巖石力學性質試驗

巖石力學性質試驗第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日巖石強度理論（了解）主要內容第３章巖石的力學性質試驗HohaiUniversity巖石單軸壓縮變形試驗（重點）巖石單軸抗壓強度試驗（重點）巖石三軸壓縮試驗（重點）巖石抗拉強度試驗（重點）巖石直剪試驗（重點）巖石抗拉強度試驗（重點）巖石點荷載強度試驗（重點）巖石斷裂韌度試驗（重點）第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity

常用的巖石強度理論主要有庫侖強度準則、莫爾強度準則、格里菲斯強度理論等。1、庫侖強度準則。庫侖認為巖石的破壞主要是剪切破壞,采用式（3-1）表示:（3-1）2、莫爾強度準則。莫爾把庫侖準則推廣到三向應力狀態(tài)，認識到材料性質本身是應力的函數(shù)，用函數(shù)關系表示，破壞條件可以從莫爾包絡線得到，見圖3-1。第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity3、格里菲斯強度理論。格里菲斯提出脆性材料斷裂起因是分布在材料中的微小裂紋尖端拉應力集中所致，建立了確定斷裂擴展的能量不穩(wěn)定原理。

當作用力的勢能始終保持不變時，裂紋擴展準則為：（3-2）第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity

雙向壓縮應力條件下（見圖3-2），在不考慮摩擦對閉合裂紋的影響并假定橢圓形裂紋將從最大拉應力集中點開始擴展，裂紋擴展準則為：（3-3）

當單位厚度內存在初始長度為的橢圓形裂紋時，在拉伸應力作用下裂紋擴展準則為：（3-4）（3-5）第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)巖石單軸壓縮變形試驗HohaiUniversity

巖石具有與金屬類彈性材料不同的獨特的變形特性，這種變形特性用變形模量、彈性模量和泊松比等參數(shù)表示。

常見巖石的變形模量和泊松比見表3-1。

巖塊變形參數(shù)主要采用巖塊單軸壓縮變形試驗方法取得。巖石應力—應變全過程曲線（見圖3-3，圖3-4）是研究本構模型的依據，需要在剛性伺服試驗機上進行試驗獲得。第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity

巖石單軸壓縮試驗受多因素的影響：（1）加載速率；（2）試件尺寸（高徑比，規(guī)定2：1）（見表3-2）等。第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)巖石單軸抗壓強度試驗HohaiUniversity

巖石單軸抗壓強度是巖石試件在無側限條件下受軸向作用破壞時單位面積所承受的載荷。

某些巖石的干抗壓強度、飽和抗壓強度及軟化系數(shù)見表3-3。

影響巖石抗壓強度技術方面的因素較多，有加載速率、試件尺寸、試件形態(tài)、試件高徑比等。表3-4～3-7是試件尺寸對巖石抗壓強度的影響。第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)巖石三軸壓縮試驗HohaiUniversity

巖石三軸抗壓試驗是指巖石試件在三向應力狀態(tài)下受軸向力作用破壞時單位面積所承受的載荷。其試驗儀器見圖3-6。第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity

根據巖石三軸試驗成果，可以確定巖石三軸抗剪強度參數(shù)。見式3-6和3-7。（3-6）（3-7）第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity

巖石三軸試驗根據側向壓力加載方式分為真三軸（）和假三軸（）加載兩種。

影響三軸壓縮試驗成果的主要影響因素有：1、巖石試件的防油處理；2、加載速率的選擇；3、側壓力的側壓力的效應；第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日第四節(jié)巖石抗拉強度試驗HohaiUniversity

巖石抗拉強度是指巖石試件在外力作用下抵抗拉應力的能力，為巖石試件拉伸破壞時的極限載荷與受拉截面積的比值。

巖石抗拉強度的試驗方法很多，分為軸向拉伸法、劈裂法、彎曲試驗法和圓柱體或球體的徑向壓裂法等。其中劈裂法，由于操作簡單且用而被廣泛采用。圖3-7為劈裂破壞形式，其抗拉強度按式（3-8）計算。（3-8）第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity

試件尺寸及墊條材料和尺寸對抗拉強度試驗的影響比較明顯，見表3-13～3-16。第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日HohaiUniversity第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日第五節(jié)巖石直剪試驗HohaiUniversity

巖石抗剪強度是指巖石在剪切載荷作用下破壞時所能承受的最大剪應力，按試驗方法的不同分為巖石直剪強度和巖石三軸抗剪強度。

關于試件破壞剪斷破壞的判斷標準。（1）剪切載荷加不上或無法穩(wěn)定；（2）剪切位移明顯變大，在剪應力（3）剪切位移增大，在剪應力與剪切位移關系曲線上未出現(xiàn)明顯的突變段，但總剪切位移已達到試件連長的10％。

與剪切位移關系曲線上出現(xiàn)明顯的突變段；第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日第六節(jié)巖石點荷載強度試驗HohaiUniversity

巖石點荷載強度試驗在點荷載儀上進行（試驗裝置見圖3-9），將巖石試件置于上下2個球端圓錐之間，對其施加集中荷載，直至試件破壞，測定其點荷載強度指數(shù)。

試件形態(tài)及尺寸是影響點荷載試驗成果

另外，試件含水狀態(tài)對測試成果的影響最關鍵的因素，因此須進行修正。

尤為明顯。第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日第七節(jié)巖石斷裂韌度試驗HohaiUniversity

巖石的斷裂韌度是表征巖石材料阻止裂縫擴展的能力，是巖石抵抗斷裂的力學指標，用表示。

影響斷裂韌度試驗成果的因素有試件的各向異性、試件的尺寸、試件的含水狀態(tài)、加載速率以及切口形式等。

夾式