巖石的基本物理力學(xué)質(zhì)

1、WUST2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍1巖體力學(xué)之巖體力學(xué)之 巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍2巖石的物理性質(zhì)巖石的物理性質(zhì)1巖石的強(qiáng)度特性巖石的強(qiáng)度特性2巖石的變形特性巖石的變形特性3巖石的強(qiáng)度理論巖石的強(qiáng)度理論42021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍31.1 1.1 巖石的物理性質(zhì)巖石的物理性質(zhì)v 巖石和土一樣，也是由固體、液體和氣體巖石和土一樣，也

2、是由固體、液體和氣體三相三相組成組成的。的。v定義：物理性質(zhì)是指巖石由于定義：物理性質(zhì)是指巖石由于三相三相組成的組成的相對相對比例關(guān)系不同比例關(guān)系不同所表現(xiàn)的所表現(xiàn)的物理狀態(tài)物理狀態(tài)。1 1、巖石的密度、巖石的密度2 2、巖石的空隙性、巖石的空隙性2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍4一、巖石的密度一、巖石的密度v 1 1、顆粒密度顆粒密度(s s) ) s s= m= ms s/V/Vs sv 2 2、塊體密度塊體密度()() =m/V=m/Vv 注意：注意： （1 1）s s與與的區(qū)別的區(qū)別 (s s) （2 2）s s與與的

3、單位的單位 （g/cmg/cm3 3 kN/m kN/m3 3） （3 3）測試方法（）測試方法（s s-比重瓶法；比重瓶法；-量積法）量積法）2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍5密度（密度（）和重度）和重度()()： 單位體積的巖石的質(zhì)量稱為巖石的單位體積的巖石的質(zhì)量稱為巖石的密度密度。單位體積的。單位體積的巖石的重力稱為巖石的巖石的重力稱為巖石的重度重度。所謂單位體積就是包括孔隙。所謂單位體積就是包括孔隙體積在內(nèi)的體積。體積在內(nèi)的體積。 （g/cmg/cm3 3），），g(kN /mg(kN /m3 3) )巖石的密度可分為

4、巖石的密度可分為天然密度天然密度、干密度干密度和和飽和密度飽和密度。相應(yīng)。相應(yīng)地，巖石的重度可分為天然重度、干重度和飽和重度。地，巖石的重度可分為天然重度、干重度和飽和重度。VW 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍61 1、天然密度（、天然密度（）和天然重度（）和天然重度（） 指巖石在天然狀態(tài)下的密度和重度。指巖石在天然狀態(tài)下的密度和重度。 VW （g/cm3）(kN /m3)g 式中：式中：WW天然狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量天然狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量(g(g；) ) V V巖石試件的體積巖石試件的體積(cm(cm3 3) )； gg重

5、力加速度。重力加速度。 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍7 干密度是指巖石孔隙中的液體全部被蒸發(fā)后單位體積干密度是指巖石孔隙中的液體全部被蒸發(fā)后單位體積巖石的質(zhì)量，相應(yīng)的重度即為干重度。巖石的質(zhì)量，相應(yīng)的重度即為干重度。 VWsd 2 2、干密度（、干密度（d d）和干重度）和干重度(d d ) )（g/cmg/cm3 3）(kN /m(kN /m3 3) )gdd 式中：式中：W Ws s巖石試件烘干后的質(zhì)量巖石試件烘干后的質(zhì)量(g)(g)； VV巖石試件的體積巖石試件的體積(cm(cm3 3) )； gg重力加速度。重力加

6、速度。 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍83 3、飽和密度（、飽和密度（ ）和飽和重度）和飽和重度(w w) )飽和密度就是飽水狀態(tài)下巖石試件的密度。飽和密度就是飽水狀態(tài)下巖石試件的密度。VWww 式中：式中：W WW W飽水狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量飽水狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量 (g)(g)； VV巖石試件的體積巖石試件的體積(cm(cm3 3) )； gg重力加速度。重力加速度。 gww （g/cm3）(kN /m3)2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍9二、比重二、比

7、重()() 巖石的比重就是指巖石固體的質(zhì)量與同體積水巖石的比重就是指巖石固體的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比值。巖石固體體積，就是指不包括孔隙的質(zhì)量之比值。巖石固體體積，就是指不包括孔隙體積在內(nèi)的體積。巖石的比重可在實驗室進(jìn)行測定，體積在內(nèi)的體積。巖石的比重可在實驗室進(jìn)行測定，其計算公式為：其計算公式為： 式中：式中：巖石的比重；巖石的比重； W Ws s干燥巖石的質(zhì)量干燥巖石的質(zhì)量(g)(g); ; V Vs s巖石固體體積巖石固體體積(cm(cm3 3);); W 40C時水的密重。時水的密重。 wssVW 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程

8、力學(xué)系蔡路軍10三、巖石的空隙性三、巖石的空隙性 空隙空隙：巖石中孔隙和裂隙的總稱。巖石中孔隙和裂隙的總稱。小開型空隙小開型空隙空隙空隙閉型空隙閉型空隙開型空隙開型空隙大開型空隙大開型空隙 閉型空隙閉型空隙：巖石中不與外界相通的空隙。：巖石中不與外界相通的空隙。 開型空隙開型空隙：巖石中與外界相通的空隙。包括大開型空隙和：巖石中與外界相通的空隙。包括大開型空隙和小開型空隙。小開型空隙。 在常溫下水能進(jìn)入大開型空隙，而不能進(jìn)入小開型空隙。在常溫下水能進(jìn)入大開型空隙，而不能進(jìn)入小開型空隙。只有在真空中或在只有在真空中或在150150個大氣壓以上，水才能進(jìn)入小開型空個大氣壓以上，水才能進(jìn)入小開型空隙

