第4章 岩石的变形与强度特性(1).
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岩体力学第四章刘佑荣
三、岩体变形曲线类型及其特性
1、法向变形曲线
直线型 上凹形 上凸性 复合型
直 通过原点的直线，其方程为p=f(W)=KW
线 加压过程中W随p成正比增加
型
岩体岩性均今、结构面不发育或结构面分布均匀
陡
岩体刚度大，不易变形，岩体较坚硬、完整
直
、致密均匀、少裂隙，以弹性变形为主，接
线
近于均质弹性体。
型
岩体刚度低、易变形，由多组结构面切割且
· 在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。 一、岩体变形试验及其变形参数确定 二、岩体变形参数估算 三、岩体变形曲线类型及其特征上 四、影响岩体变形性质的因素3
静力法的基本原理:在选定的岩体表面、槽壁或钻 孔壁面上施加法向荷载,并测定其岩体的变形值;然 后绘制出压力-变形关系曲线，计算出岩体的变形 参数。
第i组结构面的断面平均流速矢量为
mj为水力梯度矢量J在第i组结构面上的单位矢量。 联立得
设裂隙面法线方向的单位矢量为ni，则
令ni的方向余弦a1i，a2i，a3i，并将4-61代入4-60得岩体得渗透张量
岩石渗透系数测试
压水实验
应力对岩体渗透性能的影响
片麻岩的渗透系数和与应力关系试验
孔隙水压力的变化，明显的改变了结构面 的张开度，以及流速和流体压力在结构面 中的分布
渗透水流所产生的力学性能
渗流对岩体的作用
水对岩体的物理化学作用
水对岩体的物理化学作用
（1）软化和泥化作用 （2）润滑作用 （3）溶蚀作用 （4）水化，水解作用
渗透水流所产生的力学效应
渗透应力 地下水的存在首先是减少了作用在岩体固相上的有效应力，从而降低了岩体的抗 剪强度 ，即
空隙水u增大，岩体的抗剪强度不断降低，如果u很大会出现
岩石的基本物理力学性质
岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩体力学中研究最早、最完善的力学性质。
岩石密度：天然密度、饱和密度、质量指标密度、重力密度岩石颗粒密度孔隙性孔隙比、孔隙率含水率、吸水率水理指标渗透系数抗风化指标软化系数、耐崩解性指数、膨胀率抗冻性抗冻性系数单轴抗压强度单轴抗拉强度抗剪强度三向压缩强度岩石的基本物理力学性质◆岩石的变形特性◆岩石的强度理论试验方法参照标准：《工程岩体试验方法标准》（GB/T 50266-99）。
第二章岩石的基本物理力学性质第一节岩石的基本物理性质第二节岩石的强度特性第三节岩石的变形特性第四节岩石的强度理论回顾----岩石的基本构成岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物，一般而言，大部分新鲜岩石质地均坚硬致密，空隙小而少，抗水性强，透水性弱，力学强度高。
岩石是构成岩体的基本组成单元。
相对于岩体而言，岩石可看作是连续的、均质的、各向同性的介质。
岩石的基本构成：由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的。
回顾----岩石的基本构成一、岩石的物质成分●岩石是自然界中各种矿物的集合体。
●岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石等。
●岩石中的矿物成分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和强度特性。
●岩石中矿物成分的相对稳定性对岩石抗风化能力有显著的影响，各矿物的相对稳定性主要与化学成分、结晶特征及形成条件有关。
回顾----岩石的基本构成二、岩石的结构是指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、性状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面（即内部缺陷）。
其中，以结构连结和岩石中的微结构面对岩石工程性质影响最大。
回顾----岩石的基本构成●岩石结构连结结晶连结和胶结连结。
结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。
