第10讲_岩体的强度特性
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岩石的强度特性
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
3.单向压缩试件的破坏形态 破坏形态是表现破坏机理的重要特征； 其主要影响因素：①应力状态 ②试验条件 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
t MC / I
t ——三点弯曲梁内的最大拉应力；梁发生破坏时
的 t 就是 Rt 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 ①岩石是各向同性的线弹性材料 适用条件： ②满足平面假设的对称面内弯曲
（2）劈裂法（巴西法），对称径向压裂法 由巴西人Hondros提出 试件：实心圆柱φ50mm；δ 25mm
1 2 3
见图 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三向压缩强度的影响
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； φ50的依据 高径比：研究表明；h/d≥(2－3)较合理 （3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高(见图2－5) 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2－3倍。 见表2－2 温度度：180℃以下部明显：大于180℃，湿度越高强 度越小。
岩体力学性质
强度性质
强度性质
岩体在各种压力状态下所能承受的最大应力，称为岩体的强度。它可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三 轴抗压强度以及剪切强度等。单轴抗压强度是岩体在单向压缩时所能承受的最大压应力。岩体的单轴抗压强度总 是低于岩块的单轴抗压强度。二者的比值变化较大，通常为0.05～0.65。单轴抗拉强度是岩体或接近于零。岩体在三向受压状态下所能承 受的最大压应力，称为岩体三轴抗压强度。原位岩体三轴压缩试验的开展，有益于更好地评价岩体的各向异性。 岩体内任一方向切面在任一法向压应力下所能抵抗的最大剪应力，称为岩体该方向切面在该法向应力下的剪切强 度。它可分为剪断强度、重剪强度和抗切强度。剪断强度是岩体中先前没有破坏的面在任一法向应力下能抵抗的 最大剪应力。剪切面上法向应力等于零时的剪断强度，称为抗切强度。岩体中先前存在的破坏面在任一法向压应 力下能抵抗的最大剪应力，称为重剪强度。岩体剪切强度的大小，通常用库仑强度参数，即内聚力和内摩擦角的 大小来说明。岩体的剪切强度远小于岩块的剪切强度。岩体重剪强度的内聚力值一般在0～0.3兆帕，内摩擦角多 为10°～48°。岩体剪断强度的内聚力值一般在0.05～4兆帕,内摩擦角多为20°～55°。岩体剪切强度具有各向 异性。沉积岩体的各向异性最为显著，火成岩体的各向异性表现不明显，变质岩体的各向异性则介于沉积岩体和 火成岩体之间。
岩体力学性质
岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力
01 变形表征
03 力学性质
目录
02 强度性质
基本信息
岩体力学性质是指岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力。它包括变形性质和强度性质两个方面。岩体的 力学性质，是设计一切大型岩体工程的重要依据。
变形表征
变形表征
岩体变形性质的物理量主要是变形模量、弹性模量和泊松比等。具有弹性和非弹性性能的岩体在加荷时应力 与应变的比值，称为变形模量。岩体在弹性变形阶段内，应力与应变的比值，称为弹性模量或杨氏模量。轴向加 荷的岩体试件的侧向应变与轴向应变的比的负值，称为泊松比。岩体的变形模量值普遍低于岩块的变形模量值， 两者的比值一般为0.2～0.6。岩体变形模量与其弹性模量的比值，也多为0.2～0.6。岩体的变形性质普遍具有各 向异性，不同方向的模量值不相同，在有些情况下，高达1∶10,通常为1∶2。此外，岩体变形模量与弹性模量的 比值，也常常随着方向不同而变化。
岩石抗拉强度( )岩石的抗压强度
岩石抗拉强度( )岩石的抗压强度岩石是地壳中最主要的固体物质之一，具有很高的抗拉强度和抗压强度。
本文以岩石抗拉强度为标题，从岩石的抗压强度出发，探讨其特点、影响因素以及测试方法等方面展开阐述。
一、岩石抗压强度的特点岩石的抗压强度是指在单位面积上所能承受的最大抗压应力。
岩石的抗压强度是评价岩石抵抗破坏能力的重要指标之一。
岩石的抗压强度与岩石的成分、结构、裂隙等因素密切相关。
一般来说，岩石的抗压强度越高，其稳定性越好，抵抗外部压力的能力越强。
二、影响岩石抗压强度的因素1. 岩石的成分：不同类型的岩石有不同的成分，因此其抗压强度也有所差异。
