巖石力學(xué)-巖石的強(qiáng)度特性1

1、巖 石 力 學(xué)巖石的強(qiáng)度特性主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 巖石的強(qiáng)度特性巖石的強(qiáng)度特性第三節(jié)第三節(jié) 巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則第一節(jié)第一節(jié) 概述概述巖石的力學(xué)性質(zhì)包含兩個(gè)方面的含義：巖石的強(qiáng)度特征和變形特征。p 巖石的強(qiáng)度特征反映巖石抵抗破壞的能力和破壞規(guī)律。p 巖石的變形特征反映巖石的力學(xué)屬性。彈塑性力學(xué)基礎(chǔ)彈塑性力學(xué)是固體力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。彈塑性力學(xué)中的基本假設(shè)：p 假設(shè)固體材料為連續(xù)介質(zhì)p 假設(shè)物體為均勻各向同性p 物體的變形屬于小變形p 物體原來處于一種無應(yīng)力的自然狀態(tài)應(yīng)力與應(yīng)變的概念力：物體之間的相互作用，引起變形或加速度。應(yīng)力：假想物體被任一平面分成

2、兩部分，從平面中取出一微小面積元素Sc，上面受到內(nèi)力p，則應(yīng)力定義為p/Sc趨于一定的極限。0limcScpS應(yīng)變：物體內(nèi)任一點(diǎn)受到力的作用后產(chǎn)生的相對(duì)變形。123333231232221131211zzzyzxyzyyyxxzxyxx,1,2,3iji j一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)物質(zhì)的力學(xué)本構(gòu)關(guān)系 本構(gòu)關(guān)系：反映材料特定性質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。 廣義胡克定律：E1,1,1,xyxxyzxyyzyyzxyzzxzzxyzxEGEGEG 巖石的破壞形式在外載作用下，當(dāng)巖石內(nèi)部的在外載作用下，當(dāng)巖石內(nèi)部的應(yīng)力達(dá)到或超過某一極限時(shí)，應(yīng)力達(dá)到或超過某一極限時(shí)，巖石就發(fā)生破壞。巖石就發(fā)生破壞。巖石破壞的主要形式：脆性破壞

3、延性破壞拉伸破壞剪切破壞脆性破壞：脆性破壞：巖石在荷載作用下沒巖石在荷載作用下沒有有顯著覺察的變形顯著覺察的變形就突然破壞。就突然破壞。* * 大多數(shù)堅(jiān)硬巖石在一定條件下大多數(shù)堅(jiān)硬巖石在一定條件下都表現(xiàn)出脆性破壞的性質(zhì)。都表現(xiàn)出脆性破壞的性質(zhì)。* * 產(chǎn)生這種破壞的原因可能是巖產(chǎn)生這種破壞的原因可能是巖石中裂隙發(fā)生和發(fā)展的結(jié)果。石中裂隙發(fā)生和發(fā)展的結(jié)果。例如，地下洞室開挖后，由于洞室周圍的應(yīng)力顯著增大，洞例如，地下洞室開挖后，由于洞室周圍的應(yīng)力顯著增大，洞室?guī)r可能產(chǎn)生許多裂隙，尤其是洞頂?shù)膹埩严?，這些都是脆室?guī)r可能產(chǎn)生許多裂隙，尤其是洞頂?shù)膹埩严?，這些都是脆性破壞的結(jié)果。性破壞的結(jié)果。脆性破壞

4、延性破壞延性破壞：巖石在破壞之前變形巖石在破壞之前變形很大，且沒有明顯的破壞荷載，很大，且沒有明顯的破壞荷載，表現(xiàn)出顯著的塑性變形，流動(dòng)或表現(xiàn)出顯著的塑性變形，流動(dòng)或擠出，這種破壞稱為延性或韌性擠出，這種破壞稱為延性或韌性破壞。破壞。塑性變形是巖石內(nèi)塑性變形是巖石內(nèi)結(jié)晶晶結(jié)晶晶格結(jié)位格結(jié)位的結(jié)果。的結(jié)果。在一些軟弱巖石在一些軟弱巖石中這種破壞較為明顯。中這種破壞較為明顯。有些洞室的底部巖石隆起，兩側(cè)圍巖向洞內(nèi)膨脹都屬延性破有些洞室的底部巖石隆起，兩側(cè)圍巖向洞內(nèi)膨脹都屬延性破壞的例子。壞的例子。堅(jiān)硬巖石一般屬于脆性破壞，但在兩向或三向受堅(jiān)硬巖石一般屬于脆性破壞，但在兩向或三向受力較大的情況下，或

