岩石的强度
3岩石力学性质及强度
四、岩石变形特性参数的测定
1、弹性模量E的确定 a、线弹性类岩石――σ ～ε 曲线呈线性关系，曲线上任 一点P的弹性模量E：
E
b
σ ～ε 曲线呈非线性关系
d 初始模量 : E 初＝ d
切线模量（直线段）：
0
a 2 a1 E 切＝ a 2 a1
割线模量：
际受力状态而测定岩石在围压作用下的抗压强度、
变形模量、弹性模量及泊松比。
岩石的三轴抗压强度、变形模量、弹性模量、 泊松比及剪切模量分别为：
P （ 2） 3 A
50 3 Ee （ 4 ） 50 i
Ee G 6） （ 2(1 u )
50 3 E0 50 0
2、间接拉伸试验
A 劈裂法（巴西试验法）
圆盘试件：
2P t d t
方形试件：
2P t 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 ）：
t
P V 2/3
1 与 主 应 力 差 ( σ 1-
σ 3) 的关 系 曲 线 表 示 。
围压对岩石变形的影响
图2－6 三轴应力状态下大理岩的应力－应变曲线
围压对岩石刚度的影响
砂岩：孔隙较多，岩性较软， σ3增大，弹性模量变大。 辉长岩：致密坚硬， σ3增大，弹性模量几乎不变。
围压对岩石强度的影响
图2－6 三轴应力状态下大理岩的应力－应变曲线
岩石力学的弹性变形
E K 3 1 2
弹性模量, E 泊松比, v 体积模量, K 剪切模量, G
岩体的强度特性
2CJ +2 fJ σ3 σ1m =σ3 + Байду номын сангаас1− fJctgβ) sin2β
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： 对岩体强度有影响的节理方位角： β1≤β≤ β2 可以直接在图上量取， β1、β2可以直接在图上量取，也可以由 正弦定律推求： 正弦定律推求：
2 n c
28
岩石力学
五、岩体强度估算
Hoek曾指出， 与库伦— Hoek曾指出，m与库伦—莫尔判据中的内 曾指出 摩擦角Φ非常类似， 则相当于内聚力C 摩擦角Φ非常类似，而s则相当于内聚力C 值。如果这样，根据Hoek—Brown提供的常 如果这样，根据Hoek—Brown提供的常 Hoek 最大为25 25， 数，m最大为25，显然这时估算的岩体强度 偏低， 偏低，特别是在低围压下及较坚硬完整的 岩体条件下，估算的三轴强度明显偏低。 岩体条件下，估算的三轴强度明显偏低。 但对于受构造扰动及结构面较发育的裂隙 化岩体，Hoek(1987)认为用这一方法估算 化岩体，Hoek(1987)认为用这一方法估算 是合理的。 是合理的。
(σ1 + σ 3 + CJ ctgϕJ )sin ϕJ 1 β1 = + arc sin[ ] σ1 − σ 3 2 2 (σ1 + σ 3 + CJ ctgϕJ )sin ϕJ 1 β2 = + − arc sin[ ] σ1 − σ 3 2 2 2
ϕJ π
ϕJ
13
岩石力学
三、单结构面强度效应 岩石（岩块） （2）、岩石（岩块）破坏：
岩体力学第7讲 岩石强度理论
σ 1 = σ 3 tan 2 θ + σ c
2.8.1 库仑强度准则
σ 1
σ 1 = tan 2 θ + σ c
σ 1 − σ 3坐标系统中库仑准则的
完整强度曲线。 所示， 完整强度曲线。如图 7-6所示，极 限应力条件下剪切面上正应力 σ 和 表示为： 剪力τ 用主应力 表示为：
σ c
O
arc( tan2 θ)
L
σ 3
Φc
D
A
σ 1
O
σ 3
B
σ σ 1
图7-6
σ－ σ－τ坐标下库仑准则
2.8.1 库仑强度准则
若规定最大主应力方向与剪切面（指其法线方向） 若规定最大主应力方向与剪切面（指其法线方向）间的夹角为 θ （称为岩石破 断角），则由图7 可得： ），则由图 断角），则由图7-6可得：
2θ =
故：
π
由： 有： 或：
cos 2θ = − f
2σ = σ 1 1 − f
f 2 +1
f 2 + 1 + σ 3 1 + f f 2 + 1
2σ = σ 1
f 2 +1 − f
f 2 +1 +σ3
