岩石力学

N
1
2 T
7.2
岩石的强度性质
7.2.3 岩石的抗剪强度 直接剪切试验:每次试验时， 先在试样上施加垂直荷载P， 直接剪切试验 每次试验时，先在试样上施加垂直荷载 ， 每次试验时 然后在水平方向逐渐施加水平剪切力T， 然后在水平方向逐渐施加水平剪切力 ，直至达到最大值 发生破坏为止。 发生破坏为止。
7.1
岩石的破坏形式
概述
脆性破坏 大多数坚硬岩石在一定的条件下都表现出脆 性破坏的性质。 性破坏的性质。这些岩石在荷载作用下没有显著觉察的变 形就突然破坏。 形就突然破坏。产生这种破坏的原因可能是岩石中裂隙的 发生和发展的结果。 发生和发展的结果。 塑性破坏 在两向或三向受力情况下，岩石在破坏之前 在两向或三向受力情况下， 的变形较大，没有明显的破坏荷载， 的变形较大，没有明显的破坏荷载，表现出显著的塑性变 流动或挤出，这种破坏即为塑性破坏。 形、流动或挤出，这种破坏即为塑性破坏。塑性变形是岩 石内结晶晶格错位的结果。 石内结晶晶格错位的结果。
1 P sin α P cos α 4
N Q
Pf P
试
件
2
B
3 (a)
α
(b)
τf(Mpa)
A
7.2
岩石的强度性质
7.2.1 岩石的抗压强度 岩石的抗压强度——影响因素 影响因素
(8)试验方法：主要影响因素有试件形状、尺寸、岩样加 试验方法：主要影响因素有试件形状、尺寸、 试验方法 工程度、压力机的加压板和岩样的加压面之间的接触情况、 工程度、压力机的加压板和岩样的加压面之间的接触情况、 加荷速率等等。 加荷速率等等。 (9）加荷速率对岩石强度也有影响 ， 因为快速的加荷方 ） 加荷速率对岩石强度也有影响， 式就具有动力的特性。加荷速率增加， 式就具有动力的特性。加荷速率增加，其抗压强度也就增 大。
7.2.1 岩石的抗压强度
抗压强度 (MPa) 100~250 180~300 200~350 150~300 20~170 10~100
7.2
岩石的强度性质
7.2.1 岩石的抗压强度 岩石的抗压强度——影响因素 影响因素 结晶程度和颗粒大小： (1) 结晶程度和颗粒大小：岩石的结晶程度和颗粒大小 对其抗压强度的影响是显著的。结晶岩石比非结晶岩石强 对其抗压强度的影响是显著的。 度高，细粒结晶的岩石比粗粒结晶的岩石强度高。 度高，细粒结晶的岩石比粗粒结晶的岩石强度高。 （2）胶结情况：对沉积岩来说，胶结情况和胶结物对强 胶结情况：对沉积岩来说， 度的影响很大。石灰质胶结的岩石强度较低， 度的影响很大。石灰质胶结的岩石强度较低，而硅质胶结 的具有很高的强度，泥质胶结的岩石强度最低，软弱岩石 的具有很高的强度，泥质胶结的岩石强度最低， 往往属于这类。以粘土颗粒而论， 往往属于这类。以粘土颗粒而论，由硅质胶结的泥板岩的 强度可达200MPa 200MPa， 强度可达200MPa，而由泥质胶结的泥质页岩的强度最高也 不会超过100MPa 100MPa。 不会超过100MPa。
7.2
岩石的强度性质
7.2.1 岩石的抗压强度 岩石的抗压强度——影响因素 影响因素
（3）矿物成分：不同矿物组成的岩石，具有不同的抗压 强度，这是由于矿物本身的特点，不同的矿物有着不同的 强度。 （4）生成条件：岩石的生成条件直接影响着岩石的强度。 在岩浆岩结构中，形成具有非结晶物质，则就要大大地降 低岩石的强度。 （5）水的作用：水对岩石的抗压强度起着明显的影响。 由于水分子的侵入改变了岩石物理状态，削弱了粒间联系， 使强度降低。其降低程度取决于孔隙和裂隙的状况、组成 岩石的矿物成分的亲水性和水分含量、水的物理化学性质 等。
τ(MPa)
δv(mm)
3
τ0 α
4
τ τ τ τ τ
φ
f
'''' f ''' f '' f'
f
0
1
2
3
4
5 6 δ n(m m )
7
0
1 2
0
σ'
σ '' σ '''
σ ''''' σ
7.2
岩石的强度性质
7.2.3 岩石的抗剪强度
直接剪切试验
从图7-10上还可以看出， 剩余强度也就是失去凝聚力而仅有内 从图 上还可以看出， 上还可以看出 摩擦力的强度，根据研究， 摩擦力的强度，根据研究，失去凝聚力的原因主要是由于不断位 移引起晶格错位的缘故。 移引起晶格错位的缘故。
第7章 岩石的基本力学性质 章
7.1
概述
概述
