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1、岩石的强度特性第1页，本讲稿共29页一 岩石的单轴抗压强度1.定义定义：指岩石试件在无侧限的条件下，受轴向压力作用破坏时单位面积上承受的荷载。式中：P无侧限的条件下的轴向破坏荷载 A试件界面积2.2.试件方法：试件方法：圆柱形试件：4.85.2cm，高H=（22.5)长方体试件：边长L=4.85.2cm,高H=（22.5)L 试件两端不平度0.5mm；尺寸误差0.3mm;两端面垂直于轴线0.25o（1）试件标准：第2页，本讲稿共29页3.3.单向压缩试件的破坏形态单向压缩试件的破坏形态破坏形态有两类：（1）圆锥形破坏 原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），在工程中也会出现。（2）柱
2、状劈裂破坏 张拉破坏（岩石的抗拉强度远小于抗压强度）是岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应）消除试件端部约束的方法 润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）加长试件 破坏形态是表现破坏机理的重要特征；破坏形态是表现破坏机理的重要特征；其主要影响因素：其主要影响因素：应力状态应力状态 试验条件试验条件第3页，本讲稿共29页第4页，本讲稿共29页第5页，本讲稿共29页4.4.影响单轴抗压强度的主要因素影响单轴抗压强度的主要因素（1）承压板端部的摩擦力及其刚度（加垫块的依据）（2）试件的形状和尺寸 形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工 尺寸：大于矿物颗粒的10倍；50的依据 高径比：研究表明
3、；h/d(23)较合理（3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高(见图25)我国规定加载速度为0.5 1.0MPa/s（4）环境 含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的23倍。见表22 温度度：180以下部明显：大于180，湿度越高强度越小。第6页，本讲稿共29页第7页，本讲稿共29页第8页，本讲稿共29页二二 岩石的抗拉强度岩石的抗拉强度1.1.定义定义：岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时的单位面积上所受的拉力。由于试件不易加工，除研究直接的拉伸的夹具外，研究了大量的间接试验方法。2.2.直接拉伸法直接拉伸法 抗拉强度关键技术试件和夹
4、具之间的连接加力P与试件同心第9页，本讲稿共29页第10页，本讲稿共29页3.3.间接方法间接方法岩石是各向同性的线弹性材料满足平面假设的对称面内弯曲适用条件：（1）抗弯法抗弯法（梁的三点弯曲试验）抗拉强度 三点弯曲梁内的最大拉应力；梁发生破坏时 的 就是M 作用在试件上的最大弯矩C 梁边缘到中性轴的距离I 梁截面绕中性轴的惯性矩 第11页，本讲稿共29页（2 2）劈裂法（巴西法），对称径向压裂法）劈裂法（巴西法），对称径向压裂法 由巴西人由巴西人HondrosHondros提出提出要求荷载沿轴向均匀分布破坏面必须通过试件的直径注：端部效应 并非完全单向应力试件：实心圆柱50mm；25mm试验
5、：径向压缩破坏（张开）计算公式：由弹性力学Boursinesq公式式中：试验中心的最大拉应力，即p 试验中破坏时的压力D 试件的直径t 试件的厚度第12页，本讲稿共29页（3 3）点荷载试验法）点荷载试验法是上世纪发展起来的一种简便的现场试验方法。试件：试件：任何形状，尺寸大致5cm，不做任何加工。试验：试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。第13页，本讲稿共29页 计算：式中：P 试件破坏时的极限 D 加载点试件的厚度统计公式：要求:（由于离散性大），每组15个，取均值，即建议：用5cm的钻孔岩芯为试件。第14页，本讲稿共29页三三 岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度1.1.定义定义 指
6、一定的应力条件下（主要指压应力），所能抵抗的最大剪应力常用 表示 2.2.类型类型：a.抗剪断试验b.抗切断试验c.弱面抗剪试验第15页，本讲稿共29页第16页，本讲稿共29页3.3.室内试验（抗切断试验）室内试验（抗切断试验）试验试验 楔形剪切仪，加载装置楔形剪切仪，加载装置 计算公式计算公式式中：式中：p压力机的总压力压力机的总压力 试件倾角试件倾角 f 圆柱形滚子与上下压板的摩擦系数圆柱形滚子与上下压板的摩擦系数第17页，本讲稿共29页抗剪断仪抗剪断仪QQNNPfP 第18页，本讲稿共29页剪切破坏面上的正应力和剪应力为：第19页，本讲稿共29页岩石的抗剪断岩石的抗剪断曲线（强度曲线）曲
7、线（强度曲线）改变夹具倾角；在30度到70度之间做一组（大于5次）不同的试验，记录所得的，值；由该组值作曲线近似直线得方程 式中式中 tantan岩石抗剪切内摩擦系数岩石抗剪切内摩擦系数 c c 岩石的粘结力（内聚力）岩石的粘结力（内聚力）第20页，本讲稿共29页第21页，本讲稿共29页四四岩石在三向压缩应力作用下的强度岩石在三向压缩应力作用下的强度1 1.定义 指在不同三向压缩应力作用下岩石抵抗外荷载的最大应力 2.2.三向压缩试验简介三向压缩试验简介 （1 1）真三轴真三轴 见图见图 （2 2）假三轴假三轴 见图见图0000第22页，本讲稿共29页第23页，本讲稿共29页第24页，本讲稿共29页第25页，本讲稿共29页3.3.三轴压缩试验的破坏类型三轴压缩试验的破坏类型第26页，本讲稿共29页4.4.岩石三向压缩强度的影响因素岩石三向压缩强度的影响因素（1）侧压力的影响 围压越大，轴向压力越大第27页，本讲稿共29页（2）加载途径对岩石三向压缩强度影响（图2-13）A、B、C三条虚线是三个不同的加载途径，加载途径对岩的最终三向压缩强度影响不大。第28页，本讲稿共29页（3）孔隙水压力对岩石三向压缩强度的影响 孔隙水压力使有效应力（围压）减小 强度降低返回返回第29页，本讲稿共29页