f 2 +1 + f
f 2 +1
由于 f 2 + 1 > 0 ，故若 σ > 0
2.8.1 库仑强度准则
岩石发生破裂（或处于极限平衡） 取值的下限确定： 岩石发生破裂（或处于极限平衡）时 σ 1 取值的下限确定： 考虑到剪切面（ 的条件， 值条件下， 考虑到剪切面（图 7-6 ）上的正应力 σ > 0 的条件，这样在 θ 值条件下，由方 34）式得： 程（7-34）式得：
第三讲 岩石强度
下图。
2P X Dl
（2-22）
6P y （2-23） Dl
•计算公式：当P值达到峰值破坏荷载Pmax时，在垂直径向的
x方向（水平方向）产生均匀拉应力σxmax即为岩石的拉应力：
2 Pmax Rt Dl
（2-25）
（3）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，尺寸大致50mm，不做任何加工。 –试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。
在实验过程中，如何预见岩石的宏观破坏形式呢？ 也就是说在试验过程中，能否通过某种方式预先知道 （预测）它的破坏结果？（声发射技术的应用）
abLeabharlann cdef
– 由上图可知，声发射技术是一门无损监（检）测技 术，被动声发射监测，可以用来监测了解材料的破 坏趋势。
• 室内实验中影响岩石抗压强度的主要因素：
– 岩石试件的形状：圆柱体形、立方块、长方块等不同 的形状影响岩石的抗压强度，立方块和长方块容易在 棱角上产生应力集中，影响岩样的强度。
1. 岩石抗压强度：是指岩石承受最大外荷载的能力。
（1）单轴抗压强度：无围压（无侧限）强度 –岩样：圆柱形（尺寸直径48~54mm、高径比=2~2.5） –计算公式：压力与受载面积的比。
Pc Rc A
（2-14）
非标准试样的抗压强度计算公式：
为非标准岩样的强度，d为岩 样的直径或边长，h为高度。
• 试验方法：直剪仪，垂向压力P作 用下的直接剪切； • 试样：一般为立方块（尺寸：棱 长50mm），有时也用长方块； • 计算方法：
P A
P
岩样
直剪仪剪切盒
（2-15） （2-16）
T A
一般岩石的抗压强度
一般岩石的抗压强度1、岩浆岩类(1) 坚硬一软弱块一层状基性喷出岩。
火山熔岩为块状，较坚硬一坚硬，干抗压强度48.CH 193.0兆帕，软化系数0.640.99,岩体稳定性较好；火山碎屑岩为似层状或层状，软弱一较坚硬，干抗压强度10.「56.0兆帕，软化系数0.4"0.54,岩体稳定性差。
力学强度的高低与岩石的节理裂隙发育和风化程度有关。
中等风化玄武岩强度为微风化一新鲜的20-50%;火山碎屑岩易受风化，中等风化的锤击易碎。
(2) 坚硬一较坚硬层状中一酸性喷出岩。
岩石干抗压强度多大于108兆帕。
流纹岩垂直和水平方向上的力学强度变化较大，在一定条件下可成为岩组中相对软弱的夹层。
使岩体稳定性变差。
(3) 坚硬块状侵入岩。
岩石以中一粗粒或斑状结构为主，块状构造，新鲜者致密坚硬，裂隙不发育，力学强度普遍较高，尤其是新鲜花岗岩，抗压强度一般大于98兆帕。
2. 变质岩类(1) 软硬相间薄一中厚层状变质砂页岩。
岩层厚薄不等，软硬相间，岩石的完整性和抗风化能力差异很大，力学强度各向异性。
片岩、千枚岩、板岩等软弱岩石，节理裂隙较发育，垂直干抗压强度12.卜113 兆帕；石英岩、变质砂岩、硅质岩等硬质岩石，较坚硬一坚硬，垂直干抗压强度43.CH260兆帕，最高达338兆帕。
风化岩石干抗压强仅40- 90兆帕。
(2) 坚硬块状混合岩类。
岩石呈块状，完整性好，坚硬，干抗压强度5卜196兆帕，强风化者为22兆帕(3) 软弱碎裂状构造岩。
岩石破碎，透水性强，压碎花岗岩垂直饱和抗压强度为73兆帕，部分小于20兆帕。
3. 碎屑岩类(1) 软弱一较坚硬，中一厚层状红色砂泥岩。
岩石呈不等厚互层状。
力学强度因岩性不同而异。
砂岩，砾岩等岩石较坚硬，干抗压强度多大于50兆帕，风化岩干抗压强度一般小于50兆帕。
泥岩、粘土岩等垂直干抗压强度为11." 17.0兆帕。
(2) 软硬相间薄一中层状砂页岩。
