第3章岩石力学性质试验..

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第3章岩石结构面、力学性质岩体力学

nˆ =(sinαsinβ , sinαcosβ , conα )
岩石力学
3.3.1.2 结构面的连续性结构面的连续性又称为结构面的延展性或贯通性，常用
迹长、线连续性系数和面连续性系数表示。（1）迹长结构面与勘测面交线的长度，称为迹长。国际岩石力学学会(ISRM，1978年) 制订的分级标准(见
3.2.2 岩体结构的类型
在《岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）》中，将岩体结构划分为5大类（见下表）。
岩石力学
岩体结构
类型整体状
结构
块状结构
层状结构
岩体地质类型
巨块状岩浆岩和变质岩
厚层状沉积岩，块状岩浆岩和变质岩多韵律薄层、中厚层状沉积岩，副
结构体形状
岩石力学
3.1 概述
工程涉及的实际岩体与实验室内测试的岩石试件的力学性能有着很大的差别，引起这种差别的主要因素有：
（1）岩体的非连续性；（2）岩体的非均质性；（3）岩体的各向异性；（4）岩体的含水性等。其中最关键的因素是岩体的非连续性。
岩石力学
结构面（亦称弱面）：岩体内存在的各种地质界面，
巨块状
块状柱状
层状板状
结构面发育情况
以层面和原生、构造节理为主，多呈闭合型，间距大于1.5m，一般为1~2组，无危险结构
有少量贯穿性节理裂隙，结构面间距0.7~1.5m，一般为2~3组，有少量分离体
有层理、片理、节理，常有层间错动
岩土工程特征
岩体稳定，可视为均质弹性各项同性体
岩石力学
当试件沿结构面发生剪切破坏时，作用在结构面上的应力有：
T A
P cos