5、者在高溫的影響下，也可能延性破壞。力較大的情況下，或者在高溫的影響下，也可能延性破壞。延性破壞巖體破壞的主要形式是弱面剪切破壞巖體破壞的主要形式是弱面剪切破壞弱面剪切破壞：巖體中存在著許多軟弱面剪切破壞：巖體中存在著許多軟弱結(jié)構(gòu)面，細(xì)微裂隙等弱面，弱結(jié)構(gòu)面，細(xì)微裂隙等弱面，在荷載在荷載作用下，弱面上的剪應(yīng)力一旦超過弱作用下，弱面上的剪應(yīng)力一旦超過弱面的抗剪強(qiáng)度時(shí)，巖體將弱面剪切破面的抗剪強(qiáng)度時(shí)，巖體將弱面剪切破壞，致使巖體產(chǎn)生滑移。壞，致使巖體產(chǎn)生滑移。如節(jié)理巖體中的地下洞室頂部巖塊崩塌，洞側(cè)巖石的滑動(dòng)，如節(jié)理巖體中的地下洞室頂部巖塊崩塌，洞側(cè)巖石的滑動(dòng)，以及巖坡沿軟弱面的失穩(wěn)等，都屬于弱面剪

6、切破壞。以及巖坡沿軟弱面的失穩(wěn)等，都屬于弱面剪切破壞。巖體的破壞巖石在破壞前后的應(yīng)力巖石在破壞前后的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系比金屬材料復(fù)雜得多，巖應(yīng)變關(guān)系比金屬材料復(fù)雜得多，巖石究竟屬于脆性材料還是屬于塑性材料，這不僅取決于巖石石究竟屬于脆性材料還是屬于塑性材料，這不僅取決于巖石性質(zhì)，且受應(yīng)力狀態(tài)，地溫，受荷時(shí)間等多種因素的影響。性質(zhì)，且受應(yīng)力狀態(tài)，地溫，受荷時(shí)間等多種因素的影響。巖石的破壞形式第二節(jié)第二節(jié) 巖石的強(qiáng)度特性巖石的強(qiáng)度特性巖石強(qiáng)度巖石強(qiáng)度：巖石的強(qiáng)度是指荷載作用下巖石的抵：巖石的強(qiáng)度是指荷載作用下巖石的抵抗破壞的能力。抗破壞的能力。為了研究巖石的強(qiáng)度特征，經(jīng)常將巖石制備成試為了研究巖石

7、的強(qiáng)度特征，經(jīng)常將巖石制備成試件在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，依據(jù)試樣應(yīng)力狀態(tài)的不同件在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，依據(jù)試樣應(yīng)力狀態(tài)的不同分為：巖石分為：巖石單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)等。試驗(yàn)時(shí)將巖樣制備成標(biāo)準(zhǔn)試件等。試驗(yàn)時(shí)將巖樣制備成標(biāo)準(zhǔn)試件然后按相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)。然后按相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)。1. 巖石的抗壓強(qiáng)度巖石的抗壓強(qiáng)度1)1)巖石抗壓強(qiáng)度的定義巖石抗壓強(qiáng)度的定義 巖石的抗壓強(qiáng)度巖石的抗壓強(qiáng)度是巖石試件在壓力作用下抵抗破是巖石試件在壓力作用下抵抗破壞的極限能力，極限強(qiáng)度在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最壞的極限能力，極限強(qiáng)度在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大壓應(yīng)

8、力。大壓應(yīng)力。2)2)測(cè)定巖石抗壓強(qiáng)度的意義測(cè)定巖石抗壓強(qiáng)度的意義p 衡衡量巖塊基本力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)量巖塊基本力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)p 建立巖石破壞判據(jù)的重要指標(biāo)建立巖石破壞判據(jù)的重要指標(biāo)p 用來大致估算其他強(qiáng)度參數(shù)用來大致估算其他強(qiáng)度參數(shù) 圓柱形試件：圓柱形試件：4.84.85.2cm 5.2cm ，高，高H=H=（2 22.5)2.5) 長方體試件：邊長長方體試件：邊長L= 4.8L= 4.85.2cm , 5.2cm , 高高H=H=（2 22.5)L2.5)L 試件兩端不平度試件兩端不平度0.5mm0.5mm；尺寸誤差；尺寸誤差0.3mm;0.3mm; 兩端面垂直于軸線兩端面垂直于軸線0