页岩常夹砂岩或与砂岩互层产出。
火山岩岩石强度
火山岩岩石强度
火山岩的强度因其具体类型、成分、结构和形成过程等因素而异，但总体上可以提供一些一般性的信息：
抗压强度：火山岩的抗压强度通常在30至200兆帕（MPa）之间，具体取决于岩石的类型和成分。
例如，玄武岩通常具有较高的抗压强度，而安山岩则相对较低。
抗拉强度：火山岩的抗拉强度一般较低，通常在2至10 MPa 之间。
这是因为火山岩在形成过程中往往受到拉伸和剪切等力学作用，导致其结构相对疏松，抗拉性能较弱。
抗剪强度：火山岩的抗剪强度也较抗拉强度略高，通常在4至20 MPa之间。
这取决于岩石的成分和结构，以及其受力方向等因素。
需要注意的是，火山岩的强度受到其结构、风化程度、孔隙度等因素的影响。
例如，含有大量气孔和裂缝的火山岩其强度会降低，而经过长期风化和侵蚀的火山岩可能会更加脆弱。
因此，在工程设计和施工中，需要根据具体情况对火山岩的强度进行评估，并采取相应的措施来确保结构的稳定和安全。
1。
岩石抗拉强度公式
岩石抗拉强度公式岩石的抗拉强度是指岩石在受到拉力作用时所能承受的最大应力值，是岩石力学性质的一个重要参数之一、了解岩石抗拉强度的公式与计算方法对工程建设、矿山开采、地质灾害评价等方面有着重要意义。
一、经验公式经验公式是通过大量试验数据的统计分析得出的，其简单易行、计算速度快等特点常被工程师和研究人员采用。
以下是一些经常用于计算岩石抗拉强度的经验公式：1. 斯坦福经验公式（Stanford empirical formula）：σt=C+μ×σc式中σt:岩石抗拉强度，单位为MPa；C:常数，可根据实验数据确定；μ:岩石单轴抗压强度与抗拉强度的比值；σc:岩石单轴抗压强度，单位为MPa。
2. 马克斯韦尔经验公式（Maxwell empirical formula）：σt=C+β/σc式中σt:岩石抗拉强度，单位为MPa；C:常数，可根据实验数据确定；β:常数，可根据实验数据确定。
以上经验公式都是简化的近似公式，其精度并不高，仅适用于一些特定的岩石类型。
对于一些复杂的工程问题或对精度要求较高的研究，通常需要采用物理力学公式。
二、物理力学公式物理力学公式是基于岩石力学理论与试验数据的分析，更为精确。
其中应力理论主要包括弹性力学理论和破裂力学理论。
1.弹性力学公式根据弹性理论，通过应力应变关系可以计算岩石的抗拉强度。
岩石的弹性理论根据材料的不同有多种模型可用，包括线弹性模型、非线弹性模型和粘弹性模型等。
2.破裂力学公式破裂力学理论研究岩石在破裂前后的变形与力学性质。
著名的破裂力学理论有线弹性断裂力学（LEFM）和弹塑性断裂力学（EPFM）等。
物理力学公式适用范围广，适用于不同岩石种类和复杂力学条件下的计算。
但是，物理力学公式的计算一般较复杂，需要调用较多参数和复杂算法。
需要注意的是，以上公式所得的结果仅仅是预测值，并不能完全反映实际情况。
很多因素会影响岩石的抗拉强度，如岩石组成、结构及裂隙发育情况等。
第四章 岩石的强度
第四章岩石的强度岩石强度是岩石的一种重要的力学特性。
是指岩石抵抗载荷（外力）而不受屈服或破裂的能力,是岩石承受外力的极限应力值。
岩石受力后会发生变形，一旦应力达到岩石的极限应力值，岩石就会发生破坏。
在岩石强度应力值之前，存在屈服点(应变明显增大，而应力不再需要明显增大时的应力)，超过屈服点和达到极限强度(岩石破裂要达到的最大应力值)前，一般仍有一些抵抗应变而恢复原形的能力，但达到极限强度后岩石破裂，就完全失去恢复能力。
通常所讲的岩石强度，一般是指岩石样件的测量强度，它仅代表岩体内岩块的强度，不能代表整个岩体的强度。
但在涉及岩石强度的工程问题中，一般是针对岩体的强度，而岩体往往包含一些软弱的结构面。
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。
因此，岩体的强度取决于这些岩块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的力学性质上。
岩石受力方式的不同，表现出的强度特性不尽相同。
如在张力、压力和剪切力的作用下，同种岩石会呈现出不同的强度特性。
