巖石的強度特性

巖石的強度特性第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六一巖石的單軸抗壓強度1.定義：指巖石試件在無側限的條件下，受軸向壓力作用破壞時單位面積上承受的荷載。

式中：P——無側限的條件下的軸向破壞荷載A——試件界面積2.試件方法：圓柱形試件：φ4.8－5.2cm，高H=（2－2.5)φ長方體試件：邊長L=4.8－5.2cm,高H=（2－2.5)L

試件兩端不平度0.5mm；尺寸誤差±0.3mm;

兩端面垂直于軸線±0.25o（1）試件標準：第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六3.單向壓縮試件的破壞形態(tài)破壞形態(tài)有兩類：（1）圓錐形破壞原因：壓板兩端存在摩擦力，箍作用（又稱端部效應），在工程中也會出現(xiàn)。（2）柱狀劈裂破壞張拉破壞（巖石的抗拉強度遠小于抗壓強度）是巖石單向壓縮破壞的真實反映（消除了端部效應）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）加長試件破壞形態(tài)是表現(xiàn)破壞機理的重要特征；其主要影響因素：①應力狀態(tài)②試驗條件第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六4.影響單軸抗壓強度的主要因素（1）承壓板端部的摩擦力及其剛度（加墊塊的依據(jù)）（2）試件的形狀和尺寸形狀：圓形試件不易產生應力集中，好加工尺寸：大于礦物顆粒的10倍；φ50的依據(jù)高徑比：研究表明；h/d≥(2－3)較合理（3）加載速度加載速度越大，表現(xiàn)強度越高(見圖2－5)

我國規(guī)定加載速度為0.5－1.0MPa/s（4）環(huán)境含水量：含水量越大強度越低；巖石越軟越明顯，對泥巖、粘土等軟弱巖體，干燥強度是飽和強度的2－3倍。見表2－2

溫度度：180℃以下部明顯：大于180℃，濕度越高強度越小。第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六二巖石的抗拉強度1.定義：巖石試件在受到軸向拉應力后其試件發(fā)生破壞時的單位面積上所受的拉力。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。2.直接拉伸法

抗拉強度關鍵技術①試件和夾具之間的連接②加力P與試件同心第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六3.間接方法

①巖石是各向同性的線彈性材料②滿足平面假設的對稱面內彎曲適用條件：（1）抗彎法（梁的三點彎曲試驗）抗拉強度

——三點彎曲梁內的最大拉應力；梁發(fā)生破壞時的就是M——作用在試件上的最大彎矩C——梁邊緣到中性軸的距離I——梁截面繞中性軸的慣性矩

第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六（2）劈裂法（巴西法），對稱徑向壓裂法

由巴西人Hondros提出要求①荷載沿軸向均勻分布②破壞面必須通過試件的直徑注：①端部效應②并非完全單向應力試件：實心圓柱φ50mm；δ25mm試驗：徑向壓縮破壞（張開）計算公式：由彈性力學Boursinesq公式式中：——試驗中心的最大拉應力，即p——試驗中破壞時的壓力D——試件的直徑t——試件的厚度δ第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六（3）點荷載試驗法是上世紀發(fā)展起來的一種簡便的現(xiàn)場試驗方法。試件：任何形狀，尺寸大致5cm，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。第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六

計算：式中：P——試件破壞時的極限D——加載點試件的厚度統(tǒng)計公式：要求:（由于離散性大），每組15個，取均值，即建議：用φ5cm的鉆孔巖芯為試件。第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六三巖石的抗剪強度1.定義

指一定的應力條件下（主要指壓應力），所能抵抗的最大剪應力常用表示2.類型：a.抗剪斷試驗b.抗切斷試驗c.弱面抗剪試驗第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六3.室內試驗（抗切斷試驗）

①試驗楔形剪切儀，加載裝置②計算公式式中：

p——壓力機的總壓力

α——試件傾角

f——圓柱形滾子與上下壓板的摩擦系數(shù)第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六抗剪斷儀QQNNPfPαα第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六剪切破壞面上的正應力σ和剪應力τ為：第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六巖石的抗剪斷σ－τ曲線（強度曲線）

改變夾具傾角α；α在30度到70度之間做一組（大于5次）不同α的試驗，記錄所得的σ，τ值；由該組值作曲線近似直線得方程

式中tanφ－巖石抗剪切內摩擦系數(shù)

c－巖石的粘結力（內聚力）第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六巖石在三向壓縮應力作用下的強度1.定義指在不同三向壓縮應力作用下巖石抵抗外荷載的最大應力

2.三向壓縮試驗簡介（1）真三軸見圖（2）假三軸見圖00第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六3.三軸壓縮試驗的破壞類型第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六4.巖石三向壓縮強度的影響因素（1）側壓力的影響圍壓越大，軸向壓力越大第27頁，共29頁，2023年，2月20日，星期六（2）加載途徑對巖石三向壓縮強度影響（圖2-13）