9、。隙。空隙空隙度度：指巖石的裂隙和孔隙發(fā)育程度，其衡指巖石的裂隙和孔隙發(fā)育程度，其衡量指標(biāo)為空隙率量指標(biāo)為空隙率(n)(n)或空隙比（或空隙比（e e）。）。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍11根據(jù)巖石空隙類型不同，巖石的空隙率分為根據(jù)巖石空隙類型不同，巖石的空隙率分為： ( (1)1)總空隙率總空隙率n n (2) (2)大大開空隙率開空隙率n nb b (3) (3)小小開空隙率開空隙率n nl l (4) (4)總總開空隙開空隙率率n n0 0 ( (5)5) 閉空隙率閉空隙率n nc c一般提到巖石的空隙率時系指巖石的

10、總空隙率。一般提到巖石的空隙率時系指巖石的總空隙率。1 1、空隙率、空隙率2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍12(1)(1)總空隙率總空隙率n: 即巖石試件內(nèi)即巖石試件內(nèi)空隙空隙的體積（的體積（V VV V) )占試件占試件總體積總體積( (V)V)的百分比。的百分比。 (2)(2)大大開空隙率開空隙率n nb b: :即巖石試件內(nèi)大開型空隙的體積（即巖石試件內(nèi)大開型空隙的體積（V Vnbnb) )占試件總體積占試件總體積( (V)V)的百分比。的百分比。 %100 VVnV%100 VVnnbb( (3 3) )小開空隙率小開

11、空隙率n nl l: :即巖石試件內(nèi)小開型空隙的體積（即巖石試件內(nèi)小開型空隙的體積（V Vnlnl) )占試件總體積占試件總體積( (V)V)的百分比。的百分比。 %100 VVnnll2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍13(4)(4)總開空隙率（總開空隙率（孔隙率）孔隙率）n0: 即巖石試件內(nèi)開型空隙的即巖石試件內(nèi)開型空隙的總體積（總體積（V Vn0n0) )占試件總體積占試件總體積( (V)V)的百分比。的百分比。 ( (5 5) )閉閉空隙率空隙率n nc c: : 即巖石試件內(nèi)即巖石試件內(nèi)閉閉型空隙的體積（型空隙的體積（

12、V Vncnc) )占占試件總體積試件總體積( (V)V)的百分比。的百分比。 %10000 VVnn%100 VVnncc2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍14 所謂空隙比是指巖石試件內(nèi)空隙的體積（所謂空隙比是指巖石試件內(nèi)空隙的體積（V V V V) )與與巖石試件內(nèi)固體礦物顆粒的體積（巖石試件內(nèi)固體礦物顆粒的體積（V Vs s) )之比。之比。 nnVVVVVesssV 12 2 、空隙比、空隙比(e)(e)2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍15常見巖石的物理

13、性質(zhì)指標(biāo)值常見巖石的物理性質(zhì)指標(biāo)值2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍161.2 1.2 巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)定義：巖石在水溶液作用下表現(xiàn)出來的性質(zhì)，稱為水理性質(zhì)。主要有： 1.吸水性2.軟化性3.抗凍性4.透水性2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍17一、巖石的吸水性一、巖石的吸水性定義：巖石在一定的試驗條件下定義：巖石在一定的試驗條件下吸收水分的能吸收水分的能力力，稱為巖石的吸水性。，稱為巖石的吸水性。 1.1.吸水率吸水率(W(Wa a) )：巖石試件在

14、大氣壓力和室溫條巖石試件在大氣壓力和室溫條件下自由吸入水的質(zhì)量件下自由吸入水的質(zhì)量(m(mw1w1) )與巖樣干質(zhì)量與巖樣干質(zhì)量(m(ms s) )之比，用百分?jǐn)?shù)表示之比，用百分?jǐn)?shù)表示 %10021wwammW %100ddawaVbbWWVVn2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍182.2.飽和吸水率飽和吸水率巖石的飽和吸水率巖石的飽和吸水率(Wp)(Wp)是指巖石試件在高壓是指巖石試件在高壓( (一一般壓力為般壓力為15MPa)15MPa)或真空條件下吸入水的質(zhì)量或真空條件下吸入水的質(zhì)量(m(mw2w2) )與巖樣干質(zhì)量與巖樣

15、干質(zhì)量(m(ms s) )之比，用百分?jǐn)?shù)表示，即之比，用百分?jǐn)?shù)表示，即%1002swpmmW3.3.飽水系數(shù)飽水系數(shù)巖石的吸水率巖石的吸水率(Wa)(Wa)與飽和吸水率與飽和吸水率(Wp)(Wp)之比，稱之比，稱為飽水系數(shù)。它反映了巖石中大、小開空隙的相為飽水系數(shù)。它反映了巖石中大、小開空隙的相對比例關(guān)系。對比例關(guān)系。 %100dd00WpWVVnwpV2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍19幾種巖石的吸水性指標(biāo)值幾種巖石的吸水性指標(biāo)值2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡

16、路軍20二、巖石的軟化性二、巖石的軟化性v巖石浸水飽和后巖石浸水飽和后強(qiáng)度降低強(qiáng)度降低的性質(zhì)，稱為軟化性，的性質(zhì)，稱為軟化性，v軟化系數(shù)軟化系數(shù)(K(KR R) )為巖石試件的飽和抗壓強(qiáng)度為巖石試件的飽和抗壓強(qiáng)度(cwcw) )與干抗壓強(qiáng)度與干抗壓強(qiáng)度(c c) )的比值的比值ccwRKv巖石中含有較多的巖石中含有較多的親水性親水性和和可溶性可溶性礦物，大開礦物，大開空隙空隙較多，巖石的軟化性較強(qiáng)，軟化系數(shù)較小。較多，巖石的軟化性較強(qiáng)，軟化系數(shù)較小。vK KR R0.750.75，巖石的軟化性弱，工程地質(zhì)性質(zhì)較好，巖石的軟化性弱，工程地質(zhì)性質(zhì)較好vK KR R0.750.75，巖石軟化性較強(qiáng)，