因此岩石具有抗张、抗压和抗剪切强度等之分。
岩石受力条件的不同，可表现出变形、破裂、蠕变等现象，这些现象有着一定的规律性。
岩石的强度是衡量岩石基本力学性质的重要指标，是建立岩石破坏判据的重要指标，还可估计其他力学参数。
岩石的这些力学特性广泛用于建筑行业、水利水电工程、地质灾害研究与预防、断裂构造研究等方面。
4.1影响岩石强度的主要因素1)岩石成分和结构组成岩石的矿物种类及含量、矿物颗粒大小、固结程度、胶结物种类、矿物形态与分布等均影响到岩石的各种强度。
固结程度高、硅质胶结、细粒、交错结构的强度大。
2)岩石中不连续面和间断面岩石中微裂缝、微小断裂、节理层理等的发育程度和分布情况直接影响到岩石的强度，这些不连续或间断面会降低岩石在不同方向上的强度。
3)岩石孔隙度及流体性状岩石的孔隙度以及其中所含流体种类、饱和度、渗透率等因素以较复杂的关系影响着岩石强度。
岩石抗压强度标准值
岩石抗压强度标准值岩石抗压强度是指岩石在受到垂直于其表面的压力作用时所能承受的最大压力，是岩石力学性质的重要指标之一。
岩石抗压强度的标准值对于岩石的工程设计、地质勘探和岩土工程等领域具有重要意义。
本文将就岩石抗压强度的标准值进行详细介绍。
岩石抗压强度的标准值受到岩石的成分、结构、孔隙度、风化程度等因素的影响。
一般来说，岩石的抗压强度与岩石的密实度成正比，孔隙度越小，抗压强度越大。
同时，岩石的成分和结构也会对抗压强度产生影响，比如石灰岩的抗压强度通常较低，而花岗岩的抗压强度较高。
此外，岩石的风化程度也会影响其抗压强度，风化严重的岩石抗压强度通常较低。
根据国家标准《岩石力学试验方法标准》（GB/T50291-2014），岩石抗压强度的标准值应通过实验来确定。
在进行实验时，首先要选择代表性的岩石样本，然后进行抗压实验，根据实验结果计算出岩石的抗压强度。
在实验过程中，需要注意保证岩石样本的完整性和代表性，同时要严格按照标准的试验方法进行操作，以确保实验结果的准确性和可靠性。
根据《岩石力学试验方法标准》，岩石抗压强度的标准值应以MPa（兆帕）为单位进行表示。
不同类型的岩石其抗压强度的标准值也有所不同，一般来说，花岗岩的抗压强度在100-300MPa之间，石灰岩的抗压强度在30-60MPa之间，页岩的抗压强度在60-160MPa之间，砂岩的抗压强度在30-150MPa之间，这些数值都是根据实验结果得出的标准值范围。
在工程设计和地质勘探中，了解岩石的抗压强度标准值对于确定岩石的承载能力、选择合适的爆破参数、评定岩体稳定性等具有重要意义。
在岩土工程中，根据岩石抗压强度的标准值可以进行合理的岩石开挖和支护设计，保障工程的安全和稳定。
总之，岩石抗压强度的标准值是岩石力学性质的重要参数，对于工程设计、地质勘探和岩土工程具有重要意义。
通过实验确定岩石抗压强度的标准值，并合理应用于工程实践中，可以有效保障工程的安全和稳定性。
岩石力学 岩石的强度理论
1.抛物线型强度包络线
n( t )
2
适用于岩性较坚硬至较软弱的岩石，如泥灰岩、砂岩、 泥页岩等岩石。 5
2. 双曲线型强度线
2 ( t ) 2 tg 2 0 ( t ) t
1 tg o 2 t
1 c ( 3) 2
适用于砂岩、灰岩、花岗岩等坚硬、较坚硬岩石。 3.直线型强度线
1 c tg o ( 3) 2 2 t
1
适用条件：中等应力或较坚硬岩的剪切破坏。
三、格里菲斯强度理论
( 1 3 ) 2 8 t 1 3 t 3
1 3 3 0 1 3 3 0
10
适用条件：非常适用于脆性岩石的拉破坏。
二、莫尔判据
•莫尔考虑了三向应力状态下的库仑--纳维尔判据 后认为：当材料中一点可能滑动面上的剪应力超 过该面上的剪切强度时，该点就产生破坏，而滑 动面的剪切强度τ 又是作用于该面上法向应力σ 的函数。
ห้องสมุดไป่ตู้ f ( )
•判断岩石中一点是否会发生剪切破坏时，可在莫尔包络 线上，叠加上反映实际研究点应力状态的莫尔应力圆， 如果应力圆与包络线相切或相割，则研究点将产生破坏； 如果应力圆位于包络线下方，则不会产生破坏。 4
C tg c 1 c 3 t
适用条件：低应力或坚硬、较坚硬的岩石的剪切破坏.
