巖石的強度性質(zhì)

巖石的強度性質(zhì)第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六巖石的流變理論流變現(xiàn)象：材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時間因素有關(guān)的性質(zhì)，稱為流變性。材料變形過程中具有時間效應(yīng)的現(xiàn)象，稱為流變現(xiàn)象。蠕變流變的種類：松弛彈性后效粘性流動上次課內(nèi)容彈性元件(H)流變學(xué)中的基本元件:塑性元件(Y)粘性元件(N)第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六

一、單軸抗壓強度σc1、定義：在單向壓縮條件下，巖塊能承受的最大壓應(yīng)力，簡稱抗壓強度（MPa）。

2、意義：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)的重要指標(biāo)

用來大致估算其他強度參數(shù)

3、測定方法：抗壓強度試驗試樣pA點荷載試驗

第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六常規(guī)壓力機第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六4、破壞方式：拉破壞、剪破壞、對頂錐破壞第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六常見巖石的抗壓強度巖石名稱抗壓強度(MPa)抗拉強度(MPa)摩擦角(°)內(nèi)聚力

(MPa)巖石名稱抗壓強度(MPa)抗拉強度(MPa)摩擦角(°)內(nèi)聚力(MPa)花崗巖100~2507~2545~6014~50片麻巖50~2005~2030~503~5流紋巖180~30015~3045~6010~50千枚巖、片巖10~1001~1026~651~20閃長巖100~25010~2553~5510~50板巖60~2007~1545~602~20安山巖100~25010~2045~5010~40頁巖10~1002~1015~303~20砂巖20~2004~2535~508~40輝長巖180~30015~3650~5510~50礫巖10~1502~1535~508~50輝綠巖200~35015~3555~6025~60石灰?guī)r50~2005~2035~5010~50玄武巖150~30010~3048~5520~60白云巖80~25015~2535~5020~50石英巖150~35010~3050~6020~60大理巖100~2507~2035~5015~30第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六5.影響因素

（1）巖石自身的性質(zhì)（礦物組成、粒間連接、巖性、結(jié)構(gòu)特征、顆粒大小及形狀、風(fēng)化程度、微結(jié)構(gòu)面）

（2）實驗條件試件形狀、尺寸及加工精度

斷面形狀：強度:圓形>六多邊形>四邊形>三邊形試件

尺寸效應(yīng)：尺寸越大，巖塊強度越低。

試件的高徑比h/D增大，巖塊強度降低。

加工精度加荷速率

強度常隨加荷速率增大而增高

溫度、濕度

含水量越高,強度越低;溫度越高，強度越低。第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六端面條件端面效應(yīng)層理結(jié)構(gòu)強度各向異性巖石名稱抗壓強度(MPa)(⊥)／(

∥)垂直層理(⊥)平行層理(∥)石灰?guī)r1801511.19粗粒砂巖142.3118.51.20細(xì)粒砂巖156.8159.70.98砂質(zhì)頁巖78.951.81.52頁巖51.736.71.41第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六

二、單軸抗拉強度σt1.定義：單向拉伸條件下，巖塊能承受的最大拉應(yīng)力，簡稱抗拉強度。2.意義：衡量巖體力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)用來建立巖石強度判據(jù)，確定強度包絡(luò)線選擇建筑石材不可缺少的參數(shù)

3.測定方法：

直接拉伸間接法（劈裂法、點荷載法、三點彎曲法）

直接拉伸法是將圓柱狀試件兩端固定在材料試驗機的拉伸夾具內(nèi)，然后對試件施加軸向拉荷載至破壞。PtPt第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六劈裂試驗是用圓柱體或立方體試件，橫置于壓力機的承壓板上，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。在線布荷載(p)作用下，沿試件豎直向直徑平面內(nèi)產(chǎn)生的近于均布的水平拉應(yīng)力σx=2p/πDL抗拉強度σt=2pt

/πDL（圓形試樣）

σt=2pt

/πa2

（方形試樣）第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六點荷載試驗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度。點荷載強度Is=pt/D2抗拉強度σt=kIs第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六4.影響因素：結(jié)構(gòu)面的影響（裂隙空隙）巖石中含有大量的微裂隙和孔隙，巖塊抗拉強度受其影響很大，直接削弱了巖塊的抗拉強度。相對而言，空隙對巖塊抗壓強度的影響就小得多，因此，巖塊的抗拉強度一般遠(yuǎn)小于其抗壓強度。巖石名稱抗壓強度(MPa)抗拉強度(MPa)摩擦角(°)內(nèi)聚力