例如，石灰岩的抗压强度较低，而花岗岩的抗压强度较高。
2. 岩石的结构：岩石的结构分为均质结构和非均质结构，均质结构的岩石抗压强度较高，而非均质结构的岩石抗压强度较低。
3. 岩石的裂隙：岩石中存在的裂隙对其抗压强度有很大影响。
裂隙会导致岩石内部的应力集中，从而降低岩石的抗压强度。
三、岩石抗压强度的测试方法1. 压力试验：压力试验是最常用的测试岩石抗压强度的方法之一。
该方法通过施加垂直于岩石样本的压力，逐渐增加压力的大小，直至岩石发生破坏，从而确定岩石的抗压强度。
2. 岩石拉伸试验：岩石拉伸试验是测试岩石抗拉强度的常用方法，通过施加拉力来测试岩石的抗拉强度。
在拉伸过程中，可以观察到岩石的断裂形态和破坏位置，从而判断岩石的抗拉强度。
3. 爆破试验：爆破试验是一种常用的测试岩石抗压强度的方法。
该方法通过在岩石样本上施加爆破药物，使其发生爆炸，从而测试岩石的抗压强度。
四、岩石抗压强度的应用岩石的抗压强度在工程和地质领域有着广泛的应用。
例如，在隧道、地下工程和矿山开采等工程中，需要考虑岩石的抗压强度，以确保工程的稳定性和安全性。
此外，在地质勘探和研究中，也需要了解岩石的抗压强度，以评估地质构造和岩石的稳定性。
岩石的抗压强度是评价岩石抵抗破坏能力的重要指标之一。
岩石的抗压强度受到多种因素的影响，包括岩石的成分、结构和裂隙等。
岩石的强度特性
岩石的强度特性
岩石的强度是指岩体抵抗破坏的能力；岩体是由岩块和结构面组成的地质体。
多结构面岩体强度
取三组结构面岩石试件，首先绘出三组结构面及岩石的强度包络线和受力状态莫尔圆，若第一组结构面的受力状态点落在第一组结构面的强度包络线τ=Cω1+σtanυω1上或其之上，即第一组结构面与σ1的夹角β满足2β1'≤2β2'≦2β3'，则岩体将沿第一组结构面破坏。
β'满足2β2'≦2β'2β1'，则岩体将不沿第一结构面破；而若此时，第二组结构面与σ1的夹角β''满足2β1''≦2β''≦2β2''，则岩体将沿第二组结构面破坏。
以此类推，若第三组节理的受力状态点均落在其相应的强度包络线之下，即2β'2<2β'<2β1',2β<2''<2β''<2β1'',2β2'''<2β'''<2β1'''则此时，岩体将不沿三组结构面破坏，而将沿β0=π/4+υ0/2的岩石截面破坏。
岩体和岩块破坏时主应力之间的关系为σ1=σ3+√（mσcσ3+S(σc)^2） ,令σ3=0，可得单轴抗压强度σmc=（√S）σc
将σ1=0代入并对σ3求解得岩体单轴抗压强度σmc=½σc（m-√(m^2+4s))。
岩石的强度和变形特性精品PPT课件
长时强度 < 强度 < 瞬时强度
五、 岩石的强度性质及测定方法
岩石试件抗压、抗拉、抗剪、三向抗压强度及测定 岩石的极限强度——岩石破坏时所能承受的最大应力。 研究岩石强度的意义：
①作为岩石分类以及巷道、采煤工作面，顶板分类的 主要指标；
②判断工程稳定性的强度准则的基本参数； ③地下工程变形区域计算的判据。
Et
d d
（变形曲线导数）；
割线斜率
Et
（割线斜率）；
弹塑性： 弹性摸量：E = 加载曲线段切线斜率=卸载曲线段割线斜率；
变形摸量：
E0
e
p
σ～ε曲线呈线性关系（线弹性类岩石），曲线上任一点P的 弹性模量E：
E
σ～ε曲线呈非线性关系
初始模量:
E
初＝
d d
0
切线模量（直线段）：
E
切＝
a a
n
x
2
y
x
2
y
cos 2
xy
sin 2
n
x
2
y
sin 2
xy
cos 2
最大最小主应力：
1 x y
3
2
(
x
2
y
)2
2 xy
最大主应力与 x轴的夹角 θ可按下式求得：
tg2 2 xy x y
任一斜面上的正应力和剪应力用主应力表示为：
n
1
3
2
1
2
3
cos 2
n
1
2
3
sin 2
抗拉强度——在单轴拉伸载荷作用下，破坏时所能承受的最大拉应力。 试验设备：
直接拉伸——万能材料试验机（试件的夹固、轴力共线困难，少用） 间接拉伸——巴西试验装置（劈裂法） 试件破坏形式：拉断、劈裂
五、 岩石的强度性质及测定方法
岩石试件抗压、抗拉、抗剪、三向抗压强度及测定 岩石的极限强度——岩石破坏时所能承受的最大应力。 研究岩石强度的意义：
①作为岩石分类以及巷道、采煤工作面，顶板分类的 主要指标；
②判断工程稳定性的强度准则的基本参数； ③地下工程变形区域计算的判据。
Et
d d
（变形曲线导数）；
割线斜率
Et
（割线斜率）；
弹塑性： 弹性摸量：E = 加载曲线段切线斜率=卸载曲线段割线斜率；
变形摸量：
E0
e
p
σ～ε曲线呈线性关系（线弹性类岩石），曲线上任一点P的 弹性模量E：
E
σ～ε曲线呈非线性关系
初始模量:
E
初＝
d d
0
切线模量（直线段）：
E
切＝
a a
n
x
2
y
x
2
y
cos 2
xy
sin 2
n
x
2
y
sin 2
xy
cos 2
最大最小主应力：
1 x y
3
2
(
x
2
y
)2
2 xy
最大主应力与 x轴的夹角 θ可按下式求得：