9、.250.25o o2 2）巖樣標(biāo)準(zhǔn)）巖樣標(biāo)準(zhǔn)1 1）計(jì)算方法）計(jì)算方法APRc/P P軸向破壞荷載軸向破壞荷載A A試件界面積試件界面積式中：式中：巖石抗壓強(qiáng)度測(cè)定巖石抗壓強(qiáng)度測(cè)定 實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備MTS三軸巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備2) 2) 實(shí)驗(yàn)條件方面的因素實(shí)驗(yàn)條件方面的因素 試樣的的幾何形狀及加工精度；試樣的的幾何形狀及加工精度； 加載速率；加載速率； 端端面條件面條件- -端面效應(yīng)；端面效應(yīng)； 層理結(jié)構(gòu)層理結(jié)構(gòu)- -取心方式取心方式3) 3) 環(huán)境的影響環(huán)境的影響溫度和濕度的影響溫度和濕度的影響1) 1) 巖石自身性質(zhì)的因素巖石自身性質(zhì)的因素 巖石自身的性質(zhì)（巖石自身的性質(zhì)（礦物組成、顆粒大

10、小及形狀、粒間連接、礦物組成、顆粒大小及形狀、粒間連接、結(jié)構(gòu)特征、微結(jié)構(gòu)面、風(fēng)化程度結(jié)構(gòu)特征、微結(jié)構(gòu)面、風(fēng)化程度）對(duì)其抗壓強(qiáng)度起決定作用）對(duì)其抗壓強(qiáng)度起決定作用巖石抗壓強(qiáng)度的影響因素巖石抗壓強(qiáng)度的影響因素巖石自身性質(zhì)的因素巖石自身性質(zhì)的因素巖巖 石石 種種 類類抗抗 壓壓 強(qiáng)強(qiáng) 度度(MPa)巖巖 石石 種種 類類抗抗 壓壓 強(qiáng)強(qiáng) 度度(MPa)粗玄巖粗玄巖196343石英片巖石英片巖69178輝長巖輝長巖177294云母片巖云母片巖59127閃長巖閃長巖177294凝灰?guī)r凝灰?guī)r59167玄武巖玄武巖147294千枚巖千枚巖49196石英巖石英巖147294片麻巖片麻巖49196花崗巖花崗巖9

11、8245石灰?guī)r石灰?guī)r29245流紋斑巖流紋斑巖98245砂砂 巖巖19.6196大理巖大理巖98245泥灰?guī)r泥灰?guī)r1298板板 巖巖98196頁頁 巖巖9.898白云巖白云巖78245煤煤4.949層理結(jié)構(gòu)：層理結(jié)構(gòu)：強(qiáng)度各向異性強(qiáng)度各向異性巖石抗壓強(qiáng)度的影響因素巖石抗壓強(qiáng)度的影響因素試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響 試樣幾何形狀及加工精度的影響試樣幾何形狀及加工精度的影響 多邊形試樣易引起應(yīng)力集中，故易破壞；橫截面形狀對(duì)多邊形試樣易引起應(yīng)力集中，故易破壞；橫截面形狀對(duì)強(qiáng)度的影響：強(qiáng)度的影響：圓形圓形 六多邊形六多邊形 四邊形四邊形 三邊形試件三邊形試件；加工精；加工精

12、度影響應(yīng)力分布形式，如彎矩。度影響應(yīng)力分布形式，如彎矩。 巖石具有尺寸效應(yīng)：試樣尺寸越大，巖石強(qiáng)度越低巖石具有尺寸效應(yīng)：試樣尺寸越大，巖石強(qiáng)度越低 圓形試件的優(yōu)點(diǎn)：不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，好加工；對(duì)圓柱圓形試件的優(yōu)點(diǎn)：不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，好加工；對(duì)圓柱試件的尺寸要求：大于礦物顆粒的試件的尺寸要求：大于礦物顆粒的1010倍；高徑比：倍；高徑比：h/d(2h/d(23)3)較合理，尺寸效應(yīng)其抗壓強(qiáng)度影響的經(jīng)驗(yàn)公式：較合理，尺寸效應(yīng)其抗壓強(qiáng)度影響的經(jīng)驗(yàn)公式：)/(222. 0778. 01Dhcc 加載速率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響：加載速率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響：加載速度越大，表現(xiàn)強(qiáng)度加載速度越大，表現(xiàn)強(qiáng)度越高，我國規(guī)定