17、工程地質(zhì)性質(zhì)較差，巖石軟化性較強(qiáng)，工程地質(zhì)性質(zhì)較差2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍21常見巖石的物理性質(zhì)指標(biāo)值常見巖石的物理性質(zhì)指標(biāo)值2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍22三、巖石的抗凍性三、巖石的抗凍性v巖石抵抗巖石抵抗凍融破壞凍融破壞的能力，稱為抗凍性。的能力，稱為抗凍性。v抗凍系數(shù)抗凍系數(shù)(R(Rd d) )：巖石試件經(jīng)反復(fù)凍融后的干抗：巖石試件經(jīng)反復(fù)凍融后的干抗壓強(qiáng)度壓強(qiáng)度(c2c2) )與凍融前干抗壓強(qiáng)度與凍融前干抗壓強(qiáng)度(c1c1) )之比，之比，用

18、百分?jǐn)?shù)表示用百分?jǐn)?shù)表示%10012ccdR%100121sssmmmmKv質(zhì)量損失率質(zhì)量損失率(K(Km m) )：凍融試驗前后干質(zhì)量之差：凍融試驗前后干質(zhì)量之差(m(ms1s1m ms2s2) )與試驗前干質(zhì)量與試驗前干質(zhì)量(m(ms1s1) )之比，以百分?jǐn)?shù)表示之比，以百分?jǐn)?shù)表示vR Rd d7575，K Km m2 2，抗凍性高，抗凍性高v吸水率吸水率W Wa a5 5、軟化系數(shù)、軟化系數(shù)K KR R0.750.75，飽水系數(shù)，飽水系數(shù)小于小于0.80.8的巖石，抗凍性高。的巖石，抗凍性高。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路

19、軍23四、巖石的透水性四、巖石的透水性v 地下水存在于巖石孔隙、裂隙之中，而且大多數(shù)巖石的孔地下水存在于巖石孔隙、裂隙之中，而且大多數(shù)巖石的孔隙裂隙是連通的，因而在一定的壓力作用下，地下水可以隙裂隙是連通的，因而在一定的壓力作用下，地下水可以在巖石中滲透。巖石的這種能透水的性能稱為在巖石中滲透。巖石的這種能透水的性能稱為巖石的透水巖石的透水性性。巖石的透水性大小不僅與巖石的孔隙度大小有關(guān)，而。巖石的透水性大小不僅與巖石的孔隙度大小有關(guān)，而且還與孔隙大小及其貫通程度有關(guān)。且還與孔隙大小及其貫通程度有關(guān)。v 衡量巖石透水性的指標(biāo)為滲透系數(shù)衡量巖石透水性的指標(biāo)為滲透系數(shù)(K)(K)。一般來說，完整密

20、。一般來說，完整密實的巖石的滲透系數(shù)往往很小。巖石的滲透系數(shù)一般是在實的巖石的滲透系數(shù)往往很小。巖石的滲透系數(shù)一般是在鉆孔中進(jìn)行抽水或壓水試驗而測定的。鉆孔中進(jìn)行抽水或壓水試驗而測定的。v 一般認(rèn)為，水在巖石中的流動，如同水在土中流動一樣，一般認(rèn)為，水在巖石中的流動，如同水在土中流動一樣，也服從于線性滲流規(guī)律也服從于線性滲流規(guī)律達(dá)西定律達(dá)西定律，即，即KJU 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍24幾種巖石的滲透系數(shù)值幾種巖石的滲透系數(shù)值2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系

21、蔡路軍25五、巖石的耐崩解性五、巖石的耐崩解性v巖石的崩解性是指巖石與水相互作用時失去粘結(jié)巖石的崩解性是指巖石與水相互作用時失去粘結(jié)性并變?yōu)橥耆珕适?qiáng)度的松散物質(zhì)的性質(zhì)。性并變?yōu)橥耆珕适?qiáng)度的松散物質(zhì)的性質(zhì)。v 巖石的崩解性一般用耐崩解指數(shù)巖石的崩解性一般用耐崩解指數(shù) I Id2d2 的表示。其的表示。其指標(biāo)可在實驗室用干濕循環(huán)試驗確定。指標(biāo)可在實驗室用干濕循環(huán)試驗確定。rmv試驗過程：將經(jīng)過烘干的試塊試驗過程：將經(jīng)過烘干的試塊（500g,分成約分成約10塊），放在帶塊），放在帶有篩孔的圓筒內(nèi)，使該圓筒在水有篩孔的圓筒內(nèi)，使該圓筒在水槽中以槽中以20r/min,連續(xù)旋轉(zhuǎn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)10 min,然

22、后將留在圓筒內(nèi)的巖塊取出烘然后將留在圓筒內(nèi)的巖塊取出烘干稱重，如此反復(fù)進(jìn)行兩次，按干稱重，如此反復(fù)進(jìn)行兩次，按下式計算耐崩解指數(shù)。下式計算耐崩解指數(shù)。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍26五、巖石的耐崩解性五、巖石的耐崩解性v巖石的崩解性是指巖石與水相互作用時失去粘結(jié)巖石的崩解性是指巖石與水相互作用時失去粘結(jié)性并變?yōu)橥耆珕适?qiáng)度的松散物質(zhì)的性質(zhì)。性并變?yōu)橥耆珕适?qiáng)度的松散物質(zhì)的性質(zhì)。v 巖石的崩解性一般用耐崩解指數(shù)巖石的崩解性一般用耐崩解指數(shù) I Id2d2 的表示。其的表示。其指標(biāo)可在實驗室用干濕循環(huán)試驗確定。指標(biāo)可在實驗室用