岩石力学实验报告

岩石力学实验报告岩石力学实验报告引言岩石力学实验是研究岩石的物理力学性质和力学行为的重要手段。

通过实验可以探索岩石的力学特性，为工程建设和地质灾害防治提供依据。

本文将介绍一次岩石力学实验的过程和结果，以及对实验结果的分析和讨论。

实验目的本次实验的目的是研究不同岩石样本在不同加载条件下的力学特性，包括强度、变形和破裂行为。

通过实验结果，可以了解岩石在实际工程中的承载能力和稳定性，为工程设计和施工提供参考。

实验方法1. 样本准备：从现场采集不同类型的岩石样本，经过加工和处理后制备成标准试样，确保试样的尺寸和质量符合实验要求。

2. 强度试验：将试样放置在强度试验机上，施加逐渐增加的加载，记录试样的应力-应变曲线。

通过分析曲线，可以确定试样的弹性模量、屈服强度和抗拉强度等力学参数。

3. 变形试验：在加载过程中，观察试样的变形情况，包括弹性变形和塑性变形。

通过测量试样的应变和变形量，可以计算出试样的变形模量和变形能力等指标。

4. 破裂试验：在试样达到极限承载能力时，观察试样的破裂形态和破裂面的特征。

通过分析破裂面的形貌和结构，可以了解试样的破裂机制和破裂韧性。

实验结果与分析1. 强度试验结果：不同类型的岩石样本在强度试验中表现出不同的力学特性。

例如，花岗岩样本的强度较高，具有较高的抗压和抗拉强度；而砂岩样本的强度较低，容易发生破裂。

通过对不同样本的应力-应变曲线进行比较分析，可以得出不同岩石类型的强度参数，为岩石工程设计提供依据。

2. 变形试验结果：在加载过程中，不同岩石样本表现出不同的变形特性。

弹性模量较高的岩石样本具有较小的弹性变形，而塑性变形较大的岩石样本具有较低的弹性模量。

通过测量试样的应变和变形量，可以计算出岩石的变形模量和变形能力，为岩石的变形预测和变形控制提供参考。

3. 破裂试验结果：不同岩石样本的破裂形态和破裂面特征各异。

有些岩石样本呈现出韧性破裂，破裂面较为平滑；而有些岩石样本呈现出脆性破裂，破裂面较为粗糙。

岩石基础力学性质的试验研究和应用

岩石基础力学性质的试验研究和应用岩石是地球壳中的主要构成元素之一，其力学性质的研究对于地质工程、岩土工程以及矿山工程等领域具有重要意义。

本文将探讨岩石基础力学性质的试验研究和应用，深入了解岩石的力学特性，为工程实践提供科学依据和指导。

一、岩石力学性质的试验研究1.1 岩石试验的重要性岩石的力学性质直接关系到岩体的稳定性和工程的安全性。

因此，进行岩石力学性质的试验研究是十分必要的。

通过试验可以获得岩石的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、弹性模量等重要参数，从而对岩石的力学性质进行全面的分析和评价。

1.2 岩石试验的基本内容岩石试验的基本内容包括物理试验、力学试验和数值模拟试验等。

物理试验可以了解岩石的物理特性，如密度、孔隙度等；力学试验可以测量岩石的力学性能，如强度、刚度等；而数值模拟试验则可以通过计算模拟来揭示岩石的力学行为和响应。

1.3 岩石试验的方法和设备岩石试验的方法和设备主要包括压力试验机、拉力试验机、剪力试验机等。

其中，压力试验机用于测量岩石的抗压强度，拉力试验机用于测量岩石的抗拉强度，剪力试验机用于测量岩石的抗剪强度。

通过这些试验方法和设备，可以对岩石的不同力学性质进行全面细致的研究。

二、岩石力学性质的应用2.1 岩石基础工程中的应用在岩石基础工程中，岩石力学性质的应用尤为重要。

通过对岩石力学性质的研究，可以确定合理的基础设计方案，避免因岩石的破坏而引发的工程事故。

此外，在基础工程中，还可以根据岩石的弹性模量和抗裂强度等参数，结合土体力学的原理，进行地基处理和加固，提高地基的承载力和稳定性。

2.2 岩石爆破工程中的应用岩石爆破工程是一种常见的岩石开采方法，也是岩石力学性质的重要应用领域之一。

通过对岩石的抗压强度和抗拉强度等参数的测定，可以确定爆破设计的参数和爆破药剂的种类，提高爆破效果和工程效率。

2.3 岩石地质灾害的防治岩石地质灾害是指岩石体在自然力作用下发生的破坏、滑动、崩塌等不利于工程建设和人类安全的现象。

岩石力学实验ppt课件

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绪言
地层中钻取的岩心
标准的岩心试样
采集的岩样用标准尺寸钻头取心
获得标准直径岩心试件
切割两端面获得标准长度的岩心试样
精磨试样两端面使端面平滑规则
绪言
样品采集和岩石学审查
钻岩心几何形状检验
端面切割端面磨平
环境存放
样品包裹（围压实验）
实验
.
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岩石单轴抗压实验
➢ 实验目的 ➢ 实验原理 ➢ 实验仪器 ➢ 实验步骤 ➢ 结果处理 ➢ 报告编写
①在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm； ②端面的不平行度，最大不超过0.3mm； ③试样的两端面应垂直于试样轴线。
.
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四、实验步骤
(1) 试件端面垂直度测量
检测方法如图所示，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。对于不合格试样，使用锉刀打磨，直至符合要求。
P Rc A
（1）
Rc—试样单轴抗压强度，MPa；
P—试样破坏载荷，N；
A—试样初始截面积，mm2。
.
9
二、实验原理
岩石的弹性模量是指岩石在弹性变形阶段其应力
与应变变化值之比:
E
（2）
—轴向应力-应变曲线中直线段的轴向应
力增量，MPa；
—轴向应力-应力曲线直线段的轴向应变
增量；
O
Δσ Δε
石油工程岩石力学实验课程
.
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绪言
岩石力学性质主要是指岩石的变形(deformation )特征及岩石的强度(strength )。对任何工程现象来说，只有获得岩石的力学性质，得出力学参数（如弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等），建立岩石的本构方程(constitutive equation)和破坏准则(failure criterion )，为进一步研究分析提供一定模式与依据。