二、莫尔强度理论
1. 斜直线型：同库仑--纳维尔强度理论 2. 二次抛物线型：
n( t )
2
适用条件：高应力或软弱、较软弱岩石的剪切破坏
9
3. 双曲线型：
2 ( t ) 2 tg 2 0 ( t ) t
岩体力学岩石的强度特性
4.影响单轴抗压强度旳主要原因
(1)承压板端部旳摩擦力及其刚度(加垫块旳根据) (2)试件旳形状和尺寸
形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工 尺寸：不小于矿物颗粒旳10倍； φ50旳根据 高径比：研究表白；h/d≥(2－3)较合理
第三节 岩石旳强度特征
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
强度：材料受力时抵抗破坏旳能力。
强度
单向抗压强度
单向抗拉强度
剪切强度 三轴压缩
真三轴 假三轴
一 岩石旳单轴抗压强度
1.定义：指岩石试件在无侧限旳条件下， 受轴向压力作用破坏时单位面积上承受旳 荷载。
Rc P / A
式中：P——无侧限旳条件下旳轴向破坏荷
载
A——试件界面积
2.试件措施：
（1）试件原则：
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
（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旳加载途径， 加载途径对岩旳最终三向压缩强度影响不大。
（3）孔隙水压力对岩石三向压缩强度旳影响
孔隙水压力使有效应力（围压）减小 强度降低
有水
无水
3.单向压缩试件旳破坏形态
破坏形态是体现破坏机理旳主要特征； 其主要影响原因：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） （2）柱状劈裂破坏 张拉破坏（岩石旳抗拉强度远不大于抗压强度） 是岩石单向压缩破坏旳真实反应（消除了端部效应）
十六级岩石强度等级划分
十六级岩石强度等级划分岩石的强度是指一定尺寸的岩石在一定的作用力下的抗压强度，其大小受岩石化学成分、结构、断口方式及施加外力形式等因素的影响，因此岩石的强度是很复杂的。
为了方便确定岩石的强度，专家们制定了十六级岩石强度等级划分标准。
根据这个标准，岩石强度分为十六级，其中，特级最强，一级最弱。
一级岩石抗压强度仅有0.1MPa，十级岩石抗压强度为1.5MPa，十六级岩石抗压强度为5MPa。
各级别的岩石的抗压强度是等比递增的。
特级岩石的抗压强度最强，岩石的组成成分大多为铁矿物质，其抗压强度可达20MPa以上。
特级岩石是世界上最强的岩石，用于建设大型建筑、桥梁、铁路、水利等大型工程项目，其强度一定要达到特级水准以保证工程质量。
一级岩石是世界上最脆弱的岩石，抗压强度仅有0.1MPa，有砂粒组成，其物理特性非常脆弱，经常被用来作为实验室的实物模型，研究地质力学的基本规律。
十六级岩石强度等级划分标准至今仍被广泛采用，用来科学衡量岩石抗压强度，指导岩石加工和技术开采，建立岩石检测报告，为地质勘探、水利等工程提供依据。
从岩石强度测定的价值和作用来看，岩石抗压强度的测定十分重要，十六级岩石强度等级划分标准被用来衡量岩石的硬度，但在实际应用中，应考虑到岩石所在地的气候、气候和施加的外力等因素，这些因素都会影响岩石的强度，进而影响其在建筑工程中的安全性和可靠性。
因此，在实际应用中，应加强对环境条件和施加外力等因素的研究，以更加有效地完成岩石的强度测定，以确保地质工程项目的安全性和可靠性。
总之，十六级岩石强度等级划分标准是衡量岩石强度的重要参照标准，可用于衡量岩石的硬度，为各种工程提供依据。
但同时，也要重视影响岩石强度的气候环境、施加外力等因素，加强对这些因素的研究，以更好地完成岩石强度测定，以确保工程项目的安全性和可靠性。
岩石的力学特性及强度准则
岩石的力学特性及强度准则岩石力学性质主要是指岩石的变形特征及岩石的强度。
由于在石油工程中，并壁稳定、出砂分析、水力压裂、储层物性变化等都与岩石力学性质亲密相关，因此有必要讨论岩石的力学性质及其在物理环境下应力场中的反映。
影响岩石力学性质的因素许多，例如岩石的类型、组构、围压、温度、应变率、含水量、载荷时间以及载荷性质等。
要讨论这些简单因素对岩石力学性质的影响，只能在试验艾博希室内严格掌握某些因素的状况下进行。
岩石的变形特性，最直观的表达方法是通过应力一应变关系曲线及应变随时间变化的曲线来表示。