23、干濕循環(huán)試驗確定。rmv試驗過程：將經(jīng)過烘干的試塊試驗過程：將經(jīng)過烘干的試塊（500g,分成約分成約10塊），放在帶塊），放在帶有篩孔的圓筒內(nèi)，使該圓筒在水有篩孔的圓筒內(nèi)，使該圓筒在水槽中以槽中以20r/min,連續(xù)旋轉(zhuǎn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)10 min,然后將留在圓筒內(nèi)的巖塊取出烘然后將留在圓筒內(nèi)的巖塊取出烘干稱重，如此反復(fù)進(jìn)行兩次，按干稱重，如此反復(fù)進(jìn)行兩次，按下式計算耐崩解指數(shù)。下式計算耐崩解指數(shù)。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍27%10001022 WWWWmmIdrd式中：式中：I Id2 d2 兩次循環(huán)試驗求得的耐崩解指數(shù)，在

24、兩次循環(huán)試驗求得的耐崩解指數(shù)，在0 0100%100%之間變化；之間變化；m md d試驗前試塊的烘干質(zhì)量；試驗前試塊的烘干質(zhì)量；m mr r殘留在圓筒內(nèi)試塊的烘干質(zhì)量；殘留在圓筒內(nèi)試塊的烘干質(zhì)量；W W1 1 試驗前試件和圓筒的烘干重量；試驗前試件和圓筒的烘干重量；W W2 2第二次循環(huán)后試件和圓筒的烘干重量；第二次循環(huán)后試件和圓筒的烘干重量；W W0 0試驗結(jié)束沖洗干凈后圓筒的烘干重量。試驗結(jié)束沖洗干凈后圓筒的烘干重量。 巖石的崩解性指數(shù)反映了巖石在浸水和溫度變巖石的崩解性指數(shù)反映了巖石在浸水和溫度變化的環(huán)境下抵抗風(fēng)化作用的能力?；沫h(huán)境下抵抗風(fēng)化作用的能力。2021/4/29 星期四武漢

25、科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍28六、巖石的膨脹性六、巖石的膨脹性 巖石的膨脹性是指巖石浸水后體積增大的性質(zhì)。巖石的膨脹性是指巖石浸水后體積增大的性質(zhì)。巖石的膨脹性大小一般用巖石的膨脹性大小一般用膨脹力膨脹力和和膨脹率膨脹率指標(biāo)表示。指標(biāo)表示。其測定方法是平衡加壓法。其測定方法是平衡加壓法。 試驗中不斷加壓，并保持試驗中不斷加壓，并保持體積不變，所測得的最大壓力即體積不變，所測得的最大壓力即為巖石的最大為巖石的最大膨脹力膨脹力；然后逐級；然后逐級減壓，直至荷載為減壓，直至荷載為0 0，測定其最，測定其最大膨脹變形量，膨脹變形量與試大膨脹變形量，膨脹變形量

26、與試件原始厚度的比值即為件原始厚度的比值即為膨脹率膨脹率。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍29HHVH/ 1 1、自由膨脹率：無約束條件下，浸水后脹自由膨脹率：無約束條件下，浸水后脹變形與原尺寸之比變形與原尺寸之比軸向自由膨脹軸向自由膨脹 （% %）HH試件高度試件高度 徑向自由膨脹徑向自由膨脹 （% %）DD直徑直徑 DDVD/評價膨脹性巖體工程的穩(wěn)定。評價膨脹性巖體工程的穩(wěn)定。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍30七、巖石的碎脹性七、巖石的碎脹性 巖石破碎后

27、的體積巖石破碎后的體積V VP P比原體積比原體積V V增大的性能稱為巖石增大的性能稱為巖石的的碎脹性碎脹性，用碎脹系數(shù)，用碎脹系數(shù)來表示。來表示。VVP 碎脹系數(shù)不是一個固定值，是隨時間而變化的。碎脹系數(shù)不是一個固定值，是隨時間而變化的。 永久碎脹系數(shù)永久碎脹系數(shù)（殘余碎脹系數(shù)）（殘余碎脹系數(shù)）不能再壓密時不能再壓密時的碎脹系數(shù)稱為永久碎脹系數(shù)的碎脹系數(shù)稱為永久碎脹系數(shù). .2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍312 2 巖石的強(qiáng)度特性巖石的強(qiáng)度特性應(yīng)力、應(yīng)變應(yīng)力、應(yīng)變應(yīng)力狀態(tài)、莫爾應(yīng)力圓應(yīng)力狀態(tài)、莫爾應(yīng)力圓幾個基本概念幾個基本

28、概念zyxzzxzyxyxzyzyxxyzzyzxyzyyxxzxyx 任任意意狀狀態(tài)態(tài)主主應(yīng)應(yīng)力力狀狀態(tài)態(tài)321 0 00 00 0 2312231313131)2()2(2sin22cos222021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍322 2 巖石的強(qiáng)度特性巖石的強(qiáng)度特性工程師對材料提出兩個問題工程師對材料提出兩個問題 1 1 最大承載力最大承載力許用應(yīng)力許用應(yīng)力 ？ 2 2 最大允許變形許用應(yīng)變最大允許變形許用應(yīng)變 ？本節(jié)討論本節(jié)討論 問題問題強(qiáng)度：材料受力時抵抗破壞的能力。強(qiáng)度：材料受力時抵抗破壞的能力。Strength of

