单轴抗压强度

〔1－26〕
向截〔S面b0式〕积中双〔，面㎡2F剪〕Ac切为试试验件被剪断前到达的最大剪力，A为试件沿剪切方
S0
Fc 2 ra
〔c〕冲击剪切试验
S0
16Mc
D3
Mc
〔1－27〕 〔1－28〕
〔d〕扭转剪切试验
7、破坏后强度〔post-failure strength〕
在通常的材料试验机条件下，在试件 到达峰值强度前，试件的变形是逐步的和 缓慢的，当到达峰值强度后，试件将发生 突发性的破坏，试件被崩裂，岩石碎块向 四周飞射，并伴随很大的声响，试验突然 停顿。
E
(1)(12)
〔1－38〕
K
E
3(1 2)
〔1－39〕
〔1－40〕
6、岩石的扩容 岩石的扩容现象是岩石具有的一种普遍性质，
是岩石在荷载作用下，在其破坏之前产生的一种 明显的非弹性体积变形。
7、岩石的各向异性 岩石的全部或局部物理力学性质随方向不同
而表现出差异的现象称为岩石的各向异性。
关于各向异性体的应力－应变关系有四种状况：
拉应力。这是泊松效应的结果。这种类型的破坏就 是横向拉应力超过岩石抗拉极限所引起的。
3、三轴抗压强度
岩石在三向压缩荷载作用下，到达破坏
时所能承受的最大压力称为岩石的三轴抗 压强度〔triaxial compressive strength〕或 限制抗压强度〔confined compressive strength〕。
• 试件尺寸 • 试件外形 • 试件三维尺寸比例 • 加载速率 • 湿度
2、单轴抗压强度
岩石在单轴压缩荷载作用下到达破坏前所能承受的最大压应力 称为岩石的单轴抗压强度〔uniaxial compressive strength〕，或 称为非限制性抗压强度〔unconfined compressive strength〕。
ISRM将直径为50mm的圆柱体试件径向加载试
验的强度指标值 I s 〔50〕确定为标准试验值，其他
尺寸试件的试验结果需要公式〔1－17〕进展修正。
Is(50) kIs(D)
〔1－17〕
k 0 .2 7 1 7 0 .0 1 4 5 7 D 〔当D≤55mm时〕〔1－18〕
k 0 .7 5 4 0 0 .0 0 5 8 D 〔当D＞55mm时〕 〔1－19〕
也可以是圆柱体，但使用最广泛的是圆柱体，圆柱体直径一般小于50mm，圆柱体试件
长度与直径之比〔 〕对试验结果有很大影响。以 表示实际的岩石单D 轴抗压强
度，以
表示试验所测得的岩石单轴抗压强度，用公式表示为，即 c
L
' c
〔1－15〕
c
' c
0.788 0.22 D
L
3〕3种破坏形式： 1.X状共轭斜面剪切破坏，是最常见的破坏形式。 2.单斜面剪切破坏，这种破坏也是剪切破坏。 3.拉伸破坏，在轴向压应力作用下，在横向将产生
国际上通常把单轴抗压强度表示为UCS，我国习惯于将单轴抗 压强度表示为 ，其值等于到达破坏时的最大轴向压力P除以试 件的横截面积A，即
c
〔1－14〕
c
P A
试件在单轴压缩荷载作用下破坏时，在测件中可产生 三种破坏形式：
• 〔1〕X状共扼斜面剪切破坏
• 〔2〕单斜面剪切破坏
• 〔3〕拉伸破坏
试件外形可以时立方体〔50mm× 50mm× 50mm或70mm× 70mm× 70mm〕，
2、单轴压缩条件下岩石变形特征
由全应力－应变曲线可将岩石的变形 分为以下四个阶段：
a、孔隙裂隙压密阶段 b、弹性变形至微弹性裂隙稳定进展阶段 c 、非稳定裂开阶段，或称累进性裂开阶 段 d、裂开后阶段
依据峰值前的应力－应变曲线将岩石分成六种类型：
类型Ⅰ 应力与应变关系是始终线或者近似直线，直 到试件发生突然破坏为止。
4、点荷载强度指标
点荷载强度指标〔point load strength index〕是一种最简洁的岩石强度试验，其 试验所获得的强度指标可用做岩石分级的 一个指标，有时可代替单轴抗压强度。
点荷载试验所获得的强度指标用 I s 〔index of
strength〕，其值等于，
Is
p y2
〔1－16〕
y
岩石的变形模量和泊松比受岩石矿物组成构造构造风化程度空
隙性含水率微构造面及与荷载方向的关系等多种因素的影响，变化
较大。
除变形模量和泊松比两个最根本的参数外，
还有一些从不同角度反映岩石变形性质的参数G 。
如些剪参切数模 与量 变形模拉量梅K模 量及泊松及比体积模之量间有如等下E 。关这
系：
G E
2(1 )
达截破面坏积通A时常，的以即最T大或 轴t t向P拉表t 伸示荷P抗A载t拉强度除，以其试值件等的于横到
〔1
6、抗剪切强度