这种连结结晶颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，但随结构的不同而有一定的差异。
岩石的变形与强度特征-岩石力学
6.1 加载方式的影响---逐级循环加载的岩石变形性状
对应变强化现象、塑性滞环、记忆的解释 应力从脆弱部分向坚硬骨架的转移，应力水平与记忆 塑性滞环与闭合裂纹的摩擦和反向滑动有关。 峰值后，岩石仍有强度，卸载时仍有可恢复变形。
六、荷载条件对单轴变形与强度的影响
6.2 加载方式的影响---反复循环荷载作用下的岩石变形与强度
五、峰值后的变形阶段
伺服控制的刚性试验机与岩石的应力-应变全过程曲线
5.1 稳定破裂传播型：荷载位移曲线为反坡型，试件在 峰值后所储存的变形能不能使其破坏，试验机需继续做 功，有残余强度。
5.2 非稳定破裂传播型：试件在峰值后，不需试验机做 功，所储存的变形能使其继续破坏。
六、荷载条件对单轴变形与强度的影响
4、长期强度：岩石在长期荷载（应 变速率小于10-6/s）作用下的强度， 即稳定蠕变与不稳定蠕变的分界点。
5、抗压强度：抵抗压缩破坏的能力 6、抗剪强度：抵抗剪切破坏的能力 7、抗拉强度：抵抗拉伸破坏的能力
二、岩石的单向抗压强度
1、压力试验机、试件：强度试验可不 考虑变形，只记录荷载。
2、抗压强度的计算：
AB段：线性变形阶段，此阶段的变 形除弹性变形外，仍有闭合裂纹的相 互滑动，变形不完全恢复。
BC段：裂纹稳定扩展的非线性变形 阶段，新裂纹产生，扩容，破坏前兆
CD段：裂纹加速扩展至岩石破坏： 裂纹密集、搭接、相连，形成宏观裂 纹与裂缝带，延伸至破坏。
线性变形阶段
在线性变形阶段卸载，加载与卸载曲线并不重合，变形不能 完全恢复，除弹性变形外，还有闭合裂纹的相互滑动。
4.2 以弹性变形为主的变形
结构致密、坚硬的岩石，如石英岩、玄武岩等，应力应 变曲线为直线型，无明显压密阶段，变形可恢复。变形 原因为物质质点空间格架受力后的压密与歪斜。
第四章 岩石的强度
第四章岩石的强度岩石强度是岩石的一种重要的力学特性。
是指岩石抵抗载荷（外力）而不受屈服或破裂的能力,是岩石承受外力的极限应力值。
岩石受力后会发生变形，一旦应力达到岩石的极限应力值，岩石就会发生破坏。
在岩石强度应力值之前，存在屈服点(应变明显增大，而应力不再需要明显增大时的应力)，超过屈服点和达到极限强度(岩石破裂要达到的最大应力值)前，一般仍有一些抵抗应变而恢复原形的能力，但达到极限强度后岩石破裂，就完全失去恢复能力。
通常所讲的岩石强度，一般是指岩石样件的测量强度，它仅代表岩体内岩块的强度，不能代表整个岩体的强度。
但在涉及岩石强度的工程问题中，一般是针对岩体的强度，而岩体往往包含一些软弱的结构面。
几组软弱结构面可以将岩体分割成各种形状和大小不同的岩块。
因此，岩体的强度取决于这些岩块强度和结构面的强度，岩块内微结构面的作用将直接反映到岩石的力学性质上。
岩石受力方式的不同，表现出的强度特性不尽相同。
如在张力、压力和剪切力的作用下，同种岩石会呈现出不同的强度特性。
因此岩石具有抗张、抗压和抗剪切强度等之分。
岩石受力条件的不同，可表现出变形、破裂、蠕变等现象，这些现象有着一定的规律性。
岩石的强度是衡量岩石基本力学性质的重要指标，是建立岩石破坏判据的重要指标，还可估计其他力学参数。
岩石的这些力学特性广泛用于建筑行业、水利水电工程、地质灾害研究与预防、断裂构造研究等方面。
4.1影响岩石强度的主要因素1)岩石成分和结构组成岩石的矿物种类及含量、矿物颗粒大小、固结程度、胶结物种类、矿物形态与分布等均影响到岩石的各种强度。
固结程度高、硅质胶结、细粒、交错结构的强度大。
2)岩石中不连续面和间断面岩石中微裂缝、微小断裂、节理层理等的发育程度和分布情况直接影响到岩石的强度，这些不连续或间断面会降低岩石在不同方向上的强度。
3)岩石孔隙度及流体性状岩石的孔隙度以及其中所含流体种类、饱和度、渗透率等因素以较复杂的关系影响着岩石强度。
岩石性质
哪种应力状态下，岩石的破坏都是因为其内部的拉应力超过岩石的抗拉强度，或者是剪应
力超过其抗剪强度而引起的拉伸破坏或剪切破坏。
二、多向应力条件下岩石的力学性质
在实际的钻井条件下,尤其是深井钻井，井下岩石处
于多向受力状态。井底岩石受到钻头钻压、钻井液液柱
压力、孔隙压力及周围岩石挤压力（简称围压）的作用。
的能力。塑性系数定义为岩石破碎前耗费的总功AF与
岩石破碎前弹性变形功AE的比值，用以定量表征岩石