tg2 2 xy x y
任一斜面上的正应力和剪应力用主应力表示为：
n
1
3
2
1
2
3
cos 2
n
1
2
3
sin 2
抗拉强度——在单轴拉伸载荷作用下，破坏时所能承受的最大拉应力。 试验设备：
直接拉伸——万能材料试验机（试件的夹固、轴力共线困难，少用） 间接拉伸——巴西试验装置（劈裂法） 试件破坏形式：拉断、劈裂
岩体的强度特性
=ntgj+cj
3
1
三、单结构面强度效应
1
（2） 12时 沿结构面破坏；
3
（3）<1或>2 时，既不沿结构 面破坏，也不切 岩石破坏。
=ntg+c
=ntgj+cj
2 1
21
3
1
三、单结构面强度效应
（4）、<1或 >2时剪切岩石 破坏。
ctgarcctgarc岩石力学1313岩石力学1414时岩石结构面同时破坏岩体强度等于岩块强度结构面先破坏时岩体强度小于岩块强度ctgsin2岩石力学1515强度取完整岩石强度和结构面强度的小值两者的强度都按直线型考虑ctgsin2ctgsin2岩石力学1616根据单结构面强度效应可以看出岩体强度的各向异性轴受压强度受加载方向与结构面夹角的控岩石力学1717多结构面的岩体强度
1
1 3 c
令
则
1 sin 2 tg 45 1 sin 2 2c cos c 1 sin
c
3
1 3 c
4
二、结构面强度
假设节理面服从莫尔-库仑直线型强度准则
C t g J J
岩 石 力 学
Rock Mechanics
1
2.5 岩体的强度特性
2
一、岩石的强度
假设岩石服从莫尔-库仑直线型强度准则 1、 坐标下
tg c
破坏角：
0 45 /2
c
3
一、岩石的强度
2、 在 1 3 坐标下
1 sin 2 C cos 1 3 1 sin 1 sin
岩石的强度性质
C
o
C , 值的确定示意图
常见岩石的剪切强度
四、三轴压缩强度
1.定义：试件在三向压应力作用下能抵抗的最大 的轴向应力。
2.测定方法:
，在岩一块定的的三围轴压压σ 缩3下强，度对σ试1m件(M进Pa行)为三：轴试验时
1m
pm A
3.利用三轴试验确定抗剪强度
根据一组试件(4个以上)试验得到的三轴压缩强度 σ1m和相应的σ3以及单轴抗拉强度σt。在σ-τ坐标系中可 绘制出岩块的强度包络线。除顶点外，包络线上所有 点的切线与σ轴的夹角及其在τ轴上的截距分别代表相 应破坏面的内摩擦角(φ)和内聚力(C)。
点荷载试验是将试件放在点荷载仪中的球面压头间， 加压至试件破坏，利用破坏荷载求岩块的点荷载强度。
点荷载强度
Is=pt/D2
抗拉强度
σt= kIs
4.影响因素：结构面的影响（裂隙空隙）
岩石中含有大量的微裂隙和孔隙，岩块抗拉强度受其影响很大， 直接削弱了岩块的抗拉强度。相对而言，空隙对岩块抗压强度的 影响就小得多，因此，岩块的抗拉强度一般远小于其抗压强度。
§2.4 岩块的强度性质
强度：岩块试样抵抗外力破坏的能力。
破坏方式
脆性破坏
拉破坏 剪切破坏
塑性破坏(延性破坏）
一、单轴抗压强度
受 力
二、单轴抗拉强度
状
三、剪切强度
态
四、三轴压缩强度
上次课内容 岩石的流变理论
流变现象：材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称
为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称 为流变现象。
1、 1mF3ac
改写后得：
1m/c
n(3)a c
岩石的强度特性
E
即：
c
t
3、在三轴压缩条件下：σ3方向的应变为3 Nhomakorabea
1 E
3
(
1
2
)
sin
4、三轴压缩剪切试验 抗剪强度曲线：τ=
c+σtgφ
三轴试验装臵示意图 1-施加垂直压力；2-侧压力液体出口； 3-侧压力液体进口；4-密封设备；5-压 力室；6-侧压力；3-球状底座；8-试件
四、岩石的三向抗压强度σ1c 岩石在三轴压缩下的极限应力σ1c为三轴抗压强度， 它随围压增大而升高。
改变P,即可测得多组σ、τ，作出σ～τ曲线。
P A
T A
3、斜剪试验 忽略端部摩擦力，根据力 的平衡原理，作用于剪切面上 的法向力N和切向力Q可按下式 计算：
N = Pcosα Q = Psinα
剪切面上的法向应力σ和剪应 力τ为：
N A P A cos
Q A
P A
二、岩石的单轴抗拉强度σt 1、直接拉伸试验
t
P A
2、间接拉伸试验 A 劈裂法（巴西试验法）
圆饼试件：
t
2P
d t
方形试件：
t
2P
ah
式中：P—破坏时的荷载，N; d— 试件直径；cm；
t—试件厚度，cm；
a，h—方形试件边长和厚度，cm。
不规则试件（加压方向应满足h/a≤1.5 ）：
x
2
y
n
x
2
y
cos 2
xy
岩体的强度特性
20
岩石力学
五、岩体强度估算
（一）准岩体强度（岩体完整系数修正法） 这种方法实质是用某种简单的试验指标来修 正岩块强度，做为岩体强度的估算值。 节理、裂隙等结构面是影响岩体的主要因素， 其分布情况可通过弹性波传播来查明，弹性波 穿过岩体时，遇到裂隙便发生绕射或被吸收， 传播速度将有所降低，裂隙越多，波速降低越 大，小尺寸试件含裂隙少，传播速度大。