13、加載速度為越高，我國規(guī)定加載速度為0.5-1.0MPa/s0.5-1.0MPa/s試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響 端面條件：端面條件：主要是端面摩擦力限制試樣的橫向膨脹主要是端面摩擦力限制試樣的橫向膨脹, ,改改變端部應(yīng)力狀態(tài)。變端部應(yīng)力狀態(tài)。試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響環(huán)境對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響環(huán)境對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響含水量：含水量越大強(qiáng)度越低；巖石越軟越明顯，含水量：含水量越大強(qiáng)度越低；巖石越軟越明顯，對(duì)泥巖、粘土等軟弱巖體，干燥強(qiáng)度是飽和強(qiáng)度的對(duì)泥巖、粘土等軟弱巖體，干燥強(qiáng)度是飽和強(qiáng)度的2 23 3倍。倍。溫度：溫度：180180以下不明顯：大

14、于以下不明顯：大于180180，溫度越高強(qiáng)，溫度越高強(qiáng)度越小。度越小。注意：巖心的保存注意：巖心的保存盡可能的維持井下狀況。盡可能的維持井下狀況。1.1.定義：定義： 巖石的抗拉強(qiáng)度巖石的抗拉強(qiáng)度就是巖石試件在單軸拉力作用下抵抗破就是巖石試件在單軸拉力作用下抵抗破壞的極限能力或極限強(qiáng)度在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大拉應(yīng)壞的極限能力或極限強(qiáng)度在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大拉應(yīng)力。巖石的抗拉強(qiáng)度比其抗壓強(qiáng)度低得多。力。巖石的抗拉強(qiáng)度比其抗壓強(qiáng)度低得多。2.2.意義：意義： a a）衡量巖體力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)）衡量巖體力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo) b b）用來建立巖石強(qiáng)度判據(jù)，確定強(qiáng)度包絡(luò)線）用來建立巖石強(qiáng)度判據(jù)，確定強(qiáng)

15、度包絡(luò)線 c c）選擇建筑石材不可缺少的參數(shù)）選擇建筑石材不可缺少的參數(shù)3.3.測(cè)定方法：測(cè)定方法： a a）直接拉伸）直接拉伸 b b）間接法（劈裂法、點(diǎn)荷載法、三點(diǎn)彎曲法）間接法（劈裂法、點(diǎn)荷載法、三點(diǎn)彎曲法） 2. 巖石的抗拉強(qiáng)度巖石的抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)時(shí)將這種試件兩端固定在拉力機(jī)上，然后對(duì)試樣施加實(shí)驗(yàn)時(shí)將這種試件兩端固定在拉力機(jī)上，然后對(duì)試樣施加軸向拉力，直至試件破壞，試件的抗拉強(qiáng)度為：軸向拉力，直至試件破壞，試件的抗拉強(qiáng)度為：APt缺點(diǎn)：試樣制備困難，它不易與拉力機(jī)固定，且在試樣斷裂缺點(diǎn)：試樣制備困難，它不易與拉力機(jī)固定，且在試樣斷裂處附近往往有應(yīng)力集中，同時(shí)難免在試件兩端面有彎矩。處附近

16、往往有應(yīng)力集中，同時(shí)難免在試件兩端面有彎矩。關(guān)鍵技術(shù)：試件和夾具之間的連接；加力關(guān)鍵技術(shù)：試件和夾具之間的連接；加力P P與試件同心與試件同心抗拉強(qiáng)度的直接實(shí)驗(yàn)法抗拉強(qiáng)度的直接實(shí)驗(yàn)法抗拉強(qiáng)度的劈裂實(shí)驗(yàn)法（巴西實(shí)驗(yàn)）抗拉強(qiáng)度的劈裂實(shí)驗(yàn)法（巴西實(shí)驗(yàn)）由巴西人由巴西人HondrosHondros提出提出試件：實(shí)心圓柱試件：實(shí)心圓柱50mm50mm；厚度；厚度l=(0.5-1)Dl=(0.5-1)D試驗(yàn)：徑向壓縮破壞（張開）試驗(yàn)：徑向壓縮破壞（張開）要求：要求： 荷載沿軸向均勻分布荷載沿軸向均勻分布 破壞面必須通過試件的直徑破壞面必須通過試件的直徑注：端部效應(yīng)；并非完全單向應(yīng)力注：端部效應(yīng)；并非完全單

