 减摩垫片
100
A
80
利用塑料 垫片与否 不同长度 试样单轴 压缩强度
σL／MPa
60 25 45 65 85 105
L／mm
（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：180℃以下不明显：大于180℃，温度越高 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： （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
煤 样 强 度 的 离 散 性
150 120
150 120
σ 1／MPa
90 0.8 60 1.4 30
L / D = 2.0
σ 1／MPa
90 60 30 0
L / D = 0.6
0.5
0.6 0.6
1.0
0
0.3
0.6 ε 1／10 -2 图 2.25
0.9
1.2
0.4
0.8 ε 1／10 -2
不同的岩石种类，试样的破坏形式不同。
S 80 MPa
S 50 MPa
4.影响单轴抗压强度的主要因素
（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
试样体积对强度的影响尺度效应