第三章-3 影响岩石力学性质及概述

2018年12月 10
图5-5
溶液和温度对大理岩变形影响的应力-应变曲线图
(Griggs，围压为1000MPa)
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2018年12月
图 5－ 6
溶液和温度对石英变形影响的应力-应变曲线图 (围压为1400MPa)
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2018年12月
四、
孔隙压力
在地壳岩石中，常有孔隙流体存在。这种孔隙流体的压力称为孔隙压力或孔隙液压。存在于岩石中的流体可以促进岩石的重结晶作用，并影响岩石的变形。如果不透水层阻挡含水层中的孔隙流体流出，岩石中的孔隙压力就会加大。孔隙压力的存在抵消了部分围压的影响。即有效围压 (Pe)为围压 (Pc)与孔隙液压 (Pp) 之差: Pe = Pc－ Pe…………………..(5-1) 因此 ; 孔隙压力的存在也降低了岩石的强度，使得岩石易于发生脆性破坏。
第三章（三）影响岩石力学性质及岩石变形的因素
岩石的力学性质并不是固定不变的，主要决定于岩石本身的成分、结构和构造等，但岩石所处的外界地质环境因素，包括围压、温度、溶液和应力作用时间及变形速度等，都对岩石的力学性质以致岩石变形有着明显的影响。本章主要阐述外界因素的影响。
2018年12月
(据Paterson，1978)
2018年12月 4
二、温度
随着温度增高，可以使常温常压下脆性的岩石，变得强度降低，弹性减弱，塑性增大，韧性增强，易于变形。也就是说，提高温度，加速了岩石由脆性向韧性的转化。但是，影响的程度随岩性不同有所差异。
2018年12月
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矿物同岩石一样，温度升高，弹性极限和抗压强度明显降低，易于形成塑性变形。图5-4 中的磁黄铁矿和闪锌矿在围压固定，温度从 25℃、100℃、200℃、300℃、400℃到500℃逐渐升高的情况下，弹性极限等也逐渐降低，并且温度升的越高，降得越快。温度影响岩石力学特性的原因在于，随着温度的升高，晶体质点的热运动增强，质点间的凝聚力就减弱，质点容易位移;从而降低了岩石的弹性极限与强度极限，提高了岩石的塑性和韧性。