17、向應(yīng)力巴西實(shí)驗(yàn)試件內(nèi)應(yīng)力分布巴西實(shí)驗(yàn)試件內(nèi)應(yīng)力分布計(jì)算公式：由彈性力學(xué)公式計(jì)算公式：由彈性力學(xué)公式2tPDt式中：式中： t t試件中心的最大拉應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度試件中心的最大拉應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度p p 實(shí)驗(yàn)中破壞時(shí)的壓力實(shí)驗(yàn)中破壞時(shí)的壓力D D 試件的直徑試件的直徑t t 試件的厚度試件的厚度巴西實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理巴西實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理是上世紀(jì)發(fā)展起來的一種簡便的現(xiàn)場試驗(yàn)方法。試件：試件：任何形狀，尺寸大致5cm，不做任何加工試驗(yàn)：試驗(yàn)：在直接帶到現(xiàn)場的點(diǎn)荷載儀上，加載劈裂破壞。點(diǎn)載荷強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)點(diǎn)載荷強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)2/ DPI IRt96.015196. 0151iitIR計(jì)算公式：計(jì)算公式： 式中：式中：P P

18、試件破壞時(shí)的極限力試件破壞時(shí)的極限力 D D 加載點(diǎn)試件的厚度加載點(diǎn)試件的厚度統(tǒng)計(jì)公式：統(tǒng)計(jì)公式：要求要求: :（由于離散性大），每組（由于離散性大），每組1515個(gè)，取均值，即個(gè)，取均值，即建議：用建議：用5cm5cm的鉆孔巖芯為試件。的鉆孔巖芯為試件。巖石中包含有大量的微裂隙和孔隙，巖石中包含有大量的微裂隙和孔隙，巖塊抗拉強(qiáng)度受其巖塊抗拉強(qiáng)度受其影響很大影響很大，直接削弱了巖塊的抗拉強(qiáng)度。相對(duì)而言，直接削弱了巖塊的抗拉強(qiáng)度。相對(duì)而言，空空隙對(duì)巖塊抗壓強(qiáng)度的影響就小得多隙對(duì)巖塊抗壓強(qiáng)度的影響就小得多，因此，巖塊的抗拉，因此，巖塊的抗拉強(qiáng)度一般遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度。強(qiáng)度一般遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度。通常把

19、抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值稱為通常把抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值稱為脆性度脆性度，用以表用以表征巖石的脆性程度。征巖石的脆性程度。 微裂隙對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響常見巖石的抗拉強(qiáng)度常見巖石的抗拉強(qiáng)度 巖石名稱抗拉強(qiáng)度（MPa）巖石名稱抗拉強(qiáng)度（MPa）巖石名稱抗拉強(qiáng)度（MPa）輝長巖1536花崗巖725頁巖210輝綠巖1535流紋巖1530砂巖425玄武巖1030閃長巖1025礫巖215石英巖1030安山巖1020灰?guī)r520大理巖720片麻巖520千枚巖、片巖110白云巖1525板巖7153. 巖石的剪切強(qiáng)度巖石的剪切強(qiáng)度1 1) )定義：定義：在在剪切荷載剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪作用下，巖

20、塊抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力，稱為剪切強(qiáng)度。應(yīng)力，稱為剪切強(qiáng)度。2)2)類型：類型：p抗剪斷強(qiáng)度：抗剪斷強(qiáng)度：指試件在一定的指試件在一定的法向應(yīng)力法向應(yīng)力作用下，沿作用下，沿預(yù)定預(yù)定剪剪切面剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力切面剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力p抗切強(qiáng)度：抗切強(qiáng)度：指試件上的指試件上的法向應(yīng)力為零法向應(yīng)力為零時(shí)，沿預(yù)定剪切面剪時(shí)，沿預(yù)定剪切面剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力斷時(shí)的最大剪應(yīng)力p摩擦強(qiáng)度：摩擦強(qiáng)度：指試件在一定的法向應(yīng)力作用下，沿指試件在一定的法向應(yīng)力作用下，沿已有已有破破裂面（層面、節(jié)理等）再次剪切破壞時(shí)的裂面（層面、節(jié)理等）再次剪切破壞時(shí)的 最大剪應(yīng)力。最大剪應(yīng)力?？辜魧?shí)驗(yàn)的三種類型剪切強(qiáng)度的意義：剪切強(qiáng)度