在压入破碎条件下的塑性及脆性大小。岩石的硬度和塑
性系数是通过岩石硬度试验来测定的。
岩石硬度试验装置如图所示。测定方法是将岩样
置于压模和垫板之间，均匀加载使压模压入岩样，直至破碎，记录并绘制压力—压入深度
别是84.5MPa和30MPa 。
③ 岩石的强度随着围压的增加明显增大。当围压高到一定数值时，有些岩石的强度
便趋于常数。
三、岩石的硬度和塑性系数
在石油钻井过程中，钻头破碎岩石是以“压入破碎”为主要特点的。例如：牙轮钻头
的牙齿在纵向载荷多用下压入岩石，使齿下面的岩石产生体积破碎，形成坑穴；刮刀钻头
基本相等。因此，可以通过简的单轴试验确定复杂应力条件下的弹性常数。
② 随着围压的增大，岩石表现出由脆性到塑性的转变，并且围压越大，岩石破坏前所
呈现的塑性也就越大。在应力应变曲线中，使峰后曲线变得平行或者基本平行于横轴（应
变轴）的围压，称为“脆-塑转化临界围压”。如德国大理岩和茂名泥岩的脆-塑转化围压分
力。岩石的力学性质对研究岩石的破碎方法、井壁稳定问题以及钻头的设计与选择、合理
钻进参数的优选等都具有十分重要的意义。
一、简单应力条件下岩石的力学性质
力超过其抗剪强度而引起的拉伸破坏或剪切破坏。
二、多向应力条件下岩石的力学性质
在实际的钻井条件下,尤其是深井钻井，井下岩石处
于多向受力状态。井底岩石受到钻头钻压、钻井液液柱
压力、孔隙压力及周围岩石挤压力（简称围压）的作用。
的能力。塑性系数定义为岩石破碎前耗费的总功AF与
岩石破碎前弹性变形功AE的比值，用以定量表征岩石
在压入破碎条件下的塑性及脆性大小。岩石的硬度和塑
性系数是通过岩石硬度试验来测定的。
岩石硬度试验装置如图所示。测定方法是将岩样
置于压模和垫板之间，均匀加载使压模压入岩样，直至破碎，记录并绘制压力—压入深度
别是84.5MPa和30MPa 。
③ 岩石的强度随着围压的增加明显增大。当围压高到一定数值时，有些岩石的强度
便趋于常数。
三、岩石的硬度和塑性系数
在石油钻井过程中，钻头破碎岩石是以“压入破碎”为主要特点的。例如：牙轮钻头
的牙齿在纵向载荷多用下压入岩石，使齿下面的岩石产生体积破碎，形成坑穴；刮刀钻头
基本相等。因此，可以通过简的单轴试验确定复杂应力条件下的弹性常数。
② 随着围压的增大，岩石表现出由脆性到塑性的转变，并且围压越大，岩石破坏前所
呈现的塑性也就越大。在应力应变曲线中，使峰后曲线变得平行或者基本平行于横轴（应
变轴）的围压，称为“脆-塑转化临界围压”。如德国大理岩和茂名泥岩的脆-塑转化围压分
力。岩石的力学性质对研究岩石的破碎方法、井壁稳定问题以及钻头的设计与选择、合理
钻进参数的优选等都具有十分重要的意义。
一、简单应力条件下岩石的力学性质
岩石的强度和特征 PPT课件
变εp。
CD段-加速蠕变阶段：蠕变加速发 展直至岩块破坏(D点)。
（1）稳定蠕变：岩石在较小的恒定力作用下，变形随时 间增加到一定程度后就趋于稳定，不再随时间增加而变化， 应变保持为一个常数。稳定蠕变一般不会导致岩体整体失稳。
（2）非稳定蠕变：岩石承受的恒定荷载较大，当岩石应 力超过某一临界值时，变形随时间增加而增大，其变形速率 逐渐增大，最终导致岩体整体失稳破坏。
1、变形阶段的划分—几个概念
v
p
C
r
e
B
A
r
o
a
扩容：压缩应力下岩石体积出现膨胀的现象称为岩石扩容
1、变形阶段的划分—五个阶段
v c
峰前
峰后
D
p
C
r
e
a
B
E
A
r
o
a
① 空隙压密阶段(OA) ② 弹性变形阶段(AB) ③ 微裂隙稳定发展阶段(BC)
④ 微裂隙非稳定发展阶段(CD) ⑤ 破坏后阶段(DE)
物体受力后产生变形在外力去除后不能完全恢复原状的性质不能恢复的那部分变形称为塑性变形或称永久变形残余变形当物体既有弹性变形又有塑性变形且具有明显的弹性后效时弹性变形和塑性变形就难以区别在外力作用下只发生塑性变形或在一定的应力范围内只发生塑性变形的物体称为塑性介质粘性viscosity物体受力后变形不能在瞬时完成且应变速率随应力增加而增加的性质称为粘性
类型Ⅱ：弹-塑性—在应力较低时，近似于直线；应力增加 到一定数值后，应力-应变曲线向下弯曲变化，且随着应力 逐渐增加，曲线斜率也愈来愈小，直至破坏。典型岩石： 石灰岩、泥岩、凝灰岩
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ σ
类型Ⅲ