水利水电工程中， 存在着与岩石强度密切相关的问题， 水利水电工程中 ， 存在着与岩石强度密切相关的问题 ， 如岩基的承载力， 岩坡稳定性， 如岩基的承载力 ， 岩坡稳定性 ， 地下洞室开挖洞周围岩石 围岩)的应力分布及其稳定等。 (围岩)的应力分布及其稳定等。 岩体是一个复杂的地质体， 岩体是一个复杂的地质体 ， 它的强度不仅与组成岩体的 岩石性质有关，而且与岩体内的软弱结构面(节理、裂隙、 岩石性质有关，而且与岩体内的软弱结构面(节理、裂隙、 层理、断层等)有关，此外还与岩体所受应力状态有关。 层理、断层等)有关，此外还与岩体所受应力状态有关。 软弱结构面常常是岩体最薄弱的地方， 软弱结构面常常是岩体最薄弱的地方 ， 几组软弱结构面 可以将岩体分割成各种形状和大小不同的岩块。 可以将岩体分割成各种形状和大小不同的岩块 。 岩体的强 度决定于这些岩块的强度和结构面的强度。 度决定于这些岩块的强度和结构面的强度 。 岩块内微结构 面的作用将直接反映到岩石试件的力学性质上。 面的作用将直接反映到岩石试件的力学性质上 。 通常所讲 的岩石强度，一般是指岩石试件的强度， 的岩石强度 ， 一般是指岩石试件的强度 ， 它实际上代表岩 体内岩块的强度。 体内岩块的强度。
7.2
岩石的强度性质
7.2.3 岩石的抗剪强度 直接剪切试验:采用直接剪切仪来进行。 直接剪切试验 采用直接剪切仪来进行。试验仪器装置如 采用直接剪切仪来进行 所示。 图7-7a所示。仪器主要由上、下两个刚性匣子所组成，试 所示 仪器主要由上、下两个刚性匣子所组成， 件在平面内的尺寸， 对测定软弱结构面的试件， 件在平面内的尺寸 ， 对测定软弱结构面的试件 ， 规定为 15×15～ 30×30cm， 并规定结构面上 、 下岩石的厚度分 × ～ × ， 并规定结构面上、 别约为断面尺寸的1/2左右， 对于测定岩石本身抗剪强度 别约为断面尺寸的 左右， 左右 的试件一般用5× 的试件一般用 ×5cm。 。
τ τ
φ
f
τ τ
a
f
'' '' p''
'
p
' '
τ τ τ
''
0
τ τ τ
τ
f 0
''
τ τ
'
'' f' τ p '' τ p' τ 0'
0
0
0
a
σ
σ
σ
7.2
岩石的强度性质
7.2.3 岩石的抗剪强度 楔形剪切试验:楔形剪切试验用楔形剪切仪进行。把装有 楔形剪切试验用楔形剪切仪进行。 楔形剪切试验用楔形剪切仪进行 试件的这种装置放在压力机上进行加压， 试件的这种装置放在压力机上进行加压 ， 直至试件沿着 AB面发生剪切破坏。 面发生剪切破坏。 面发生剪切破坏
7.1
岩石的破坏形式
概述
在荷载作用下，岩层中存在节理、裂隙、层理、 弱面剪切破坏 在荷载作用下，岩层中存在节理、裂隙、层理、软弱 夹层等软弱结构面上的剪应力大于该面上的强度时， 夹层等软弱结构面上的剪应力大于该面上的强度时 ， 岩体就产生沿 着弱面的剪切破坏，从而使整个岩体滑动。 着弱面的剪切破坏，从而使整个岩体滑动。图7-1为几种破坏形式
R
t
=
P T A
图7-5岩石直接抗拉试件 岩石直接抗拉试件
7.2
岩石的强度性质
7.2.2 岩石的抗拉强度
目前常用混凝土试验中的劈裂法测定岩石的抗拉强度。 目前常用混凝土试验中的劈裂法测定岩石的抗拉强度。 试件多用圆柱体和立方体。 试件多用圆柱体和立方体。试验时沿着圆柱体的直径方向施加集中 荷载，这可以在试件与上、下承压板接触处各放一根钢丝来实现。 荷载 ， 这可以在试件与上 、 下承压板接触处各放一根钢丝来实现 。 这样试件受力后就有可能沿着受力的直径裂开
7.2
岩石的强度性质
7.2.1 岩石的抗压强度 岩石的抗压强度——影响因素 影响因素 （6）块体密度的影响：块体密度也常常是反映 强度的因素，如石灰岩的块体密度从1500kg/m3增 加到2700kg/m3，其抗压强度就由5 MPa增加到 180MPa。 （7）风化作用：风化作用对岩石的强度有重要 影响。例如，未风化的花岗岩的抗压强度一般超 过100MPa，而强风化的花2~2.5)D h=(2~2.5)( A)1/2
这里D为试件的横断面直径， 这里D为试件的横断面直径，A为试件的横断面积
7.2
岩石的强度性质
R = P A
7.2.1 岩石的抗压强度
试验结果按右式计算抗压强度：
c
β
图7-2 抗压试验
图7-3 岩石试件在单轴压缩时的破坏
7.2
表7-1 7
岩石名 称 花 岗岩 闪 长岩 粗 玄岩 玄 武岩 砂 岩 页 岩
图7-1 岩石的破坏形式 ）、（b）脆性断裂破坏；（ 脆性剪切破坏； ；（c） （a）、（ ）脆性断裂破坏；（ ）脆性剪切破坏； ）、（ ；（e） （d）延性破坏；（ ）弱面剪切破坏 ）延性破坏；（
7.2
岩石的强度性质