第4章 岩石的变形与强度特性(1).

2.试件方法： （1）试件标准：
圆柱形试件：φ4.8－5.2cm ，高H=（2－2.5)φ 长方体试件：边长L= 4.8－5.2cm , 高H=（2－2.5)L
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
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。
2217 2220 2329 1991 2256 1801 2195 1440 2038 1824 2309 2036 1854 1942 -
2358 2283 1880 2363 1633 2537 1730 2368 1878 2262 2110 1869 1757 -
3698 2407 3731 3524 3556 2695 4289 3480 4415 3374 4179 3977 2353 3328 -
第四章 岩石的变形与强度特性
重庆交通大学土木建筑学院 隧道及岩土工程系
本章内容：
§4-1 概述
§4-2 岩石的变形特性 §4-3 岩石的蠕变特性 §4-4 岩石的强度试验 §4-5 岩石的强度理论
重点:
1、岩石的单轴压缩变形特性，应力－应变全过程曲线 的工程意义； 2、岩石在三轴压缩条件下的力学特性； 3、岩石的流变性。 4、岩石的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度及其实验室测 定方法 5、岩石在三轴压缩条件下的力学特性； 6、莫尔强度理论、格里菲斯断裂强度理论及判据；
48.3 57.0 53.3 61.0 24.1 79.6 27.7 95.9 49.3 77.9 59.9 11.7 19.7 8.1
一 岩石的单轴抗压强度
1.定义：指岩石试件在无侧限的条件下，受轴向压力作 用破坏时单位面积上承受的荷载。
Rc P / A
式中：P——无侧限的条件下的轴向破坏荷载 A——试件界面积
力 学 性 质
◆
强度特性：岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够 承受的最大应力。 变形性质：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积） 变化。
岩石的变形特性只有通过在应力作用下的变形过程才 能表现出来，这种变形过程可由岩石的应力与应变关 系来描述 岩石的应力应变之间的关系一般采用由试验获得的应 力-应变曲线来表示
一、 岩石单轴压缩条件下的变形特性 1 单轴压缩试验： 研究岩石最普遍的方法是单轴压缩试验 在单轴压缩试验时，试样大多采用圆柱 形，一般要求试样的直径为5cm，高度 为10cm，两端摩平光滑，按照实验要求， 在侧面粘贴电阻丝片，以便观测变形， 然后用压力机对试样加压，见图。在任 何轴向压力下都测量试样的轴向应变和 侧向应变。设试样的长度为，直径为， 试样在荷载P作用下轴向缩短，侧向膨 胀，则试样的轴向应变为。 d l y x d l
难点：岩石的流变性。
关键术Leabharlann Baidu:
脆性、塑性、延性、粘性（流变性）；蠕变；松弛；弹 性后效；岩石的变形；全应力－应变曲线；刚性压力机； 岩石的强度；抗压强度；抗拉强度；抗剪强度；峰值强度； 长期强度；残余强度；强度理论。
要求：
1、须掌握本章重点难点内容； 2、了解影响岩石力学性质的因素； 3、理解岩石流变本构模型。 4、了解影响岩石力学性质的因素；
线弹性变形 弹性变形 变形 塑性变形
σ F σ Q P Q o (a) o (b) o (c) ε o N ε p ε e (d) M ε σ P F σ P
非线弹性变形
ε
ε
几种典型的材料变形形状示意图


s
o

o
理想弹性体

s
理想弹塑性体

o

o
线性硬化弹塑性体
理想粘性体
d dt
§4-2 岩石的变形特性
圆柱试样
圆 柱 试 样
正方形 六边形
三 角 形
Results of sandstone specimens in uniaxial compression
No Diameter/Length mm Dry / Wet Vs m /s Dry／Wet Vp Ed GPa Eav GPa Strength MPa m /s
3307 3337 3004 3362 3018 4133 3066 4266 3187 3964 3780 2445 2982 -
28.4 28.7 21.7 29.4 17.9 40.1 19.7 37.2 22.6 33.5 29.5 14.5 19.8 -
8.74 10.68 8.33 11.00 6.05 15.76 4.92 18.14 6.54 14.90 9.13 3.18 4.32 1.30
◆
强 度 特 性
单向抗压强度 单向抗拉强度 剪切强度 三轴压缩 a.单向压缩变形 b.反复加载变形 c.三轴压缩变形
变 形 性 质

单轴压缩
云南腾冲 柱状节理
林县红旗渠 悬挂在山腰的 输水渠道 真是不简单！

试样 试验机

第三节
岩石的单轴抗压强度和破坏形式
圆柱试样单轴压缩强度是岩样达到破坏过程中承 载得的最大载荷与截面积的比值，是岩石材料的 特征参数
§4-1 概述
弹性(elasticity)：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤
出后变形能够恢复的性质。 塑性(plasticity)：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤 出后变形不能恢复的性质。 脆性 (brittleness) ：物体在外力作用下变形很小时就发生破
坏的性质。
延性 (ductility) ：物体能够承受较大的塑性变形而不丧失其 承载能力的性质。 粘性（流变性）(viscosity) ：物体受力后变形不能在瞬间完 成，且应变速度（dε/dt）随应力大小而变化的性质。
A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4 D1 D2 D3 D4
49.4 49.4 49.5 49.5 49.4 49.4 49.4 49.5 49.4 49.4 49.4 49.5 49.5 49.5 49.5 49.5
96.9 91.0 104.1 67.3 104.9 103.2 102.5 87.7 101.1 63.1 76.9 68.8 60.0 87.3 97.5 79.2