ε
类型Ⅳ
CD段-加速蠕变阶段：蠕变加速发 展直至岩块破坏(D点)。
（1）稳定蠕变：岩石在较小的恒定力作用下，变形随时 间增加到一定程度后就趋于稳定，不再随时间增加而变化， 应变保持为一个常数。稳定蠕变一般不会导致岩体整体失稳。
（2）非稳定蠕变：岩石承受的恒定荷载较大，当岩石应 力超过某一临界值时，变形随时间增加而增大，其变形速率 逐渐增大，最终导致岩体整体失稳破坏。
1、变形阶段的划分—几个概念
v
p
C
r
e
B
A
r
o
a
扩容：压缩应力下岩石体积出现膨胀的现象称为岩石扩容
1、变形阶段的划分—五个阶段
v c
峰前
峰后
D
p
C
r
e
a
B
E
A
r
o
a
① 空隙压密阶段(OA) ② 弹性变形阶段(AB) ③ 微裂隙稳定发展阶段(BC)
④ 微裂隙非稳定发展阶段(CD) ⑤ 破坏后阶段(DE)
物体受力后产生变形在外力去除后不能完全恢复原状的性质不能恢复的那部分变形称为塑性变形或称永久变形残余变形当物体既有弹性变形又有塑性变形且具有明显的弹性后效时弹性变形和塑性变形就难以区别在外力作用下只发生塑性变形或在一定的应力范围内只发生塑性变形的物体称为塑性介质粘性viscosity物体受力后变形不能在瞬时完成且应变速率随应力增加而增加的性质称为粘性
类型Ⅱ：弹-塑性—在应力较低时，近似于直线；应力增加 到一定数值后，应力-应变曲线向下弯曲变化，且随着应力 逐渐增加，曲线斜率也愈来愈小，直至破坏。典型岩石： 石灰岩、泥岩、凝灰岩
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ σ
类型Ⅲ
ε
类型Ⅳ
4岩体的力学性质及工程分类
0.35~0.15 <0.15
破碎
极破碎
4、按岩芯质量指标（RQD）分类
蒂尔（Deer,1968)提出根据钻探时岩芯完好程度来判断岩 体的质量，对岩体分类。
RQD li 100% L
式中：li —所取岩芯中≥10cm长度的岩芯段的长度； L—钻进岩芯的总程度，m。
RQD（％） 0～25
等级
Ⅰ
分类
很差
25~50 Ⅱ 差
50~75 Ⅲ
较好
75~90 Ⅳ
良好
90～100 Ⅴ
很好
例 某钻孔的长度为250cm，其 中岩芯采取总长度为200cm,而 大于10cm的岩芯总长度为 157cm(如图所示)， 则岩芯采取率： 200/250=80%
RQD=157/250=63% 岩体分类为：Ⅲ类、中等岩体
面
岩体的破坏机制也受控于岩体结构： 结构控制有：岩体破坏难易程度、岩体破坏的规模、岩 体破坏的过程及岩体破坏的主要方式等。
岩体破坏机制受岩体结构控制
整块体结构岩 体
①张破裂 ②剪破坏
块状结构岩 体
结构体沿结 构面滑动
碎裂状结构岩体
①结构体张破裂
②结构体
剪破裂
③结构体流动变形 ④结构体沿
结构面滑动
⑤结构体转动
分类的目的：为岩体工程建设的勘察、设计、施工和 编制定额提供必要的基本依据。
按分类目的，可分为综合性和专题性两种；按其所涉及的因素 多少，可分为单因素分类法和多因素分类法两种。
一、工程岩体分类的参考影响因素
1、岩石的质量。主要表现在岩石的强度和变形性质方面。
2、岩体的完整性。岩体完整性取决于不连续面的组数和
5、地下水的影响。渗流，软化，膨胀，崩解，静、动水 压力等。
第4章 岩石的变形与强度特性1
第4章 岩石的变形与强 度特性1
2020年4月22日星期三
本章内容：
§4-1 概述 §4-2 岩石的变形特性 §4-3 岩石的蠕变特性 §4-4 岩石的强度试验 §4-5 岩石的强度理论
重点:
1、岩石的单轴压缩变形特性，应力－应变全过程曲线 的工程意义；
2、岩石在三轴压缩条件下的力学特性； 3、岩石的流变性。 4、岩石的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度及其实验室测 定方法 5、岩石在三轴压缩条件下的力学特性； 6、莫尔强度理论、格里菲斯断裂强度理论及判据；
变形性质
单轴压缩
云南腾冲 柱状节理
林县红旗渠
悬挂在山腰的 输水渠道
真是不简单！
试样 试验机
第三节 岩石的单轴抗压强度和破坏形式
圆柱试样单轴压缩强度是岩样达到破坏过程中承 载得的最大载荷与截面积的比值，是岩石材料的 特征参数
圆柱试样
圆 柱
正方形
三
六边形
角
试
形
样
Results of sandstone specimens in uniaxial compression