29、 rockStrength of rock巖塊破巖塊破壞方式壞方式 脆性破壞脆性破壞塑性破壞塑性破壞(延性破壞）延性破壞）拉破壞拉破壞剪切破壞剪切破壞2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍332 2 巖石的強(qiáng)度特性巖石的強(qiáng)度特性加荷方式單軸加荷三軸加荷單軸壓縮單軸拉伸連續(xù)加荷循環(huán)加荷逐級一次循環(huán)加荷反復(fù)循環(huán)加卸荷加剪力tptptp2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍342 2 巖石的強(qiáng)度特性巖石的強(qiáng)度特性強(qiáng)度強(qiáng)度單向抗壓強(qiáng)度單向抗壓強(qiáng)度單向抗拉強(qiáng)度單向抗拉強(qiáng)度( (非限

30、制性非限制性) )剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度三軸壓縮三軸壓縮真三軸真三軸假三軸假三軸受受力力狀狀態(tài)態(tài)如如上上2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍352.12.1巖石的單軸抗壓強(qiáng)度巖石的單軸抗壓強(qiáng)度常見巖石的抗壓強(qiáng)度常見巖石的抗壓強(qiáng)度 巖石名稱抗壓強(qiáng)度（MPa）巖石名稱抗壓強(qiáng)度（MPa）巖石名稱抗壓強(qiáng)度（MPa）輝長巖180300輝綠巖200350頁巖10100花崗巖100250玄武巖150300砂巖20200流紋巖180300石英巖150350礫巖10150閃長巖100250大理巖100250板巖60200安山巖100250片麻巖50200

31、千枚巖、片巖10100白云巖80250灰?guī)r202002021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍362.12.1巖石的單軸抗壓強(qiáng)度巖石的單軸抗壓強(qiáng)度1 1、定義：、定義：指巖石試件在無側(cè)限的條件下，受軸向壓指巖石試件在無側(cè)限的條件下，受軸向壓力作用破壞時單位面積上承受的荷載，簡稱抗壓強(qiáng)度力作用破壞時單位面積上承受的荷載，簡稱抗壓強(qiáng)度（MPa）。UCS un-axial compress stress APRc/ 式中：式中：PP無側(cè)限的條件下的軸向破壞荷載無側(cè)限的條件下的軸向破壞荷載 A A試件的截面面積試件的截面面積2、意義、意義: 衡

32、量巖塊基本力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)衡量巖塊基本力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo) 巖體工程分類、建立巖體破壞判據(jù)的巖體工程分類、建立巖體破壞判據(jù)的重要指標(biāo)重要指標(biāo) 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) 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍372.12.1巖石的單軸抗壓強(qiáng)度巖石的單軸抗壓強(qiáng)度Apcc75. 0)50(82.22scI點荷載試驗點荷載試驗對于風(fēng)化嚴(yán)重，難以對于風(fēng)化嚴(yán)重，難以加工成試件的巖石，可根據(jù)點荷加工成試件的巖石，可根據(jù)點荷載試驗計算巖石的抗壓強(qiáng)度：載試驗計算巖石的抗壓強(qiáng)度：3、測定方法：、測定方法：抗壓強(qiáng)度試驗抗壓強(qiáng)度試驗

33、試樣pA式中：式中：Is點荷載強(qiáng)度指標(biāo)，點荷載強(qiáng)度指標(biāo)，2/ DPIs 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍382.12.1巖石的單軸抗壓強(qiáng)度巖石的單軸抗壓強(qiáng)度 圓柱形試件：圓柱形試件：D5cm ，高高H=（2.53) 不隨不隨H/D變化變化 長方體試件：邊長長方體試件：邊長L= 4.85.2cm , 高高H=（22.5)L 試件兩端不平度試件兩端不平度0.5mm；尺寸誤差尺寸誤差0.3mm; 兩端面垂直于軸線兩端面垂直于軸線0.25o（1）試件標(biāo)準(zhǔn)：）試件標(biāo)準(zhǔn)：（2）測定儀器：常規(guī)壓力機(jī)）測定儀器：常規(guī)壓力機(jī)2021/4/29

34、星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍392.12.1巖石的單軸抗壓強(qiáng)度巖石的單軸抗壓強(qiáng)度2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍402.12.1巖石的單軸抗壓強(qiáng)度巖石的單軸抗壓強(qiáng)度4、破壞方式、破壞方式：拉破壞、剪破壞、對頂錐破壞拉破壞、剪破壞、對頂錐破壞2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍41破壞方式或形態(tài)分析：破壞方式或形態(tài)分析：破壞形態(tài)有兩類：破壞形態(tài)有兩類：（1）圓錐形破壞）圓錐形破壞 原因：壓板兩端存在摩擦力，箍作用（

35、又稱端部效應(yīng)），原因：壓板兩端存在摩擦力，箍作用（又稱端部效應(yīng)），在工程中也會出現(xiàn)。在工程中也會出現(xiàn)。（2）柱狀劈裂破壞）柱狀劈裂破壞 張拉破壞（巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度）張拉破壞（巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度） 是巖石單向壓縮破壞的真實反映（消除了端部效應(yīng)）是巖石單向壓縮破壞的真實反映（消除了端部效應(yīng)）消除試件端部約束的方法消除試件端部約束的方法 潤滑試件端部（如墊云母片；涂黃油在端部）潤滑試件端部（如墊云母片；涂黃油在端部） 加長試件加長試件 破壞形態(tài)是表現(xiàn)破壞機(jī)理的重要特征；其主要影響破壞形態(tài)是表現(xiàn)破壞機(jī)理的重要特征；其主要影響因素：應(yīng)力狀態(tài)因素：應(yīng)力狀態(tài) 試驗條件試驗條件2021/

36、4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍422021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍432021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍445、影響單軸抗壓強(qiáng)度的主要因素、影響單軸抗壓強(qiáng)度的主要因素（1）巖石自身的性質(zhì)巖石自身的性質(zhì)（ 礦物組成礦物組成 、 粒間連接、粒間連接、 巖性、巖性、結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征 、顆粒大小及形狀、風(fēng)化程度、顆粒大小及形狀、風(fēng)化程度 、微結(jié)構(gòu)面）、微結(jié)構(gòu)面）（2）承壓板端部承壓板端部的摩擦力及其剛度（加墊塊