通常首先讨论在常温、常压（即室温与通常大气压）条件下岩石的力学性质，然后再考虑其他影响因素下岩石的力学性质。
这样才能渐渐弄清在地质条件下，综合因素对岩石力学性质的影响。
岩石在常温、常压下一般产生脆性破坏，但深埋地下的岩石却表现为明显的延性。
，岩石这一性质的变化是由于所处物理环境的转变造成的。
所谓脆性与延性至今尚无非常明确的定义。
一'般所谓脆性破坏是指由弹性变形发生急剧破坏，破坏后塑性变形较小。
延性是指弹性变形之后产生较大的塑性变形而导致破坏，或直接进展为延性流淌。
所谓延性流淌IC现货商是指有大量的永久变形而不至于破坏的性质* 对于岩石而言，破坏前的应变或永久应变在3%以下可作为脆性破坏，5%以上作为延性破坏，3% 一5%为过渡状况。
由于地下的岩体和井壁围岩均处于三向应力状态，所以对岩石力学性态的测定不能靠简单的单轴压缩试验方法，而必需在肯定的围压作用厂（必要时还要考虑温度的作用）进行试验测定。
真三轴试验（岩石上三个主方向的作用力均不等）非常简单，一般均不采纳。
普退采纳的是常规三轴压缩试验方法，一般用圆柱形岩样，在其横向施加液体围压，即在水平的两个主方向上的应力相等且等于围压久，如图1—1所示。
假如上下垫块是带孔可渗透的，亦可通入孔隙流体压力以讨论孔隙压力的影响。
在试验过程中把岩样放在高压室中先对岩样四周用围压油加压至所需的值9c（需要时亦可加孔隙压至所需的夕。
岩石的强度指标
岩石的强度指标
岩石的强度指标主要包括以下几种：
单轴抗压强度：岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力，是岩石最基本最常用的力学指标。
在数值上等于岩石受压达到破坏时的极限应力，也表示岩石抵抗压缩破坏的能力。
抗拉强度：表示岩石抵抗拉伸破坏的能力。
当施加拉力直到岩石开裂的瞬间，所承受的最大拉力即为抗拉强度，也称抗拉极限强度。
抗剪强度：岩石抵抗剪切破坏的能力。
包括直剪强度、双轴抗剪强度和三轴抗剪强度。
其中，抗剪强度和抗压强度往往是确定岩石工程稳定性的主要因素。
直剪强度：直剪试验中岩石抵抗剪切破坏的能力，表示为剪切面上的正应力。
双轴抗剪强度：双轴抗剪强度通常是指在两个相互垂直的方向上施加剪切力，直到岩石破裂时的最大剪切力。
三轴抗剪强度：三轴抗剪强度是指岩石在三个相互垂直的方向上受到压力和剪切力的作用，直到岩石破裂时的最大剪切力。
抗弯强度：岩石抵抗弯曲破坏的能力，通常表示为在弯曲试验中岩石破坏时的最大正应力。
抗冲击强度：表示岩石抵抗冲击破坏的能力，通常通过落锤试验等方法测定。
疲劳强度：岩石在循环载荷作用下抵抗疲劳破坏的能力，通常通
过疲劳试验测定。
这些强度指标是岩石工程设计和稳定性分析的重要依据，根据不同的工程需求和实际情况选择相应的强度指标进行测试和评估。
3.5岩石强度准则
3.5.岩石的强度准则3.5.1概述岩石中任一点的应力、应变增长到某一极限时，该点就要发生破坏。
用以表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，称为岩石的强度准则（又称强度条件、破坏判据、强度判据）。
由于岩石的成因不同和矿物成分的不同，使岩石的破坏特性会存在着许多差别。
此外，不同的受力状态也将影响其强度特性。
人们根据岩石的不同破坏机理，在大量的试验基础上，加以归纳、分析描述，建立了多种强度准则。
本节将着重介绍在岩石力学中最常用的强度准则。
3.5.2库仑准则3.5.2.1基本思想库仑准则是一个最简单、最重要的准则，属于压剪准则。
库仑（C.A.Couloumb ）于1773年提出最大剪应力强度理论，纳维尔（）在库仑理论的基础上，对包括岩石在内的脆性材料进行了大量的试验研究后，于1883年完善了该准则，所以又被称为库仑—纳维尔准则。
该准则认为，固体内任一点发生剪切破坏时，破坏面上的剪应力(τ)等于或大于材料本身的抗切强度(C)和作用于该面上由法向应力引起的摩擦阻力(ϕσtan )之和，即：tan C f C τσσϕ=+=+ （3.29）这就是库仑准则的基本表达式。
3.4.2.2库仑准则参数的几何与物理意义在στ-平面上式（3.29）的几何图，如图3.36所示，库仑准则是一条直线。
由图可见：图3.36库仑准则的几何图（1）当0σ=时，C τ=，C 为纵轴（σ轴）截距；物理意义为：岩石试件无正压力时的抗剪强度，通常称为岩石的内粘聚力。