岩 石 力 学
Rock Mechanics
1
2.5 岩体的强度特性
2
一、岩石的强度
假设岩石服从莫尔-库仑直线型强度准则 1、 坐标下
tg c
破坏角：
450 / 2
c
3
岩石力学
一、岩石的强度
2、 在 1 3 坐标下 1 1 sin 2C cos 1 3 1 sin 1 sin
12
岩石力学
三、单结构面强度效应
对岩体强度有影响的节理方位角： β1≤β≤ β2 β1、β2可以直接在图上量取，也可以由 正弦定律推求：
J 1 ( 1 3 CJ ctg J )sin J 1 arc sin[ ] 2 2 1 3 ( 1 3 CJ ctg J )sin J J 1 2 arc sin[ ] 2 2 2 1 3
3m c 90 arctan(1 / h 3 1) 3 1 arctan( ) 2 4 h cos 1 (cot cos ) m c 8 C n tan
n 2 c
28
岩石力学
m mi e
(
RMR 100 ( ) 14
S e
岩石力学
五、岩体强度估算
（一）准岩体强度（岩体完整系数修正法） 这种方法实质是用某种简单的试验指标来修 正岩块强度，做为岩体强度的估算值。 节理、裂隙等结构面是影响岩体的主要因素， 其分布情况可通过弹性波传播来查明，弹性波 穿过岩体时，遇到裂隙便发生绕射或被吸收， 传播速度将有所降低，裂隙越多，波速降低越 大，小尺寸试件含裂隙少，传播速度大。
岩 石 力 学
Rock Mechanics
1
2.5 岩体的强度特性
2
一、岩石的强度
假设岩石服从莫尔-库仑直线型强度准则 1、 坐标下
tg c
破坏角：
450 / 2
c
3
岩石力学
一、岩石的强度
2、 在 1 3 坐标下 1 1 sin 2C cos 1 3 1 sin 1 sin
12
岩石力学
三、单结构面强度效应
对岩体强度有影响的节理方位角： β1≤β≤ β2 β1、β2可以直接在图上量取，也可以由 正弦定律推求：
J 1 ( 1 3 CJ ctg J )sin J 1 arc sin[ ] 2 2 1 3 ( 1 3 CJ ctg J )sin J J 1 2 arc sin[ ] 2 2 2 1 3
3m c 90 arctan(1 / h 3 1) 3 1 arctan( ) 2 4 h cos 1 (cot cos ) m c 8 C n tan
n 2 c
28
岩石力学
m mi e
(
RMR 100 ( ) 14
S e
岩石力学岩石强度特性
如节理岩体中的地下洞室顶部岩块崩塌，洞侧岩石的滑动， 以及岩坡沿软弱面的失稳等，都属于弱面剪切破坏。
岩石的破坏形式
岩石在破坏前后的应力-应变关系比金属材料复杂得多，岩 石究竟属于脆性材料还是属于塑性材料，这不仅取决于岩石 性质，且受应力状态，地温，受荷时间等多种因素的影响。
第二节 岩石的强度特性
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
实验设备
MTS三轴岩 石力学实验 设备
岩石抗压强度的影响因素
1) 岩石自身性质的因素 岩石自身的性质（矿物组成、颗粒大小及形状、粒间连接、
结构特征、微结构面、风化程度）对其抗压强度起决定作用
2) 实验条件方面的因素 ① 试样的的几何形状及加工精度；② 加载速率；③ 端面
有些洞室的底部岩石隆起，两侧围岩向洞内膨胀都属延性破坏 的例子。坚硬岩石一般属于脆性破坏，但在两向或三向受力较 大的情况下，或者在高温的影响下，也可能延性破坏。
岩体的破坏
岩体破坏的主要形式是弱面剪切破坏 弱面剪切破坏：岩体中存在着许多软 弱结构面，细微裂隙等弱面，在荷载 作用下，弱面上的剪应力一旦超过弱 面的抗剪强度时，岩体将弱面剪切破 坏，致使岩体产生滑移。
环境对抗压强度的影响
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。 温度：180℃以下不明显：大于180℃，温度越高强 度越小。 注意：岩心的保存——尽可能的维持井下状况。
岩石强度：岩石的强度是指荷载作用下岩石的抵 抗破坏的能力。
为了研究岩石的强度特征，经常将岩石制备成试 件在实验室进行试验，依据试样应力状态的不同 分为：岩石单轴抗压强度实验，抗拉强度实验， 抗剪强度实验等。试验时将岩样制备成标准试件 然后按相应的试验规程进行试验。
岩石的破坏形式
岩石在破坏前后的应力-应变关系比金属材料复杂得多，岩 石究竟属于脆性材料还是属于塑性材料，这不仅取决于岩石 性质，且受应力状态，地温，受荷时间等多种因素的影响。
第二节 岩石的强度特性
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
实验设备
MTS三轴岩 石力学实验 设备
岩石抗压强度的影响因素
1) 岩石自身性质的因素 岩石自身的性质（矿物组成、颗粒大小及形状、粒间连接、