37、的依據(jù)）的摩擦力及其剛度（加墊塊的依據(jù)）（3）試件的形狀和尺寸試件的形狀和尺寸 形狀：圓形試件不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，好加工。強(qiáng)形狀：圓形試件不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，好加工。強(qiáng)度度: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尺寸：大于礦物顆粒的尺寸：大于礦物顆粒的10倍；倍； 50的依據(jù)。高徑的依據(jù)。高徑比：研究表明；比：研究表明；h/d(23)較合理。較合理。尺寸效應(yīng)：尺寸效應(yīng)：尺寸尺寸越大，巖塊強(qiáng)度越低。試件的高徑比越大，巖塊強(qiáng)度越低。試件的高徑比h/D增大，巖塊強(qiáng)增大，巖塊強(qiáng)度降低度降低 。加工精度：加工精度：)/(222. 0778. 01Dhcc2021/4/29 星期四武漢科技大

38、學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍45（3）加載速度加載速度 加載速度越大，表現(xiàn)強(qiáng)度越高加載速度越大，表現(xiàn)強(qiáng)度越高(如圖如圖) 我國規(guī)定加載速度為我國規(guī)定加載速度為0.51.0MPa/s（4）環(huán)境環(huán)境 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，對泥巖、粘土等軟弱巖體，干燥強(qiáng)度是飽和強(qiáng)度的對泥巖、粘土等軟弱巖體，干燥強(qiáng)度是飽和強(qiáng)度的23倍。倍。(如表如表) 溫度度：溫度度：180以下部明顯：大于以下部明顯：大于180，濕度越高，濕度越高強(qiáng)度越低。強(qiáng)度越低。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四

39、武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍462021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍472021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍48（5）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 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍492.2 2.2 巖石的抗拉強(qiáng)度巖石的抗拉強(qiáng)度1. 定義：定義：巖石試件在受到軸向拉應(yīng)力后其試件發(fā)生巖石試件在受到軸向拉應(yīng)力后其試件發(fā)生破壞時的單位面積上所受的拉力。簡稱抗拉強(qiáng)度。破壞時的單位面積上所受的

40、拉力。簡稱抗拉強(qiáng)度。 2.意義：意義：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) 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)度包絡(luò)線 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.測定方法：測定方法：由于試件不易加工，除研究直接的拉伸由于試件不易加工，除研究直接的拉伸的夾具外，研究了大量的間接試驗方法。的夾具外，研究了大量的間接試驗方法。 直接拉伸直接拉伸 間接法間接法 （劈裂法、點荷載法、三點彎曲法）（劈裂法、點荷載法、三點彎曲法）2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍502.2 2.2

41、 巖石的抗拉強(qiáng)度巖石的抗拉強(qiáng)度（1） 直接拉伸法：直接拉伸法：是將圓柱狀試件兩端固定在材是將圓柱狀試件兩端固定在材料試驗機(jī)的拉伸夾具內(nèi)，然后對試件施加軸向拉荷料試驗機(jī)的拉伸夾具內(nèi)，然后對試件施加軸向拉荷載至破壞。載至破壞。APRt/關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)試件和夾具之間的連接試件和夾具之間的連接加力加力P P與試件同心與試件同心PtPt2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍51單軸拉伸試驗用的削腳環(huán)法單軸拉伸試驗用的削腳環(huán)法2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍523. 間接方法

42、間接方法IMCt/t（1）抗彎法（梁的三點彎曲試驗）抗彎法（梁的三點彎曲試驗） 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度: 三點彎曲梁內(nèi)的最大拉應(yīng)力；梁發(fā)生破壞時三點彎曲梁內(nèi)的最大拉應(yīng)力；梁發(fā)生破壞時 的的 就是就是M 作用在試件上的最大彎矩作用在試件上的最大彎矩巖石是各向同性的線彈性材料巖石是各向同性的線彈性材料滿足平面假設(shè)的對稱面內(nèi)彎曲滿足平面假設(shè)的對稱面內(nèi)彎曲適用條件：適用條件：C 梁邊緣到中性軸的距離梁邊緣到中性軸的距離I 梁截面繞中性軸的慣性矩梁截面繞中性軸的慣性矩 tRt2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍53（2）劈裂法（巴西法），對稱徑向

43、壓裂法）劈裂法（巴西法），對稱徑向壓裂法 由巴西人由巴西人Hondros提出提出劈裂試驗劈裂試驗是用圓柱體或立方體試件，橫置于壓力機(jī)是用圓柱體或立方體試件，橫置于壓力機(jī)的承壓板上，且在試件上、下承壓面上各放一根墊的承壓板上，且在試件上、下承壓面上各放一根墊條。然后以一定的加荷速率加壓，直至試件破壞。條。然后以一定的加荷速率加壓，直至試件破壞。在線布荷載在線布荷載(p)作用下，沿試件豎直向直徑平面內(nèi)產(chǎn)生的近于作用下，沿試件豎直向直徑平面內(nèi)產(chǎn)生的近于均布的水平拉應(yīng)力，在水平向直徑平面內(nèi)產(chǎn)生的壓應(yīng)力。均布的水平拉應(yīng)力，在水平向直徑平面內(nèi)產(chǎn)生的壓應(yīng)力。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力

44、學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍542021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍55tR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：注： 端部效應(yīng)端部效應(yīng) 并非完全單向應(yīng)力并非完全單向應(yīng)力試件：實心圓柱試件：實心圓柱50mm； 25mm試驗：徑向壓縮破壞（張開）試驗：徑向壓縮破壞（張開）計算公式：由彈性力學(xué)計算公式：由彈性力學(xué)Boursinesq公式公式Dtpt/2式中：式中： 試驗中心的最大拉應(yīng)力，即試驗中心的最大拉應(yīng)力，即p 試驗中破壞時的壓力試驗中破壞時的壓力D