（2）当0C =时，ϕσσtan =，通常称ϕ为岩石的内摩擦角，ϕtan 为岩石的内摩擦系数。
C ，ϕ是表征岩石抗剪强度的两个重要参数。
3.5.2.3库仑准则的确定方法岩石强度准则反映岩石固有的属性，因此一定要求来源于试验。
常用于确定库仑准则的试验有两种，角模压剪试验和三轴压缩试验。
（1）角模压剪试验 如图3.10所示，作一系列不同倾角α的压剪试验，并由式（3.7）计算出不同倾角的破坏面上的正应力σ和剪应力τ；再在στ-平面描点作出强度准则曲线，或用数理统计方法确定其方程。
十六级岩石强度等级划分
十六级岩石强度等级划分地质学是一门研究地球裂谷、活动地区、地层构造、地质资源和古生物等地学现象的科学。
它是建立地质结构地貌、开发和调查地质资源、探测构造活动性和评估灾害风险等的重要前提和基础。
同时，岩石的强度也是在判断一块地质区域的地质构造特征、古地貌形成过程及古环境演变过程中都是必不可少的研究要素，因此关于岩石强度的研究也成为地质学研究的重要内容。
岩石强度主要反映了岩石的受拉断裂，准压开裂和塑性变形的能力。
岩石强度的确定可以利用现场和实验室的检测方法进行研究。
实验室检测方法，如压裂试验、抗拉试验、钝化试验等，可以用来测量岩石的强度参数。
而现场的检测方法，比如钻孔检测和地质调查，可以对岩石强度波动更直观地加以分析。
根据国家规定，岩石强度变异量有极大，可以大致按照1-16级分类。
在强度分级上，一级岩石指最软的岩石，即可以使用肘拱架来修护；十六级岩石指最硬最坚硬的岩石，它可以用于加固大坝、工业结构上的砌块等重结构改造和大规模工程建设中。
从1-16级分布可以看出，岩石的强度分级主要涉及三种类型的岩石：一是碎解岩，包括砂岩、礁岩等岩性；二是粘性岩，包括花岗岩等火成岩；三是板状岩，包括锆石岩和蛇纹岩等碳酸盐岩。
1-16级岩石强度分级标准，根据岩石类型，不同岩石类型的强度分级分别如下：1、碎解岩：砂岩、礁岩等：第一级岩石的受压强度在5KN/m2以下，第十六级岩石的受压强度约为20KN/m2；2、粘性岩：花岗岩等：第一级岩石的受压强度在60KN/m2以下，第十六级岩石的受压强度约为500KN/m2；3、板状岩：锆石岩、蛇纹岩等：第一级岩石的受压强度在50KN/m2以下，第十六级岩石的受压强度约为200KN/m2。
此外，岩石的强度分级还可以分解为四级：软石、中石、坚石和特坚石，其中软石指1-4级岩石，中石指5-8级岩石，坚石指9-12级岩石，而特坚石指13-16级岩石。
通过岩石的强度分级，可以更清楚的认识岩石的强度变化特征和它的受力特性，从而能够更好的判断一块地质区域的地质构造特征。
第三章 1 岩石的强度
第三章岩石的强度一、概述1．岩石强度岩石强度是指岩石的破坏形式以及岩石抵抗外力破坏的能力。
大坝建在岩基上，岩基是否能承受外加的荷载呢？高边坡陡峻耸立，它会不会发生坍塌呢？在岩体内开挖地下洞室，围岩是否会破坏？所有这些都与岩石强度密切相关。
主要问题就是外力多大时，以怎样的方式破坏。
2. 岩石强度的基本特点岩石强度：岩块强度和岩体强度。
岩块强度是岩体强度的基础，结构面则是对完整岩块强度的削弱。
因此，结构面的发育程度及产状和形态对岩体强度起重要影响作用。
岩性坚硬未风化的岩体：岩块强度很高，而结构面的强度则很低，这时岩体的强度主要取决于结构面的强度及产状；岩性软弱的(风化、破碎)岩体：其岩块强度很低，结构面的作用就不显著，这时岩体的强度就决定于岩石的强度。
有多条裂隙、并有地应力和渗流等作用时，岩体强度就产生较大变化。
因此，岩体的强度就变得十分复杂。
岩块强度与岩石性质的关系：完整岩块＞节理岩块（裂隙结构面上）结晶岩块＞碎屑岩（成因类型）结构致密＞非致密岩石（孔隙度）浅色矿物岩石＞深色矿物岩石（物质组成）细颗粒的结晶岩＞粗颗粒的结晶岩（岩石结构）3. 岩石的破坏形式岩石的破坏形式有以下几种：1).脆性破坏：在荷载作用下没有显著的变形就突然破坏。
大多数坚硬岩石在一定条件下都表现出脆性破坏的性质。
脆性破坏结果是产生裂缝，如，岩体的断层、裂隙等都属于脆性破坏。
2).延性破坏：岩石在破裂之前的变形很大，且没有明显的破坏荷载，表现出显著的塑性变形、流动或挤出。
塑性变形是岩石内结晶晶格错位的结果。
在一些软弱岩石中，这种破坏较为明显。
如洞底部及两侧围岩向洞内鼓胀。
坚硬岩石在高温影响下，也能产生延性破坏。