结构特征、微结构面、风化程度）对其抗压强度起决定作用
2) 实验条件方面的因素 ① 试样的的几何形状及加工精度；② 加载速率；③ 端面
有些洞室的底部岩石隆起，两侧围岩向洞内膨胀都属延性破坏 的例子。坚硬岩石一般属于脆性破坏，但在两向或三向受力较 大的情况下，或者在高温的影响下，也可能延性破坏。
岩体的破坏
岩体破坏的主要形式是弱面剪切破坏 弱面剪切破坏：岩体中存在着许多软 弱结构面，细微裂隙等弱面，在荷载 作用下，弱面上的剪应力一旦超过弱 面的抗剪强度时，岩体将弱面剪切破 坏，致使岩体产生滑移。
环境对抗压强度的影响
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。 温度：180℃以下不明显：大于180℃，温度越高强 度越小。 注意：岩心的保存——尽可能的维持井下状况。
岩石强度：岩石的强度是指荷载作用下岩石的抵 抗破坏的能力。
为了研究岩石的强度特征，经常将岩石制备成试 件在实验室进行试验，依据试样应力状态的不同 分为：岩石单轴抗压强度实验，抗拉强度实验， 抗剪强度实验等。试验时将岩样制备成标准试件 然后按相应的试验规程进行试验。
《岩石的强度特性》课件
研究岩石的密度和孔隙度， 探讨其对岩石的强度和稳 定性的影响。
了解岩石在温度变化下的 膨胀和收缩行为，探究其 对结构稳定性的影响。
3 渗透性和渗透压力
研究岩石的渗透性和渗透 压力，探索其对水力相互 作用和岩石稳定性的影响。
岩石的化学特性
1 化学组成对强度的影 2 酸碱性对强度的影响 3 腐蚀和侵蚀的影响
2 轴向压缩试验
了解岩石轴向受压的测试方法，研究岩石在 不同应力下的变形和破坏行为。
3 拉伸试验和剪切试验
探索岩石在拉伸和剪切过程中的性能表现， 研究其了解岩石 抵抗划伤和磨损的能力。
强度特性的应用
1 岩石的开采和加工
探索岩石强度特性在采矿和加工行业中的应用，确保生产过程的安全和高效。
岩石的力学特性
1 内聚力和黏着力
探索岩石颗粒之间的粘结力和相互作用力，以及它们对岩石强度的影响。
2 压缩和拉伸的强度
了解岩石在受力过程中的抗压和抗拉性能，研究其应力-应变关系。
3 岩石的断裂和延展性
研究岩石的断裂特性和延展性，了解岩石在不同条件下的破坏行为。
岩石的物理特性
1 密度和孔隙度
2 热膨胀系数
2 地质灾害的预防和治理
了解岩石强度特性对地质灾害预防和治理的重要性，提高灾害防范和应对能力。
3 岩土工程的设计和施工
研究岩石强度特性在岩土工程设计和施工中的应用，确保工程的安全可靠。
结论
岩石的强度特性是岩石力学、物理和化学特性相互作用的结果，对于实现工 程的安全和科学研究的进展具有重要意义。强度特性在工程和科学领域中有 广泛的应用。
响
了解岩石酸碱性的变化对
研究岩石与化学物质的相
探讨岩石中不同化学成分
岩石的强度和特征 PPT课件
（2）破坏：把材料进入无限塑性增大时称为破坏。
（3）岩石的强度：是指岩石抵抗破坏的能力。岩石 在外力作用下，当应力达到某一极限值时便发生破 坏，这个极限值就是岩石的强度。
一、岩石的单轴抗压强度σC
c
P A
端部效应
破坏形态
为了消除端部效应，国际岩石力学学会推荐采用高径 比（h/d)为2.5～3.0的试件做抗压试验。
蠕变
流变性（粘性） 松弛
弹性后效 蠕变现象——当应力保持恒定时，应变随时间增长而增大。 松弛现象——当应变保持恒定时，应力随时间增长而逐渐减 小的现象。 弹性后效——加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。
一、岩石的蠕变性质
ε（10-5）
8 6 4 2
2
页岩
页岩
花岗岩
4
6
8
10
12
工程实践发现，在岩石开挖洞室以后一段很长的时间内， 支护或衬砌上的压力一直在变化的，这可解释为由蠕变的 结果。研究岩石的蠕变对于洞室特别是深埋洞室围岩的变 形，有着重要意义。
一、蠕变特征曲线
在初始蠕变阶段中某一点P卸载，应变沿PQR下降至零。卸荷
后应力立即消失，但应变随时间逐渐恢复，二者恢复不同
步—应变恢复总是落后于应力，这种现象称为弹性后效。
BC段-等速蠕变阶段（稳定蠕变阶 段)：曲线呈近似直线，即应变随 时间近似等速增加，直到C点。若 在本阶段内某点T卸载，则应变将 沿TUV线恢复，最后保留一永久应
1、变形阶段的划分—几个概念
v
p
C
r
e
B
A
r
o
a
扩容：压缩应力下岩石体积出现膨胀的现象称为岩石扩容
1、变形阶段的划分—五个阶段
v c
（3）岩石的强度：是指岩石抵抗破坏的能力。岩石 在外力作用下，当应力达到某一极限值时便发生破 坏，这个极限值就是岩石的强度。
一、岩石的单轴抗压强度σC
c
P A
端部效应
破坏形态
为了消除端部效应，国际岩石力学学会推荐采用高径 比（h/d)为2.5～3.0的试件做抗压试验。
蠕变
流变性（粘性） 松弛
弹性后效 蠕变现象——当应力保持恒定时，应变随时间增长而增大。 松弛现象——当应变保持恒定时，应力随时间增长而逐渐减 小的现象。 弹性后效——加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。