附加刚 性组件
二、 岩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的变形特性
（一） 连续加载
1、变形阶段 •空隙压密阶段(OA)
•弹性变形阶段(AB) B点:弹性极限
•微裂隙稳定发展阶段(BC) d
C点:屈服强度
•非稳定发展阶段(CD) D点:峰值强度
(-)
•破坏后阶段(DE) 全过程曲线前过程曲线
峰值 前变 形阶 段
峰值 后变 形阶 段
弹性型
弹-塑性型
塑-弹性型
塑-弹-塑性型1 塑-弹-塑性型2
弹性-蠕变型
4. 峰值后岩块的变形特征 塑性大 的岩石
2020年4月22日星期三
本章内容：
§4-1 概述 §4-2 岩石的变形特性 §4-3 岩石的蠕变特性 §4-4 岩石的强度试验 §4-5 岩石的强度理论
重点:
1、岩石的单轴压缩变形特性，应力－应变全过程曲线 的工程意义；
2、岩石在三轴压缩条件下的力学特性； 3、岩石的流变性。 4、岩石的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度及其实验室测 定方法 5、岩石在三轴压缩条件下的力学特性； 6、莫尔强度理论、格里菲斯断裂强度理论及判据；
变形性质
单轴压缩
云南腾冲 柱状节理
林县红旗渠
悬挂在山腰的 输水渠道
真是不简单！
试样 试验机
第三节 岩石的单轴抗压强度和破坏形式
圆柱试样单轴压缩强度是岩样达到破坏过程中承 载得的最大载荷与截面积的比值，是岩石材料的 特征参数
圆柱试样
圆 柱
正方形
三
六边形
角
试
形
样
Results of sandstone specimens in uniaxial compression
附加刚 性组件
二、 岩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的变形特性
（一） 连续加载
1、变形阶段 •空隙压密阶段(OA)
•弹性变形阶段(AB) B点:弹性极限
•微裂隙稳定发展阶段(BC) d
C点:屈服强度
•非稳定发展阶段(CD) D点:峰值强度
(-)
•破坏后阶段(DE) 全过程曲线前过程曲线
峰值 前变 形阶 段
峰值 后变 形阶 段
弹性型
弹-塑性型
塑-弹性型
塑-弹-塑性型1 塑-弹-塑性型2
弹性-蠕变型
4. 峰值后岩块的变形特征 塑性大 的岩石
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A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4 D1 D2 D3 D4
49.4 49.4 49.5 49.5 49.4 49.4 49.4 49.5 49.4 49.4 49.4 49.5 49.5 49.5 49.5 49.5
96.9 91.0 104.1 67.3 104.9 103.2 102.5 87.7 101.1 63.1 76.9 68.8 60.0 87.3 97.5 79.2
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
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。
难点：岩石的流变性。
关键术语:
脆性、塑性、延性、粘性（流变性）；蠕变；松弛；弹 性后效；岩石的变形；全应力－应变曲线；刚性压力机； 岩石的强度；抗压强度；抗拉强度；抗剪强度；峰值强度； 长期强度；残余强度；强度理论。
要求：
1、须掌握本章重点难点内容； 2、了解影响岩石力学性质的因素； 3、理解岩石流变本构模型。 4、了解影响岩石力学性质的因素；
一、 岩石单轴压缩条件下的变形特性 1 单轴压缩试验： 研究岩石最普遍的方法是单轴压缩试验 在单轴压缩试验时，试样大多采用圆柱 形，一般要求试样的直径为5cm，高度 为10cm，两端摩平光滑，按照实验要求， 在侧面粘贴电阻丝片，以便观测变形， 然后用压力机对试样加压，见图。在任 何轴向压力下都测量试样的轴向应变和 侧向应变。设试样的长度为，直径为， 试样在荷载P作用下轴向缩短，侧向膨 胀，则试样的轴向应变为。 d l y x d l
§4-1 概述