45、試件的直徑試件的直徑t 試件的厚度試件的厚度tt= 2p /a2 （方形試樣）2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍56方形試件方形試件：ahPt 2 式中：式中：PP破壞時的荷載，破壞時的荷載，N;N; dd 試件直徑；試件直徑；cm； tt試件厚度，試件厚度，cm； a a，hh方形方形試件邊長試件邊長和厚度和厚度，cm。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍573/2VPt 不規(guī)則試件（加壓方向應(yīng)滿足不規(guī)則試件（加壓方向應(yīng)滿足h/a1.5 ）：）： 式中：式中：PP

46、破壞時的荷載，破壞時的荷載，N;N; a a加壓方向的尺寸；加壓方向的尺寸； hh厚度；厚度； V不規(guī)則試件的體積。不規(guī)則試件的體積。 由于巖石中的微裂隙，在間接拉伸試驗中，外力由于巖石中的微裂隙，在間接拉伸試驗中，外力都是壓力，必然使部分微裂隙閉合，產(chǎn)生摩擦力，從都是壓力，必然使部分微裂隙閉合，產(chǎn)生摩擦力，從而使測得的抗拉強(qiáng)度值比直接拉伸法測得的大。而使測得的抗拉強(qiáng)度值比直接拉伸法測得的大。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍58（3）點荷載試驗法）點荷載試驗法是上世紀(jì)發(fā)展起來的一種簡便的現(xiàn)場試驗方法。是上世紀(jì)發(fā)展起來的一種簡便

47、的現(xiàn)場試驗方法。試件：任何形狀，尺寸大致試件：任何形狀，尺寸大致5cm，不做任何加工。不做任何加工。試驗：在直接帶到現(xiàn)場的點荷載儀上，加載劈裂破壞。試驗：在直接帶到現(xiàn)場的點荷載儀上，加載劈裂破壞。點荷載試驗點荷載試驗是將試件放在點荷載儀中的球面壓頭間，是將試件放在點荷載儀中的球面壓頭間，加壓至試件破壞，利用破壞荷載求巖塊的點荷載強(qiáng)度加壓至試件破壞，利用破壞荷載求巖塊的點荷載強(qiáng)度。 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍59 2/ DPI IRt96.015196. 0151iitIR計算：計算： 式中：式中：P 試件破壞時的極限試件

48、破壞時的極限 D 加載點試件的厚度加載點試件的厚度試件直徑試件直徑1.273.05cm統(tǒng)計公式：統(tǒng)計公式：要求要求:（由于離散性大），每組（由于離散性大），每組15個，取均值，即個，取均值，即建議：用建議：用5cm的鉆孔巖芯為試件。的鉆孔巖芯為試件。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍60巖石中包含有大量的微裂隙和孔隙，巖塊抗拉強(qiáng)度受巖石中包含有大量的微裂隙和孔隙，巖塊抗拉強(qiáng)度受其影響很大，直接削弱了巖塊的抗拉強(qiáng)度。相對而言，其影響很大，直接削弱了巖塊的抗拉強(qiáng)度。相對而言，空隙對巖塊抗壓強(qiáng)度的影響就小得多，因此，巖塊的抗空隙對巖塊

49、抗壓強(qiáng)度的影響就小得多，因此，巖塊的抗拉強(qiáng)度一般遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度。拉強(qiáng)度一般遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度。通常把抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值稱為脆性度通常把抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值稱為脆性度，用以用以表征巖石的脆性程度。表征巖石的脆性程度。 4.影響因素：結(jié)構(gòu)面的影響（裂隙空隙）影響因素：結(jié)構(gòu)面的影響（裂隙空隙）ct )501101( 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍61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1

50、530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715對比抗壓強(qiáng)度對比抗壓強(qiáng)度 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍622、類型：、類型： （1）抗剪斷強(qiáng)度：指試件在一定的法向應(yīng)力作用下，沿預(yù)定）抗剪斷強(qiáng)度：指試件在一定的法向應(yīng)力作用下，沿預(yù)定剪切面剪斷時的最大剪應(yīng)力。剪切面剪斷時的最大剪應(yīng)力。 （2）抗切強(qiáng)度：）抗切強(qiáng)度： 指試件上的法向應(yīng)力為零時，沿預(yù)定剪切面指試件上的法向應(yīng)力為零時，沿預(yù)定剪切面剪斷時的最大剪應(yīng)力。剪斷時的

51、最大剪應(yīng)力。 （3）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，沿已有破指試件在一定的法向應(yīng)力作用下，沿已有破裂面（層面、節(jié)理等）再次剪切破壞時的裂面（層面、節(jié)理等）再次剪切破壞時的 最大剪應(yīng)力。最大剪應(yīng)力。Ctg CjjCtg2.32.3巖石的抗剪強(qiáng)度巖石的抗剪強(qiáng)度1、定義：定義：指一定的應(yīng)力條件下（主要指壓應(yīng)力），所指一定的應(yīng)力條件下（主要指壓應(yīng)力），所能抵抗的最大剪應(yīng)力，稱為剪切強(qiáng)度。能抵抗的最大剪應(yīng)力，稱為剪切強(qiáng)度。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍63抗剪斷強(qiáng)度抗剪斷強(qiáng)度抗切強(qiáng)度抗切強(qiáng)度摩擦強(qiáng)度摩擦強(qiáng)度巖石的