一、岩石的蠕变性质
ε（10-5）
8 6 4 2
2
页岩
页岩
花岗岩
4
6
8
10
12
工程实践发现，在岩石开挖洞室以后一段很长的时间内， 支护或衬砌上的压力一直在变化的，这可解释为由蠕变的 结果。研究岩石的蠕变对于洞室特别是深埋洞室围岩的变 形，有着重要意义。
一、蠕变特征曲线
在初始蠕变阶段中某一点P卸载，应变沿PQR下降至零。卸荷
后应力立即消失，但应变随时间逐渐恢复，二者恢复不同
步—应变恢复总是落后于应力，这种现象称为弹性后效。
BC段-等速蠕变阶段（稳定蠕变阶 段)：曲线呈近似直线，即应变随 时间近似等速增加，直到C点。若 在本阶段内某点T卸载，则应变将 沿TUV线恢复，最后保留一永久应
1、变形阶段的划分—几个概念
v
p
C
r
e
B
A
r
o
a
扩容：压缩应力下岩石体积出现膨胀的现象称为岩石扩容
1、变形阶段的划分—五个阶段
v c
岩石的力学性质-岩石强度讲解 ppt课件
2.7~5.4
20.6~29.9
15.6~23.3
灰岩类
煤
石灰岩
52.9~157.8
4.9~49
PPT课件
7.7~13.8
2~4.9
9.8~30.4
1.08~16.2
19
1.3抗剪切强度
1)定义：岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受 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。 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。
PPT课件
20
2）四种典型的非限制性剪切强度试验：a.单 面剪切试验， b.冲击剪切试验, c.双面剪切试 验，d.扭转剪切试验，分别见图。
PPT课件
21
3）非限制性剪切强度记为So计算公式：
（a）单面剪切试验 So=Fc/A （b）冲击剪切试验 So=Fc/2πra （c）双面剪切试验 So=Fc/2A （d）扭转剪切试验 So=16M c /πD3
PPT课件
36
PPT课件
5
c.压缩实验设备示意图(500t压力机)
PPT课件
6
3）4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.塑性流动变形，线应变≥10％。 4.拉伸破坏，在轴向压应力作用下，在横向将产生 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。
20.6~29.9
15.6~23.3
灰岩类
煤
石灰岩
52.9~157.8
4.9~49
PPT课件
7.7~13.8
2~4.9
9.8~30.4
1.08~16.2
19
1.3抗剪切强度
1)定义：岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受 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。 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。
PPT课件
20
2）四种典型的非限制性剪切强度试验：a.单 面剪切试验， b.冲击剪切试验, c.双面剪切试 验，d.扭转剪切试验，分别见图。
PPT课件
21
3）非限制性剪切强度记为So计算公式：
（a）单面剪切试验 So=Fc/A （b）冲击剪切试验 So=Fc/2πra （c）双面剪切试验 So=Fc/2A （d）扭转剪切试验 So=16M c /πD3
PPT课件
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PPT课件
5
c.压缩实验设备示意图(500t压力机)
PPT课件
6
3）4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.塑性流动变形，线应变≥10％。 4.拉伸破坏，在轴向压应力作用下，在横向将产生 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。
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一、岩体强度的测定
1、岩体单轴抗压强度的测定：在试件表面抹水泥砂浆， 将表面抹平，并在上方设置垫层，以便将载荷均匀传 给试体。计算强度同岩石单轴抗压强度。
2、岩体抗剪强度的测定
一般采用千斤顶法：一个垂直千
斤顶施加正压力，另一个千斤顶 1
施加横推力合力应通过剪切面中
2 3
心，横向千斤顶倾角一般15度。 4
①地应力大小； ②地下水； ③结构面方位； ④结 构面粗糙度。
（A）①，④ （B）①，② （C）③ （D）①，②， ③
