岩石力学课件

D——直径
(四) 软化系数压强度； Rc——干燥单轴抗压强度；
η （η≤1）越小，表示岩石受水的影响越大(见表2-2）。
2013-11-9 9
2013-11-9
10
(五) 耐崩解性
耐崩解性指数是通过对岩石试件进行烘干，浸水循环 试验所得的指标。 试验时，将烘干的试块，约500g，分成10份，放入带有 筛孔(2mm)的圆筒内，使圆筒在水槽中以20r／min速度 连续转10分钟，然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重。 如此反复进行两次，按下式计算耐崩解性指数：
（1）单斜面剪切破坏：最常见的破坏方式 （2）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。
（3）柱状劈裂破坏 岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应）
产生的是张拉破坏（∵岩石的抗拉强度远小于抗压强度）
消除端部约束方法： 磨平端部、润滑试件 端部（如垫云母片；涂黄 油在端部）、加长试件
I d 2 mR / mS (%)
残留在筒内的试件烘干质量mR 试验前的试件烘干质量(mS)
2013-11-9
返回
11
三、岩石的抗冻性
抗冻性: 岩石抵抗冻（胀）融破坏的性能， 通常用抗冻系数表示。
岩石的抗冻系数是指岩样在±25℃的温度区间内，反复降温、 冻结、升温、融解，其抗压强度有所下降，岩样抗压强度的下 降值与冻融前的抗压强度之比：
2013-11-9
返回
31
四 岩石的抗拉强度
1.
定义：在单轴拉力作用下岩石试件抵抗破坏的极
限能力，在数值上等于破坏时的最大拉应力。
2. 拉伸试验方法
拉 伸 试 验 方 法
2013-11-9
直接拉伸法
（不易成功）
巴西劈裂法
间接拉伸法
点荷载法
计 算 公 式 不 同
32
直接拉伸试验方法
Rt P / A
E 卸载 无 1、弹性模型 变后是 形否有 与残余 时变形 0 0 有 2、理想塑性 间 变 无 0 持续增长 形 关 ( σ0 ：屈服应力 ) 特 性 变 形 与 3、粘性模型 时 d 间 t dt 有 关 η —粘性系数（poise；poise=0.1N· 2） S/m
21
1 2 3
2013-11-9
22
3.三轴压缩试验的破坏类型
2013-11-9
23
具体破坏形式的多样化
2013-11-9
24
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
2013-11-9
25
（2）加载途径对岩石三向压缩强度影响
A、B、C三条虚线是三个不同的加载途径，加载途径对岩石的 最终三轴压缩强度影响不大（？）。
2013-11-9 18
实验方法上的因素：
（1）试件
形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工 尺寸：宽度 大于矿物颗粒的10倍（Ф50的依据）， 长度 不宜太长或太短，高径比 h/d≥(2－2.5)较合理(受力均匀）
（2）承压板 端部摩擦力 试验机 刚度 （3）加载速率
加载速率越大，表现强度越高(见图2－5)(机理研究热点） 我国规定加载速度为0.5－1.0MPa/s
2013-11-9 37


3. 基本元件
2013-11-9
38
2013-11-9
39
η牛顿粘性系数；单位: 泊。1posie=0.1N· 2 s/m
2013-11-9
返回
40
Rc P / A
2.试验方法： 试件标准：
圆柱形试件：Ф 4.8－5.2cm ，高H=（2－2.5)Ф 长方体试件：边长L= 4.8－5.2cm , 高H=（2－2.5)L 两端面垂直于轴线±0.25o 试件两端不平度0.05mm；
15
试验装置：
2013-11-9
2013-11-9
16
3.单向压缩试件的常见破坏形态
换图蔡
y 3xt 拉伸破坏
2 P / Dt
加载速度
2013-11-9
σt:试件中心的最大 拉应力，即 Rt D: 试件的直径 t: 试件的厚度δ
34
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（优点），尺寸大致50mm，不做任何加工。 试验：直接放到现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。 I ——点荷载强度指标 计算： 2 P ——试件破坏时的极限荷载
返回
2013-11-9
联 系
3

岩石的强度性质
工程师对材料提出两个问题 1. 最大承载力——许用应力[σ] ？ 2. 最大允许变形—— 许用应变[ε]？ 本节讨论[σ]问题 岩石强度: 岩石材料受力破坏时所能承受的最大荷载应力
一、岩石的单轴抗压强度 二、岩石的三轴抗压强度 三、岩石的抗剪强度 四、岩石的抗拉强度
I P/ y
统计公式：
Rt 0.96 I
y ——加载点试件的厚度
要求:由于离散性大，
每组15个，取均值
1 15 Rt 0.96 I i 15 i 1
2013-11-9
建议：用Ф50mm的钻孔岩芯为试件。
返回
35
第三节
1.基本概念 ：
岩石的变形特性

