第三节岩块的强度性质

抗剪断试验 抗剪(摩擦)试验 抗切试验
2、抗剪强度类型 （1）抗剪断强度：指试件在一定的法向应力作用下， 沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。 （图（a））
（2）抗切强度： 指试件上的法向应力为零时，沿预定 剪切面剪断时的最大剪应力。 （图（c））
（3）摩擦（抗剪）强度：指试件在一定的法向应力作用 下，沿已有破裂面（层面、节理等）再次剪切破坏时的最 大剪应力（图（b））。
利用特制的夹具和粘合剂 （如，环氧树脂）将试件夹在试 验机上拉伸，直至破坏。
t
Pt A
Pt——破坏荷载（KN）；
A—垂直于加荷方向岩样的平均 横截面积（m2）
（2）间接法
a. 劈裂法
2 Pt t Dl
试样规格：园柱体
D=5cm
l=（0.5—1）D
若边长为a的立方体:
t
2Pt
a 2
b. 点荷载法：（赖奇米尤休 1962年提出）
至试件破坏。
目的：研究围压对岩石变形与强度的影响
a. 围压对岩石刚度影响
b. 围压对破坏形式的影响
c. 围压对岩石强度影响
a. 围压对岩石刚度影响
b. 围压对破坏形式的影响
c. 围压对岩石强度影响
4.真三轴试验 真三轴试验除轴向加载以外，另外，两个方向可单独
加载，使 1 。2 3
主要目的：研究 2 对岩石变形与强度的影响。
5. 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)。
α
石灰岩 0.01~0.067
0.08~0.10
0.15
大理岩 0.08~0.226
0.272
花岗岩
0.02~0.08
0.08
0.09
石英岩
0.06~0.11
0.176
三、剪切强度 1、定义
在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力， 称为剪切强度。 工程上需要测定的抗剪强度大致分为以下三种：
a. 岩石实体的抗剪强度 b. 岩体软弱面的抗剪强度 c. 岩石胶结面的抗剪强度
60~200
安山岩
100~25 0
片麻岩
50~200
千枚岩、 片岩
10~100
白云岩 80~250 灰岩 20~200
二、单轴抗拉强度σt
1、定义 单向拉伸条件下，岩块能承受的最大拉应力，简称抗
拉强度。 2、研究意义
（1）衡量岩体力学性质的重要指标 （2）用来建立岩石强度判据，确定强度包络线 （3）选择建筑石材不可缺少的参数 3、测定方法 （1）直接拉伸法
c. 剪切破坏——也比较常见，特别是有试样中存在有与 σ1斜交的微结构面的情况下，经常都是沿软弱面发 生剪切破坏。
当岩块内存在有与σ1成一定角度的微弱结构面时。
d. 塑性流动——主要是塑性材料的破坏形式，如低碳钢， 在岩体很少见，只存在当含水量较大，软弱时才呈 现这种破坏。
4、常见岩石的抗压强度
岩石名称 辉长岩
3、测定 方法 抗压强度试验
c
Pc A
Pc——破坏荷载；
A——式样横截面积。
岩样：
直径 d=5—7cm（试样的 直径与岩样中最大颗粒直径 的比值大于10即可）
高 h=(2—3)d
或立方体：5×5×10cm3
4. 破坏类型： a. 对顶锥破坏
b. 劈裂破坏 ——试样在轴向应力作用下，由泊松效应 引起的一种拉断效应。
是采用圆盘形的试样，把试样平放在试验机上，并 通过一对相向的球形装置，于园盘的中轴处施加点荷载。
试样尺寸： D=5cm ； t=2—3cm
抗拉强度可按：
Pt
0.49 2
P t D t
t 2
——赖奇米尤休公式
园盘直径
常见岩石的抗拉强度
岩石名称 抗拉强度 岩石名称 抗拉强度 岩石名称 抗拉强度
（MPa）
第三节 岩块的强度性质
岩块的强度是指岩块抵抗外力破坏的能力。 根据受力状态不同，岩块的强度可分为单轴抗压强度、 单轴抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度等。
一、单轴抗压强度σc
1、定义 在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力，简称抗
压强度（MPa）。 2、研究意义
（1）衡量岩块基本力学性质的重要指标。 （2）岩体工程分类、建立岩体破坏判据的重要指标。 （3）用来估算其他强度参数。σt= 3~30%σc
5、抗拉强度与抗压强度的比较
岩石中包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。
t c
t
1 10
1 50
c
或
1 10
1 20
c
通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度，用以 表征岩石的脆性程度。
3. 假三轴试验 （普通三轴试验） 采用仪器为 岩石三轴试验仪：
高压容器（三向压力室） 一套加压设备：侧向加压系统
轴向加压系统
工作原理：
①把经过加工的圆柱形岩石试件用隔离膜（乳胶或塑 料制成的）包裹起来，置于高压容器中。
②用液压机对试件施加各向均匀的液压（油压或水压）
使 2 。3
③通过纵向传力柱对试件施加垂直压力 1 。 ④随着 1 增大，同时量测试件的纵向及横向变形，直
抗压强度 （MPa） 180~30
0
岩石名称 辉绿岩
抗压强度 （MPa） 200~35
0
岩石名称 页岩
抗压强度 （MPa）
10~100
花岗岩
100~25 0
玄武岩
150~30 0
砂岩
20~200
流纹岩
180~30 0
石英岩
150~35 0
砾岩
10~150
闪长岩
100~25 0
大理岩
100~25 0
板岩
nb
c t
岩块的几种强度与抗压强度比值
岩石名称 煤
与抗压强度的比值
抗拉强度 0.009~0.06
抗剪强度 0.25~0.5
抗弯强度
页岩
0.06~0.325
0.25~0.48
0.22~0.51
砂质页岩 0.09~0.18
0.33~0.545
0.1~0.24
砂岩
0.02~0.17
0.06~0.44
0.06~0.19
3、研究意义 反映岩块的力学性质的重要指标。 用来估算岩体力学参数及建立强度判据。
4、抗剪强度的测试方法 抗剪强度的测定目前分为： （1）直剪试验 据其受荷情况及试件特征，岩石的抗剪强度又分为三种
情况。 (如前述)
（2）变角板剪切试验
P cos f sin
A
P sin f cos
（MPa）
（MPa）
辉长岩 15~36 花岗岩 7~25
页岩
2~10
辉绿岩 15~35 流纹岩 15~30 砂岩
4~25
玄武பைடு நூலகம் 10~30 闪长岩 10~25 砾岩
2~15
石英岩 大理岩 白云岩
10~30 7~20 15~25
安山岩 片麻岩 板岩
10~20 灰岩
5~20
千枚岩、 片岩
7~15
5~20 1~10
A
σ—剪断面上的正应力； P—压力机所加荷载； A—剪切面的面积； α—放置试件的倾角,不能过 大或过小； f—摩擦系数。
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
三轴试验
按应力组合方式可分两类：
假三轴试验 ：
1 2 3
真三轴试验：
12 3
其中假三轴试验是目前常用的岩石三向压力试验。