52、三種受剪方式示意圖巖石的三種受剪方式示意圖3 3、意義：、意義： 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) 用來估算巖體力學(xué)參數(shù)及建立強(qiáng)度判據(jù)用來估算巖體力學(xué)參數(shù)及建立強(qiáng)度判據(jù) 4 4、抗剪斷強(qiáng)度的抗剪斷強(qiáng)度的測試方法測試方法： 直剪試驗、變角板剪切試驗直剪試驗、變角板剪切試驗 、三軸試驗、三軸試驗 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍64剪切面上無壓應(yīng)力的剪切試驗剪切面上無壓應(yīng)力的剪切試驗2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍65APAT試件尺寸：直徑

53、或邊長不小于試件尺寸：直徑或邊長不小于50mm50mm，高度應(yīng)等于直徑或邊長。，高度應(yīng)等于直徑或邊長。改變改變P,P,即可測得多組即可測得多組、，作出，作出曲線。曲線。剪切面上有壓應(yīng)力的剪切試驗剪切面上有壓應(yīng)力的剪切試驗2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍662021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍67 忽略端部摩擦力，忽略端部摩擦力，根據(jù)力根據(jù)力的平衡原理，作用于剪切面上的平衡原理，作用于剪切面上的法向力的法向力N N和切向力和切向力Q Q可按下式可按下式計算：計算：N

54、 = Pcos N = Pcos Q = PsinQ = Psin剪切面上的法向應(yīng)力剪切面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)和剪應(yīng)力力為：為： cosAPAN sinAPAQ 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍682021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍69變角板剪切試驗變角板剪切試驗是將立方體試件，置于變角板剪切是將立方體試件，置于變角板剪切夾具中加壓直至試件沿預(yù)定的剪切面破壞。夾具中加壓直至試件沿預(yù)定的剪切面破壞。 )cos(sin)sin(cosfAPfAPQQNNPfPf f為

55、滾珠排與上下為滾珠排與上下壓板的摩擦系數(shù)。壓板的摩擦系數(shù)。 2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍70改變夾具傾角改變夾具傾角；在在3030度到度到7070度之間度之間做一組（大于做一組（大于5 5次）不同次）不同的試驗，記錄所得的的試驗，記錄所得的 ，值；由該組值作曲線近似直線得方程值；由該組值作曲線近似直線得方程ctan 式中式中, tan, tan巖石抗剪切巖石抗剪切內(nèi)摩擦系數(shù)內(nèi)摩擦系數(shù) c c 巖石的粘結(jié)力巖石的粘結(jié)力（內(nèi)聚力）（內(nèi)聚力）巖石的抗剪斷巖石的抗剪斷曲線（強(qiáng)度曲線）曲線（強(qiáng)度曲線）2021/4/29 星期四武漢科

56、技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍712021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍722.42.4巖石在三向壓縮應(yīng)力作用下的強(qiáng)度巖石在三向壓縮應(yīng)力作用下的強(qiáng)度1、定義：、定義： 指在不同三向壓縮應(yīng)力作用下巖石抵抗外指在不同三向壓縮應(yīng)力作用下巖石抵抗外荷載的最大應(yīng)力荷載的最大應(yīng)力ff321, 2、三向壓縮試驗簡介、三向壓縮試驗簡介 （1） 真三軸真三軸 見圖見圖 （2） 假三軸假三軸 見圖見圖3213212021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍73

57、2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍742021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍752021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍763、三軸壓縮試驗的破壞類型、三軸壓縮試驗的破壞類型2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍774、巖石三向壓縮強(qiáng)度的影響因素、巖石三向壓縮強(qiáng)度的影響因素（1）側(cè)壓力的影響：圍壓越大，軸向壓力越大）側(cè)壓力的影響：圍壓越大，軸向壓力

58、越大2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍78（2）加載途徑對巖石三向壓縮強(qiáng)度影響）加載途徑對巖石三向壓縮強(qiáng)度影響 A、B、C三條虛線是三個不同的加載途徑，加載途徑對三條虛線是三個不同的加載途徑，加載途徑對巖的最終三向壓縮強(qiáng)度影響不大。巖的最終三向壓縮強(qiáng)度影響不大。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍79（3）孔隙水壓力對巖石三向壓縮強(qiáng)度的影響）孔隙水壓力對巖石三向壓縮強(qiáng)度的影響 孔隙水壓力使有效應(yīng)力（圍壓孔隙水壓力使有效應(yīng)力（圍壓）減小，強(qiáng)度降低減小，強(qiáng)度降低無水有

59、水2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍80（4）試件尺寸與加載速率的影響）試件尺寸與加載速率的影響中低圍壓下，與巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗基本一致。中低圍壓下，與巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗基本一致。高圍壓時，受徑向限制，使得試件中微裂縫的影響逐漸減弱，高圍壓時，受徑向限制，使得試件中微裂縫的影響逐漸減弱，尺寸影響不大。尺寸影響不大。加載速率的影響與巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗基本一致。加載速率的影響與巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗基本一致。隨著加載速率的增加強(qiáng)度有所提高。隨著加載速率的增加強(qiáng)度有所提高。2021/4/29 星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路

60、軍星期四武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)系蔡路軍813 3巖塊的變形特征巖塊的變形特征1 1、變形階段、變形階段空隙壓密階段空隙壓密階段( (OA)OA)峰值峰值前變前變形階形階段段峰峰值值后后變變形形階階段段oABCDE(+) (-) L V d 破壞后階段破壞后階段( (DE)DE)全過程曲線全過程曲線前過程曲線前過程曲線非穩(wěn)定發(fā)展階段非穩(wěn)定發(fā)展階段( (CD)CD) D D點點: :峰值強(qiáng)度峰值強(qiáng)度微裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段微裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段( (BC)BC) C C點點: :屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度彈性變形階段彈性變形階段( (AB)AB) B B點點: :彈性極限彈性極限3.13.1單軸壓縮條件下的巖塊變