7、某岩石、实测单轴饱和抗压强度 RC=55MPa,完整性指数KV=0.8，外鉴别为 原层状结构，结构面结合良好，锤击清脆有 轻微回弹，按工程岩体分级标准确定该岩石 的基本质量等级为（ ）
4、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？ （）
（A）原生结构面 （B）构造结构面 （C）次生结构面
5、我国工程岩体分级标准中岩体完整性确定是依据 （ ）。
（A）RQD （B）节理间距 （C）节理密度 （D）岩体完整性系数或岩体体积节理数
6.、我国工程岩体分级标准中是根据哪些因素对岩石基本 质量进行修正的？（ ）。
K
Vml Vcl
2
mc Kc mt Kt
Hoek-Brown经验强度准则
1 3
m
c
3
s
2 c
其中: m, s为与岩体结构有关的参数
2.8 岩体质量评价及其分类
一、按岩石的质量指标RQD（Rock Quality Designation）分类
K1,K2,K3值，可分别地下水影响、主要软弱结构 面影响、天然应力影响的修正系数。各系数由下表 确定。无表中所列情况时，修正系数取零。
第二章习题
选择题 1、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（ ）。 （ A ）岩体中含有大量的不连续面 （ B ）岩体中含有水 （ C ）岩体为非均质材料 （ D ）岩石的弹性模量比岩体的大
2、岩体的尺寸效应是指（ ）。 （ A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关 系 （ B ）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现 象 （ C ）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象 （ D ）岩体的强度比岩石的小
3 、影响岩体质量的主要因素为（ ）。 （A）岩石类型、埋深 （B）岩石类型、含水量、温度 （C）岩体的完整性和岩石的强度 （D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深
RQD是选用坚固完整的、其长度大于等于10cm的岩 芯总长度与钻孔长度的比，百分数表示为：
RQD
li 10cm
L 钻孔总长
100%
按RQD大小将岩石分为五类。工程实践说明，RQD是
一种比岩芯采取率更好的指标。
分类 很差 差 一般 好 很好
RQD％ <25 25～50 50～75 75～90 >90
22 sin 1{[ m c cot ) / m ]sin }
•若莫尔圆和强度包络 线相离，则岩体不发
生破坏，既不沿结构
面破坏，也不沿岩石
面破坏
二、结构面的强度效应-多结构面
两组以上的节理同样处理，不过岩体总 是沿一组最有利破坏的节理首先破坏。
三.岩体强度的估算
准岩体强度
2.8 岩体质量评价及其分类
二、岩体基本质量分级：
认为岩石的坚硬程度和岩体完整程度所决定的岩体基本 质量，是岩体固有的属性，是有别于工程因素的共性。岩体 基本质量好，则稳定性也好；反之则差。
岩石饱和单轴抗压强度
岩石坚硬程度划分表
c/M硬程度
坚硬岩 较坚硬岩
30~15 较软岩
（A）I级（B）II级（C）III级（D）IV级
问答题
1、为什么要进行工程岩体分类？
结束语
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
其中，摩擦角可写成 w b i
二、结构面的强度效应-单结构面
a.若岩体不沿结构面破坏，而沿岩石的某一法向破坏，岩体
强度等于岩石强度，此时破坏面与主平面交角为
0
4
2
b.对岩体强度有影响的节理方位角： 1 2
直接在图量取，也可以由正弦定律推出：
21 sin 1{[ m c cot ) / m ]sin }
计算公式： P T sin T cos
F
F
3、岩体三轴压缩强度试验
1 2
5
千斤顶施加轴向载荷，用压力枕施加围岩载荷
真三轴和假三轴
二、结构面的强度效应-单结构面
结构面的抗剪强度为： Cw n tan w
C ,w --结构面上的粘结力、摩擦角
n --作用在结构面上的法向应力
15~5 软岩
<5 极软岩
岩体完整性系数Kv 完整程度
岩体完整程度划分表
>0.75 0.75～0.55 0.55～0.35
完整 较完整 较破碎
0.35～0.15
破碎
<0.15
极破碎
岩体基本质量表达式: BQ 90 3c 250KV
2.8 岩体质量评价及其分类
三、岩体稳定性分级:
结合工程情况，计算岩体基本质量指标修正值[BQ]： [BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)
1、岩体单轴抗压强度的测定：在试件表面抹水泥砂浆， 将表面抹平，并在上方设置垫层，以便将载荷均匀传 给试体。计算强度同岩石单轴抗压强度。
2、岩体抗剪强度的测定
一般采用千斤顶法：一个垂直千
斤顶施加正压力，另一个千斤顶 1
施加横推力合力应通过剪切面中