岩石在在剪切荷载作用下到达破 坏所能承受的最大剪应力称为岩石的 抗剪切强度〔shear strength〕。
剪切强度试验分为非限制性剪切 强度试验〔unconfined shear strength test〕和限制性剪切强度 试验〔confined shear strength test〕二类。
为各向同性体。在各向同性体的弹性参数中只有二个是独立的，即弹 性模量和泊松比。
Next section
Former section
return
a、弹性模量
应力 与应变 的比率被称为岩石的弹性模量E。其应力－应
变关系为以下直线方程：
E
〔1－31〕
假设岩石的应力－应变关系不是直线，而是曲线，但应力与应
变之间有着惟一的关系，即
f () 〔1－32〕
b、泊松比
岩石的横向应变 x 与纵向应变 y 的比值称为泊松比，即
x
〔1－37〕
类型Ⅴ 根本上与类型Ⅳ一样，也呈S型。
类型Ⅵ 应力－应变曲线开头先有很小一段直线局部， 然后有非弹性的曲线局部，并连续不断地蠕变。这是岩盐 的应力－应变特征曲线，某些脆弱岩石也具有类似特性， 这类材料被称为弹－粘性体。
3、反复加载与卸载〔循环荷载〕条件下的岩石变形特征 在岩石工程中，常常会遇到循环荷载作用，岩石在
进展现场岩石分级时I s (需50 ) 用
作为点荷I s ( 5载0 ) 强
度指标。 可由下式转换为单轴抗压强度：
c 24Is(50)
〔1
－20〕 c
5、抗拉式强中度
为L:D=2:1的试件单轴抗压强
度 岩石在单轴拉伸荷载作用下到达破坏时所能
承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度
〔tensile strength〕，或简称为抗拉强度。
类型Ⅱ 应力较低时，应力－应变曲线近似于直线， 当应力增加到肯定数值后应力－应变曲线向下弯曲，随着 应力渐渐增加而曲线斜率也就越变越小。
类型Ⅲ 在应力较低时，应力－应变曲线略向上弯曲， 当应力增加到肯定数值后，应力－应变曲线渐渐变为直线， 直至发生破坏。
类型Ⅳ 应力较低时，应力－应变曲线向上弯曲，当 压力增加到肯定值后，变形曲线成为直线，最终，曲线向 下弯曲，曲线似S型。
第四节 岩石的力学性质
一、岩石的强度
岩石在各种荷载作用下到达破坏 时所能承受的最大应力称岩石的强 度〔strength of rock〕。
1、岩石强度试验的根本要求
岩石的固有性质：但凡不受试件的外 形尺寸采集地采集人等影响而保持不变地 特征，如岩石地颜色，密度等都是岩石地 固有性质。
用试验来确定各种岩石强度指标值 地影响因素
这种条件下破坏时的应力往往低于其静力状态。
4、三轴压缩条件下的岩石变形特征 三轴压缩条件下的岩石变形通过三轴试验进展争论。
表1－12 几种岩石的转化压力〔室温〕
岩石类型
转化压力/MPa
岩石类型 转化压力/MPa
盐岩 0
石灰岩
20～100
白 垩 ＜10
砂岩
＞100
密实岩石
0～20
花岗岩
Hale Waihona Puke ≥1005、岩石变形指标及其确定 岩石的变形特性通常用弹性模量变形模量和泊松比等指标。
a、极端各向异性体的应力－应变关系 特点：任何一个应力重量都会引起六个应变重量，也就是说正应
力不仅能引起线应变，也能引起剪应变；剪应变不仅能引起剪应变， 也能引起线应变。
b、正交各向异性体的应力－应变关系 c、横观各向同性体的应力－应变关系
横观各向同性体是各向异性体的特殊状况。
d、各向同性体 假设物体内的任一点沿任何方向的弹性都一样，则这样的物体称
非限制性剪切试验在剪切面上只有剪 应力存在，没有正应力存在；限制性剪切 试验在剪切面上除了存在剪应力外，还存 在正应力。
典型的非限制性剪切强度试验有四种： 单轴剪切试验、双面剪切试验、冲击剪切 试验和扭转剪切试验。
非限制性剪切强度记为S0，其值由以下公式计算： 〔a〕单面剪切试验
S0
Fc A
S0
全应力－应变曲线除能全面显示岩石 在受压破坏过程中的应力、变形特征，特 殊是破坏后的强度与力学性质变化规律外， 还有以下三方面：
a、猜测岩爆
二、岩石的变形性质
1、概述 岩石变形有弹性变形塑性变形和粘性变形 三种。 弹性〔elasticity〕 物体在受外力 作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力 〔卸载〕后又能马上恢复其原有外形和尺 寸的性质称为弹性。 塑性〔plasticity〕 物体受力后产 生变形，在外力去除〔卸载〕后变形不能 完全恢复的性质，称为塑性。