岩石力学性质的实验与模拟研究

岩石力学性质的实验与模拟研究引言：岩石是地壳中最常见的地质体，对于地球科学研究和工程实践至关重要。

岩石力学是研究岩石及其围岩的力学性质和力学行为的学科，对于矿山、隧道、地铁、水利、核工程等领域起着重要的作用。

在实验室和模拟研究中，通过探索岩石的物理、力学性质可以更好地理解岩石结构、变形、破裂及围岩的稳定性，为相关工程项目提供科学依据，也为资源勘探提供技术支持。

一、岩石力学实验方法岩石力学的实验研究旨在通过实验手段来获得岩石的物理力学参数，为后续的数值模拟和工程设计提供基础数据。

岩石力学实验方法多种多样，主要包括材料力学试验、岩石强度试验、变形试验等。

1. 材料力学试验材料力学试验是最基本的研究方法之一，它通过对岩石试样进行拉伸、压缩、弯曲等加载，测试岩石的力学参数。

常用的试验方法包括拉压试验、剪切试验、三轴试验等。

在这些试验中，通过加载试样并测量力和变形，可以得到岩石的荷载-变形曲线，从而计算出各种力学参数，如岩石的弹性模量、抗拉强度、抗压强度等。

2. 岩石强度试验岩石强度试验主要是通过加载试样，观察其破坏形态，以及测量岩石的破坏强度等参数。

其中，抗拉强度试验和抗压强度试验是常用的试验方法。

在抗拉强度试验中，通过加载试样，观察其是否发生断裂，同时测量拉断强度。

而在抗压强度试验中，试样在加载过程中发生破裂，测量岩石的抗压强度。

3. 变形试验变形试验主要研究岩石在外力作用下的变形行为，常用的方法包括岩石变形试验、弹塑性试验、弹性恢复试验等。

通过这些试验，可以大致了解岩石在不同应力条件下的变形特点，如岩石的应变硬化、塑性变形、岩石的弹性恢复等。

二、岩石力学的数值模拟方法岩石力学的数值模拟通过建立岩石性质的数学模型，模拟岩石在不同力学条件下的行为，为工程设计和科学研究提供定量预测和评估。

常用的数值模拟方法包括有限元法、离散元法和边界元法等。

1. 有限元法有限元法是最常用的数值模拟方法之一，它将连续体分割成有限数量的小单元，通过有限元的位移函数和加权残差方法，求解各个单元上的力学行为，最终得到整个岩石体系的应力、应变分布。

第3讲岩石的力学性质-强度性质

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3.实验原理
消除方法: ①润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）机)
12
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；L/D≥(2.5－3)较合理（3）加载速度加载速度越大，表现强度越高) 我国规定加载速度为0.5～0.8MPa/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。温度：180℃以下不明显：大于180℃，温度越高强度越小。
34

2)实验加载方式：
a. 真三轴加载:试件为立方体，加载方式如图所示。应力状态：σ1>σ2> σ3 这种加载方式试验装置繁杂，且六个面均可受到由加压铁板所引起的摩擦力，对试验结果有很大影响，因而实用意义不大。故极少有人做这样的三轴试验。

b.伪三轴试验:，试件为圆柱体，试件直径25~150mm，长度与直径之比为2：1或3：1。轴向压力的加载方式与单轴压缩试验相同。但由于有了侧向压力，其加载上时的端部效应比单轴加载时要轻微得多。应力状态：
a.试验者和时间：意大利人冯· 卡门(Von· Karman) 于1911年完成的。 b.试验岩石：白色圆柱体大理石试件，该大理石具有很细的颗粒并且是非常均质的。 c.试验发现： ①在围压为零或较低时，大理石试件以脆性方式破坏，沿一组倾斜的裂隙破坏。 ②随着围压的增加，试件的延性变形和强度都不断增加，直至出现完全延性或塑性流动变形，并伴随工作硬化，试件也变成粗腰桶形的。 ③在试验开始阶段，试件体积减小，当达到抗压强度一半时，出现扩容，泊松比迅速增大。