21、的意義：p 反映巖塊的力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)反映巖塊的力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)p 用來估算巖石力學(xué)參數(shù)及建立強(qiáng)度判據(jù)用來估算巖石力學(xué)參數(shù)及建立強(qiáng)度判據(jù) 抗剪斷強(qiáng)度的抗剪斷強(qiáng)度的測(cè)試方法：測(cè)試方法： 1 1）直剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn) 2 2）變角板剪切試驗(yàn)）變角板剪切試驗(yàn) 3 3）三軸試驗(yàn)）三軸試驗(yàn) 剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的意義與測(cè)試方法直剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn)在直剪儀上進(jìn)行，按庫侖定律求巖塊的剪切強(qiáng)度在直剪儀上進(jìn)行，按庫侖定律求巖塊的剪切強(qiáng)度參數(shù)參數(shù)C C、值。值。直剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn))cos(sin)sin(cosfAPfAPP P壓力機(jī)的總壓力壓力機(jī)的總壓力A A破壞面面積破壞面面積 試件傾角試件傾角f f圓柱形滾子與上下壓板的

22、圓柱形滾子與上下壓板的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)楔形剪切儀楔形剪切儀試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備破壞面應(yīng)力計(jì)算：破壞面應(yīng)力計(jì)算：楔形剪切試驗(yàn)楔形剪切試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理抗剪斷實(shí)驗(yàn)抗剪實(shí)驗(yàn)Apmm14 三軸壓縮強(qiáng)度三軸壓縮強(qiáng)度o 定義：定義：n 試件在三向壓應(yīng)力作用下能抵抗的最大軸向應(yīng)力試件在三向壓應(yīng)力作用下能抵抗的最大軸向應(yīng)力o 測(cè)定方法測(cè)定方法: :n 在一定的圍壓在一定的圍壓3 3下，對(duì)試件進(jìn)行三軸試驗(yàn)時(shí)，巖下，對(duì)試件進(jìn)行三軸試驗(yàn)時(shí)，巖塊的三軸壓縮強(qiáng)度塊的三軸壓縮強(qiáng)度1m1m(MPa)(MPa)為：為：圍壓對(duì)變形破壞的影響o 巖石破壞前應(yīng)變巖石破壞前應(yīng)變峰值強(qiáng)度峰值強(qiáng)度隨隨 3 3增大而增大增大而增大o

23、 隨隨 3 3增大巖石變形模量增大，軟巖增大明顯，增大巖石變形模量增大，軟巖增大明顯，致密的硬巖增大不明顯致密的硬巖增大不明顯o 隨隨 3 3增大，增大，巖石的塑性不斷增大，隨巖石的塑性不斷增大，隨 3 3增大到增大到一定值時(shí)，巖石由彈脆性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄?。這時(shí)，一定值時(shí)，巖石由彈脆性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄浴＿@時(shí)， 3 3的大小稱為的大小稱為“轉(zhuǎn)化壓力轉(zhuǎn)化壓力” 。o 隨隨 3 3的增大，的增大，巖塊從脆性劈裂破壞逐漸向塑性巖塊從脆性劈裂破壞逐漸向塑性剪切及塑性流動(dòng)破壞方式過渡。剪切及塑性流動(dòng)破壞方式過渡。圍壓對(duì)變形破壞的影響圍壓對(duì)變形破壞的影響達(dá)到破壞達(dá)到破壞時(shí)的應(yīng)變時(shí)的應(yīng)變(%) 10破壞形式破壞形式脆性破

24、壞脆性破壞脆性破壞脆性破壞過渡破壞過渡破壞延性破壞延性破壞延性破壞延性破壞試件破壞試件破壞情況情況應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變應(yīng)變曲線基本曲線基本類型類型破壞機(jī)制破壞機(jī)制張破裂張破裂以張為主以張為主的破裂的破裂剪破裂剪破裂剪切流動(dòng)剪切流動(dòng)破裂破裂塑性流動(dòng)塑性流動(dòng)圍壓對(duì)變形破壞的影響脆性巖石受到的圍壓升高利用三軸實(shí)驗(yàn)確定抗剪強(qiáng)度 根據(jù)一組試件根據(jù)一組試件(4(4個(gè)以上個(gè)以上) )實(shí)驗(yàn)得到的三軸壓縮強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)得到的三軸壓縮強(qiáng)度1m1m和相應(yīng)的和相應(yīng)的3 3以及單軸抗拉強(qiáng)度以及單軸抗拉強(qiáng)度t t。在。在-坐標(biāo)系中坐標(biāo)系中可繪制出巖塊的強(qiáng)度包絡(luò)線。除頂點(diǎn)外，包絡(luò)線上所可繪制出巖塊的強(qiáng)度包絡(luò)線。除頂點(diǎn)外，包絡(luò)線上所有點(diǎn)

