岩石的强度特性

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节 岩石的强度特性,工程师对材料提出两个问题,1 最大承载力许用应力 ？,2 最大允许变形许用应变 ？,本节讨论, ,问题,强度：材料受力时抵抗破坏的能力。,强度,单向抗压强度,单向抗拉强度,剪切强度,三轴压缩,真三轴,假三轴,一 岩石的单轴抗压强度,1,.,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.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0.5,mm；,尺寸误差,0.3,mm;,两端面垂直于轴线,0.25,o,（1）试件标准：,3.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；,其主要影响因素：应力状态 试验条件,4.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；,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0.5,1.0,MPa/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2,3,倍。见表22,温度度：180以下部明显：大于180，湿度越高强度越小。,二 岩石的抗拉强度,1. 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. 直接拉伸法,抗拉强度,关键技术,试件和夹具之间的连接,加力,P,与试件同心,3. 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,（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,（2）劈裂法（巴西法），对称径向压裂法 由巴西人,Hondros,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：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,（3）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：,任何形状，尺寸大致5,cm，,不做任何加工。,试验：,在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。,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。,三 岩石的抗剪强度,1. 定义,指一定的应力条件下（主要指压应力），所能抵抗的,最大剪应力常用 表示,2. 类型,：,a,.,抗剪断试验,b.,抗切断试验,c.,弱面抗剪试验,3. 室内试验（抗切断试验）,试验,楔形剪切仪，加载装置,计算公式,式中：,p,压力机的总压力,试件倾角,f ,圆柱形滚子与上下压板的摩擦系数,抗剪断仪,Q,Q,N,N,P,fP,剪切破坏面上的正应力,和剪应力,为：,岩石的抗剪断,曲线（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,tan,岩石抗剪切内摩擦系数,c ,岩石的粘结力（内聚力）,岩石在三向压缩应力作用下的强度,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. 三向压缩试验简介,（1） 真三轴 见图,（2） 假三轴 见图00,3.三轴压缩试验的破坏类型,4.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,（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。,（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,