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常用的岩石强度理论主要有库仑强度准则、莫尔强度准则、格里菲斯强度理论等。
1、库仑强度准则。库仑认为岩石的破坏主要是剪切破坏, 采用式（3-1）表示:
c tan
（3-1）
2、莫尔强度准则。莫尔把库仑准则推广到三向应力状态， f ( ) 认识到材料性质本身是应力的函数，用函数关系表示，破坏条件可以从莫尔包络线得到，见图3-1。 Hohai University
2Ea C
（3-3）
双向压缩应力条件下（见图3-2），在不考虑摩擦对闭合裂纹的影响并假定椭圆形裂纹将从最大拉应力集中点开始扩展，裂纹扩展准则为：
2 （1 - 3）＝81 （1 +3 3 >0） 1 3
（3-4）
3 1
（1 +3 3 0）
（3-5）
2P t DH
（3-8） Hohai University
试件尺寸及垫条材料和尺寸对抗拉强度试验的影响比较明显，见表3-13～3-16。
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第五节岩石直剪试验
岩石抗剪强度是指岩石在剪切载荷作用下破坏时所能承受的最大剪应力，按试验方法的不同分为岩石直剪强度和岩石三轴抗剪强度。关于试件破坏剪断破坏的判断标准。（1）剪切载荷加不上或无法稳定；（2）剪切位移明显变大，在剪应力与剪切位移u 关系曲线上出现明显的突变段；（3）剪切位移增大，在剪应力与剪切位移关系曲线上未出现明显的突变段，但总剪切位移已达到试件连长的10％。 Hohai University
1、岩石试件的防油处理； 2、加载速率的选择；
3、侧压力的侧压力的效应；
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第四节岩石抗拉强度试验
岩石抗拉强度是指岩石试件在外力作用下抵抗拉应力的能力，为岩石试件拉伸破坏时的极限载荷与受拉截面积的比值。岩石抗拉强度的试验方法很多，分为轴向拉伸法、劈裂法、弯曲试验法和圆柱体或球体的径向压裂法等。其中劈裂法，由于操作简单且用而被广泛采用。图37为劈裂破坏形式，其抗拉节岩石点荷载强度试验
岩石点荷载强度试验在点荷载仪上进行（试验装置见图3-9），将岩石试件置于上下2个球端圆锥之间，对其施加集中荷载，直至试件破坏，测定其点荷载强度指数。试件形态及尺寸是影响点荷载试验成果最关键的因素，因此须进行修正。另外，试件含水状态对测试成果的影响尤为明显。
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第七节岩石断裂韧度试验
岩石的断裂韧度是表征岩石材料阻止裂缝扩展的能力，是岩石抵抗断裂的力学指标，用 K IC 表示。影响断裂韧度试验成果的因素有试件的各向异性、试件的尺寸、试件的含水状态、加载速率以及切口形式等。夹式引伸计包括2要悬臂梁和1块隔离块，电阻应变片贴在每根悬臂梁的拉伸面和压缩面，联接成包括一个合适的平衡电阻的惠斯顿电桥（见图3-12），梁和隔离块尺寸见图3-13。 Hohai University
3、格里菲斯强度理论。格里菲斯提出脆性材料断裂起因是分布在材料中的微小裂纹尖端拉应力集中所致，建立了确定断裂扩展的能量不稳定原理。当作用力的势能始终保持不变时，裂纹扩展准则为：
(Wd Wc ) 0 c
（3-2）
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当单位厚度内存在初始长度为2C 的椭圆形裂纹时，在拉伸应力作用下裂纹扩展准则为：
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岩石单轴压缩试验受多因素的影响：（1）加载速率；（2）试件尺寸（高径比，规定2：1）（见表32）等。 Hohai University
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第二节岩石单轴抗压强度试验
岩石单轴抗压强度是岩石试件在无侧限条件下受轴向作用破坏时单位面积所承受的载荷。某些岩石的干抗压强度、饱和抗压强度及软化系数见表3-3。
影响岩石抗压强度技术方面的因素较多，有加载速率、试件尺寸、试件形态、试件高径比等。表34～3-7是试件尺寸对岩石抗压强度的影响。
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第三节岩石三轴压缩试验
岩石三轴抗压试验是指岩石试件在三向应力状态下受轴向力作用破坏时单位面积所承受的载荷。其试验仪器见图3-6。
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为了使夹式引伸计能方便地安装在试件上，应加工一对如图3-14（a）所示的刀口，刀口粘贴在试件切口两侧。引伸计安装方式见图3-14（b）。
——岩土工程科学研究所
岩石力学
(Rock Mechanics)
孔纲强 2011年12月
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第３章岩石的力学性质试验
岩石强度理论（了解）
主要内容
岩石单轴压缩变形试验（重点）岩石单轴抗压强度试验（重点）岩石三轴压缩试验（重点）岩石抗拉强度试验（重点）岩石直剪试验（重点）岩石抗拉强度试验（重点）岩石点荷载强度试验（重点）岩石断裂韧度试验（重点） Hohai University
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第一节岩石单轴压缩变形试验
岩石具有与金属类弹性材料不同的独特的变形特性，这种变形特性用变形模量、弹性模量和泊松比等参数表示。
常见岩石的变形模量和泊松比见表3-1。岩块变形参数主要采用岩块单轴压缩变形试验方法取得。岩石应力—应变全过程曲线（见图3-3，图 3-4）是研究本构模型的依据，需要在刚性伺服试验机上进行试验获得。 Hohai University
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根据岩石三轴试验成果，可以确定岩石三轴抗剪强度参数。见式3-6和3-7。
F 1 f 2 F
（3-6）
R c 2 F
（3-7）
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岩石三轴试验根据侧向压力加载方式分为真三轴
1 2 3 ）加载两（1 2 3 ）和假三轴（种。影响三轴压缩试验成果的主要影响因素有：