.
弹性：物体受外力作用瞬间
7
（二）渗透性
渗透性：在一定的水压作用下，岩石的孔隙和裂隙透过 水的能力，可用渗透系数来衡量。
大多渗透性可用达西（Darcy）定律描述：
qx k dh A dx
dh ——水头变化率； dx qx——沿x方向水的流量，m3/s ；h——水头高度，m； A——垂直x方向的截面面积，m2；k——渗透系数，m/s。
Q Psin f cos N Pcos f sin
其中，P——压力机的总压力 α——试件倾角 f ——圆柱形滚子与上下压板的摩擦系数
③ 剪切破坏面上的正应力σ和剪应力τ：
N P cos f sin A A Q P sin f cos A A
2013-11-9 19
2013-11-9
返回
20
二 岩石的三轴抗压强度
1.定义
指在三向压缩荷载作用下岩石所能承受的 最大压应力。
1 f 2 , 3
2. 三向压缩试验简介 （1）真三轴 1 2 3
（2）常规三轴 1 2 3
2013-11-9
第二章 岩石的基本物理力学性质
主要内容

第一节 第二节 第三节 第四节
基本物理性质 岩石的强度特性 岩石的变形特性 岩石的强度理论
2013-11-9
2

基本物理性质
岩石含：固相、液相、气相（孔隙）。
三相比例不同，物理性质指标也有所不同。
一、岩石的孔隙性 二、岩石的水理性 三、岩石的抗冻性 四、岩石的质量指标
高强度水泥 应力集中
两端破坏（强度)
高强度树脂
夹持力，联结力不足
从中拔出
应力集中 两者变形？
两者胶结力 变形是否协调
2013-11-9
33
巴西劈裂法（对称径向压裂法）
由巴西人Hondros提出
试件：实心圆柱Φ50mm;δ25mm 实验思想：径向压缩导致劈裂, 试验要求: ①沿平行于轴线的一条边缘线均 匀加载 ②破坏面必须通过试件直径 注意： 接触并非单线接触，有 一定接触面积（弧高≤1/20D） 研究热点：平台加载
2013-11-9 17
4. 单轴抗压强度的主要影响因素
岩石自身的因素：
矿物成分、结晶程度、颗粒大小及胶结情况、 风化程度、含水情况和周围环境（温度、湿度） 层理和裂隙的特性和方向等；

含水量：含水量越大强度越低，岩石越软越明显；
温 度：180℃以下不明显；大于180℃，温度越高强度越小。
（跟岩性有关，深部岩体力学）
2、岩石的比重：岩石固体烘干重量（WS）与4℃时 同体积纯水的重量比
WS /(V C W )
VC——岩石实体部分(不包含孔隙）的体积；
2013-11-9
W ——一个大气压下4℃时水的重度
返回
14
一 岩石的单轴抗压强度
1. 定义：指岩石试件在单轴压力作用下（无围压，只受 轴向压力）所能承受的最大压应力，也即是岩石在达到破 坏时承受的最大轴向荷载P除以试件的横截面积A。
d M s / V
2013-11-9
Ms——岩石烘干后的质量，kg。
13
（3）饱和密度：岩石中的孔隙被水充填时的单 位体积质量（水中浸48小时）
sat
M s VV W V
(kg/m3)
VV——孔隙体积 ρW:一个大气压下4℃时水的密度
测定方法及适用条件：量积法、水中称重法、蜡封法。
e VV / Vs
VV—孔隙体积(m3) Vs —岩石固体的体积(m3)
（二）孔隙率
n VV / V
V=VV+Vs
V—包含孔隙在内的岩石体积(m3)
2013-11-9
返回
6
含水性
膨胀性 软化性
二、岩石的水理性质
（一）含水性
渗透性
耐崩解性
1、含水量：岩石孔隙中含水量(WW)与岩石烘干重量 (Ws)比值的百分率
w=Ww/Ws×100％
2、吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条件 下吸入水的重量与岩石烘干重量之比
a
WW W0 WS 100 % WS WS
Ws：在105-110°C温度下烘干24小时的重量(kN)
W0－烘干岩样浸水48h后的湿重(kN)