(MPa)巖石名稱抗壓強度(MPa)抗拉強度(MPa)摩擦角(°)內(nèi)聚力(MPa)花崗巖100~2507~2545~6014~50片麻巖50~2005~2030~503~5流紋巖180~30015~3045~6010~50千枚巖、片巖10~1001~1026~651~20閃長巖100~25010~2553~5510~50板巖60~2007~1545~602~20安山巖100~25010~2045~5010~40頁巖10~1002~1015~303~20砂巖20~2004~2535~508~40輝長巖180~30015~3650~5510~50礫巖10~1502~1535~508~50輝綠巖200~35015~3555~6025~60石灰?guī)r50~2005~2035~5010~50玄武巖150~30010~3048~5520~60白云巖80~25015~2535~5020~50石英巖150~35010~3050~6020~60大理巖100~2507~2035~5015~30第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六通常把抗壓強度與抗拉強度的比值稱為脆性度，用以表征巖石的脆性程度。

巖石名稱與抗壓強度的比值抗拉強度抗剪強度抗彎強度煤0.009～0.060.25～0.5頁巖0.06～0.3250.25～0.480.22～0.51砂質(zhì)頁巖0.09～0.180.33～0.5450.1～0.24砂巖0.02～0.170.06～0.440.06～0.19石灰?guī)r0.01～0.0670.08～0.100.15大理巖0.08～0.2260.272花崗巖0.02～0.080.080.09石英巖0.06～0.110.176第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六

三、剪切強度

1、定義：在剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力，稱為剪切強度

2、類型：

（1）抗剪斷強度：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。

（2）抗切強度：

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。

（3）摩擦強度：

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）再次剪切破壞時的最大剪應(yīng)力。第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六3、意義：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)及建立強度判據(jù)

4、抗剪斷強度的測試方法：

直剪試驗、變角板剪切試驗、三軸試驗

直剪試驗在直剪儀上進行，按庫侖定律求巖塊的剪切強度參數(shù)C、φ值。值的確定示意圖直剪儀直剪試驗第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六變角板剪切試驗是將立方體試件，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。

值的確定示意圖變角度剪切試驗儀變角板第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六巖石名稱抗壓強度(MPa)抗拉強度(MPa)摩擦角(°)內(nèi)聚力

(MPa)巖石名稱抗壓強度(MPa)抗拉強度(MPa)摩擦角(°)內(nèi)聚力(MPa)花崗巖100~2507~2545~6014~50片麻巖50~2005~2030~503~5流紋巖180~30015~3045~6010~50千枚巖、片巖10~1001~1026~651~20閃長巖100~25010~2553~5510~50板巖60~2007~1545~602~20安山巖100~25010~2045~5010~40頁巖10~1002~1015~303~20砂巖20~2004~2535~508~40輝長巖180~30015~3650~5510~50礫巖10~1502~1535~508~50輝綠巖200~35015~3555~6025~60石灰?guī)r50~2005~2035~5010~50玄武巖150~30010~3048~5520~60白云巖80~25015~2535~5020~50石英巖150~35010~3050~6020~60大理巖100~2507~2035~5015~30常見巖石的剪切強度第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六

四、三軸壓縮強度1.定義：試件在三向壓應(yīng)力作用下能抵抗的最大的軸向應(yīng)力。2.測定方法:在一定的圍壓σ3下，對試件進行三軸試驗時，巖塊的三軸壓縮強度σ1m(MPa)為：第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六3.利用三軸試驗確定抗剪強度

根據(jù)一組試件(4個以上)試驗得到的三軸壓縮強度σ1m和相應(yīng)的σ3以及單軸抗拉強度σt。在σ-τ坐標(biāo)系中可繪制出巖塊的強度包絡(luò)線。除頂點外，包絡(luò)線上所有點的切線與σ軸的夾角及其在τ軸上的截距分別代表相應(yīng)破壞面的內(nèi)摩擦角(φ)和內(nèi)聚力(C)。

第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六圍壓效應(yīng)第20