弹性(elasticity)：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(plasticity)：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 (brittleness) ：物体在外力作用下变形很小时就发生破
坏的性质。
延性 (ductility) ：物体能够承受较大的塑性变形而不丧失其 承载能力的性质。 粘性（流变性）(viscosity) ：物体受力后变形不能在瞬间完 成，且应变速度（dε/dt）随应力大小而变化的性质。
圆柱试样
圆 柱 试 样
正方形 六边形
三 角 形
Results of sandstone specimens in uniaxial compression
No Diameter/Length mm Dry / Wet Vs m /s Dry／Wet Vp Ed GPa Eav GPa Strength MPa m /s
2217 2220 2329 1991 2256 1801 2195 1440 2038 1824 2309 2036 1854 1942 -
2358 2283 1880 2363 1633 2537 1730 2368 1878 2262 2110 1869 1757 -
3698 2407 3731 3524 3556 2695 4289 3480 4415 3374 4179 3977 2353 3328 -
力 学 性 质
◆
强度特性：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。 变形性质：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积） 变化。
岩石的变形特性只有通过在应力作用下的变形过程才 能表现出来，这种变形过程可由岩石的应力与应变关 系来描述 岩石的应力应变之间的关系一般采用由试验获得的应 力-应变曲线来表示
◆
强 度 特 性
单向抗压强度 单向抗拉强度 剪切强度 三轴压缩 a.单向压缩变形 b.反复加载变形 c.三轴压缩变形
变 形 性 质Leabharlann 单轴压缩云南腾冲 柱状节理
林县红旗渠 悬挂在山腰的 输水渠道 真是不简单！
试样 试验机
第三节
岩石的单轴抗压强度和破坏形式
圆柱试样单轴压缩强度是岩样达到破坏过程中承 载得的最大载荷与截面积的比值，是岩石材料的 特征参数
48.3 57.0 53.3 61.0 24.1 79.6 27.7 95.9 49.3 77.9 59.9 11.7 19.7 8.1
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。
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
线弹性变形 弹性变形 变形 塑性变形
σ F σ Q P Q o (a) o (b) o (c) ε o N ε p ε e (d) M ε σ P F σ P
非线弹性变形
ε
ε
几种典型的材料变形形状示意图
s
o
o
理想弹性体
s
理想弹塑性体
o
o
线性硬化弹塑性体
理想粘性体
d dt
§4-2 岩石的变形特性
3307 3337 3004 3362 3018 4133 3066 4266 3187 3964 3780 2445 2982 -
28.4 28.7 21.7 29.4 17.9 40.1 19.7 37.2 22.6 33.5 29.5 14.5 19.8 -
8.74 10.68 8.33 11.00 6.05 15.76 4.92 18.14 6.54 14.90 9.13 3.18 4.32 1.30
第四章 岩石的变形与强度特性
重庆交通大学土木建筑学院 隧道及岩土工程系
本章内容：
§4-1 概述
§4-2 岩石的变形特性 §4-3 岩石的蠕变特性 §4-4 岩石的强度试验 §4-5 岩石的强度理论
重点:
1、岩石的单轴压缩变形特性，应力－应变全过程曲线 的工程意义； 2、岩石在三轴压缩条件下的力学特性； 3、岩石的流变性。 4、岩石的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度及其实验室测 定方法 5、岩石在三轴压缩条件下的力学特性； 6、莫尔强度理论、格里菲斯断裂强度理论及判据；