25、的切線與有點(diǎn)的切線與軸的夾角及其在軸的夾角及其在軸上的截距分別代軸上的截距分別代表相應(yīng)破壞面的內(nèi)摩擦角表相應(yīng)破壞面的內(nèi)摩擦角()()和粘聚力和粘聚力(C)(C)。 第三節(jié)第三節(jié) 巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則定義：定義：表征巖石表征巖石破壞破壞條件的條件的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)與巖石與巖石強(qiáng)度強(qiáng)度參數(shù)參數(shù)間的間的函數(shù)關(guān)系函數(shù)關(guān)系，稱為破壞判據(jù)稱為破壞判據(jù)（failure c r i t e r i o n ) 或 稱 強(qiáng) 度 準(zhǔn) 則 、 強(qiáng) 度 判 據(jù) ?；?稱 強(qiáng) 度 準(zhǔn) 則 、 強(qiáng) 度 判 據(jù) 。 1 1=F(=F(2 2,3 3,C C,t t,C, ),C, )n 莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則n

26、莫爾莫爾- -庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則n 八面體強(qiáng)度準(zhǔn)則八面體強(qiáng)度準(zhǔn)則n 德魯克德魯克- -普拉格強(qiáng)度準(zhǔn)則普拉格強(qiáng)度準(zhǔn)則n 格里菲斯強(qiáng)度準(zhǔn)則格里菲斯強(qiáng)度準(zhǔn)則n Hoek-BrownHoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則n 弱面破壞準(zhǔn)則弱面破壞準(zhǔn)則巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則莫爾認(rèn)為：材料在極限狀態(tài)下，剪切面上的剪應(yīng)力就達(dá)莫爾認(rèn)為：材料在極限狀態(tài)下，剪切面上的剪應(yīng)力就達(dá)到了隨法向應(yīng)力和材料性質(zhì)而定的極限值時(shí)，發(fā)生破壞。到了隨法向應(yīng)力和材料性質(zhì)而定的極限值時(shí)，發(fā)生破壞。也就是說，當(dāng)材料中一點(diǎn)可能滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力超過該也就是說，當(dāng)材料中一點(diǎn)可能滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力超過該面上的剪切強(qiáng)

27、度時(shí)，該點(diǎn)就產(chǎn)生破壞，而滑動(dòng)面的剪切面上的剪切強(qiáng)度時(shí)，該點(diǎn)就產(chǎn)生破壞，而滑動(dòng)面的剪切強(qiáng)度強(qiáng)度又是作用于該面上法向應(yīng)力又是作用于該面上法向應(yīng)力的函數(shù)。的函數(shù)。)(f判斷巖石中一點(diǎn)是否會(huì)發(fā)判斷巖石中一點(diǎn)是否會(huì)發(fā)生剪切破壞時(shí)，可在生剪切破壞時(shí)，可在莫爾莫爾包絡(luò)線包絡(luò)線上，疊加上反映實(shí)上，疊加上反映實(shí)際研究點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的莫爾際研究點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的莫爾應(yīng)力圓，如果應(yīng)力圓與包應(yīng)力圓，如果應(yīng)力圓與包絡(luò)線相切或相割，則研究絡(luò)線相切或相割，則研究點(diǎn)將產(chǎn)生破壞；如果應(yīng)力點(diǎn)將產(chǎn)生破壞；如果應(yīng)力圓位于包絡(luò)線下方，則不圓位于包絡(luò)線下方，則不會(huì)產(chǎn)生破壞。會(huì)產(chǎn)生破壞。莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則莫爾應(yīng)力圓莫爾應(yīng)力圓 1 1 2 22sin212cos2121212121莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則 - 拋物線型拋物線型)(412sin1)(22)(2sin2223131tttnnnctgddnctg2312314)(2)(nnnt)(2tn適用于適用于較軟弱較軟弱的巖石，如泥灰?guī)r、砂