2 3
心，横向千斤顶倾角一般15度。 4
①地应力大小； ②地下水； ③结构面方位； ④结 构面粗糙度。
（A）①，④ （B）①，② （C）③ （D）①，②， ③
7、某岩石、实测单轴饱和抗压强度 RC=55MPa,完整性指数KV=0.8，外鉴别为 原层状结构，结构面结合良好，锤击清脆有 轻微回弹，按工程岩体分级标准确定该岩石 的基本质量等级为（ ）
4、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？ （）
（A）原生结构面 （B）构造结构面 （C）次生结构面
5、我国工程岩体分级标准中岩体完整性确定是依据 （ ）。
（A）RQD （B）节理间距 （C）节理密度 （D）岩体完整性系数或岩体体积节理数
6.、我国工程岩体分级标准中是根据哪些因素对岩石基本 质量进行修正的？（ ）。
K
Vml Vcl
2
mc Kc mt Kt
Hoek-Brown经验强度准则
1 3
m
c
3
s
2 c
其中: m, s为与岩体结构有关的参数
2.8 岩体质量评价及其分类
一、按岩石的质量指标RQD（Rock Quality Designation）分类
K1,K2,K3值，可分别地下水影响、主要软弱结构 面影响、天然应力影响的修正系数。各系数由下表 确定。无表中所列情况时，修正系数取零。
第二章习题
选择题 1、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（ ）。 （ A ）岩体中含有大量的不连续面 （ B ）岩体中含有水 （ C ）岩体为非均质材料 （ D ）岩石的弹性模量比岩体的大
2、岩体的尺寸效应是指（ ）。 （ A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关 系 （ B ）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现 象 （ C ）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象 （ D ）岩体的强度比岩石的小
3 、影响岩体质量的主要因素为（ ）。 （A）岩石类型、埋深 （B）岩石类型、含水量、温度 （C）岩体的完整性和岩石的强度 （D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深
RQD是选用坚固完整的、其长度大于等于10cm的岩 芯总长度与钻孔长度的比，百分数表示为：
RQD
li 10cm
L 钻孔总长
100%
按RQD大小将岩石分为五类。工程实践说明，RQD是
一种比岩芯采取率更好的指标。
分类 很差 差 一般 好 很好
RQD％ <25 25～50 50～75 75～90 >90
22 sin 1{[ m c cot ) / m ]sin }
•若莫尔圆和强度包络 线相离，则岩体不发
生破坏，既不沿结构
面破坏，也不沿岩石
面破坏
二、结构面的强度效应-多结构面
两组以上的节理同样处理，不过岩体总 是沿一组最有利破坏的节理首先破坏。
三.岩体强度的估算
准岩体强度
2.8 岩体质量评价及其分类
二、岩体基本质量分级：
认为岩石的坚硬程度和岩体完整程度所决定的岩体基本 质量，是岩体固有的属性，是有别于工程因素的共性。岩体 基本质量好，则稳定性也好；反之则差。
岩石饱和单轴抗压强度
岩石坚硬程度划分表
c/M硬程度
坚硬岩 较坚硬岩
30~15 较软岩
（A）I级（B）II级（C）III级（D）IV级
问答题
1、为什么要进行工程岩体分类？
结束语
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
其中，摩擦角可写成 w b i
二、结构面的强度效应-单结构面
a.若岩体不沿结构面破坏，而沿岩石的某一法向破坏，岩体
强度等于岩石强度，此时破坏面与主平面交角为
0
4
2
b.对岩体强度有影响的节理方位角： 1 2
直接在图量取，也可以由正弦定律推出：
21 sin 1{[ m c cot ) / m ]sin }
计算公式： P T sin T cos
F
F
3、岩体三轴压缩强度试验
1 2
5
千斤顶施加轴向载荷，用压力枕施加围岩载荷
真三轴和假三轴
二、结构面的强度效应-单结构面
结构面的抗剪强度为： Cw n tan w
C ,w --结构面上的粘结力、摩擦角
n --作用在结构面上的法向应力
15~5 软岩
<5 极软岩
岩体完整性系数Kv 完整程度
岩体完整程度划分表
>0.75 0.75～0.55 0.55～0.35
完整 较完整 较破碎
0.35～0.15
破碎
<0.15
极破碎
岩体基本质量表达式: BQ 90 3c 250KV
2.8 岩体质量评价及其分类
三、岩体稳定性分级:
结合工程情况，计算岩体基本质量指标修正值[BQ]： [BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)