3).剪切破坏：由于岩层中存在裂隙、层理、软弱夹层等软弱结构面，岩体的整体性受到破坏。
在荷载作用下，这些软弱结构面上的剪应力大于该面上的强度时，岩体就发生沿着弱面的剪切破坏。
岩基和岩坡沿裂隙及软弱结构面滑动破坏均属此例，。
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2．影响因素
（1）岩石本身性质方面的因素，如矿物组成、结构 构造、密度、风化程度，层理结构（Rc∥＜Rc⊥）等
（2）试验条件
①试件的几何形状及尺寸大小；（形态和尺寸效应) ②端面条件；（端部效应）（试件端面与压力机板间
的摩擦作用，如端面粗糙和不平行Rc ↓）
③加荷速率；（v↑，Rc↑） ④湿度和温度；随温度升高，岩石的脆性降低，塑性增强，岩石强度随
5. 库伦-莫尔强度理论（coulomb 1773-mohrs 1900)
之降低。水侵入岩石时，将顺着裂隙进入并湿润试件中的矿物颗粒，由于水分子的 进入，改变了岩石的物理状态，削弱了颗粒间的连结力，降低了岩石的强度。
3．岩石抗压强度与弹性模量的关系
E=350Rc 近似直线，也就是说，岩石刚度越大（E越大，变
形越小），则强度越大Rc。
第二节 单轴抗拉强度（Uniaxial tensil
σ1=f（σ2、σ3）或 f（σ1，σ2、σ3）=0 ε1=f（ε2、ε3）或 f（ε1，ε2、ε3）=0
一. 岩石的破坏特性 岩石的破坏形式比较复杂，根据破坏时的应力类型，分为三 种类型： （脆性破坏）--（过渡型）--（塑性/延性破坏） (拉破坏) (剪切破坏) (流动) -------三种破坏机制 (多数岩石) (岩石常见)(一般条件下大部分岩石并不呈现 )
第一节 岩石的单轴抗压强度
（uniaxial compressive strength） 1．Rc的确定
（1）抗压试验：Rc=Pc/A （MPa）
Pc—荷载（破坏时）（N） A—横断面积（mm2） 标准岩石试件通常为圆柱状或长方柱状。 圆柱状： 直径D=5cm或7cm，h=（2～3）D 方柱状：断面S=5×5cm2，h=（2～3）S 断面S=7×7cm2，h=（2～3）S （2）点荷载试验→间接求取Rc Rc=（22.8～ 23.7）Is(50) 式中Is(50)为直径50mm标准试件的点荷载强度。
一. Rt测定方法： 1.直接拉伸法:
strength）
岩石试件在单轴拉力作用下抵抗破坏的极限能力。
缺点:试件制备困难；不易与拉力机固定，而且在试件固定处附近往
往有应力集中现象，同时在试件两端面有弯曲力矩。这个方法用的不多。
2.间接法：
劈裂法:试件的形状圆柱体和立方体。试验时沿着圆柱体的直径方
向施加集中荷载，这可以在试件上下承压板接触处各放一根钢丝实现。 优点是简便易行，不需特殊设备，只要有普通压力机就可，故在生产实 践中广泛应用。 1.承压板 2. 试件 3.钢丝 劈裂试验加载示意图
第三节 岩石的抗剪强度（Shear strength）
岩石抵抗剪切破坏的能力，它是岩石力学中需要研究的
最重要特性之一，往往比抗压和抗拉更有意义。在实际 中，岩石剪切破坏的情况较多，如岩质边坡失稳，洞室
围岩破坏，重力坝坝基滑动破坏等。
岩石的抗剪强度指标为Φ和C。 一. 剪切试验类型
按剪切试验方法不同，可分为三种（剪切强度）类型
点荷载强度指数与岩石抗拉强度之间的关系如下：
Rt 0.96I
要求15个试件，最终按其平均值求得其强度指数并推算出 岩石的抗拉强度。
该方法操作简单，成本低廉，实用性很强。
二．与抗压强度的关系 Rt远小于抗压强度，约为1/10-1/4（0.1-0.25倍）， 个别者甚至小于0.02倍。 脆性度（nb）：岩块的抗压强度与抗拉强度的比值 即 。一般10～20，最大可达50。
1.抗剪断强度（预设剪切面） τ=σtgφ+C τ=T/S σ=P/S P、T为试件剪断时的最大垂直压力和水平剪力； S 为剪切面面积 2.抗切强度（在剪切面上不加法向荷载的情况下剪切） τ=C 3. 抗剪强度（摩擦强度）（先存剪切面） τ=σtgφ 实际上是结构面的剪切强度问题。
二. 抗剪强度的测定方法
概
述
岩石的强度（Strength of rock）：指岩块抵抗外力破
坏的能力。它包括抗压强度、抗拉强度和抗剪强度。
岩石的强度特性指标多在实验室内进行测定。试验所选 用的试件必须是完整岩块，而不应包含节理、裂隙。因为在一个小试ຫໍສະໝຸດ 中的节理裂隙是随机的，不具有代表性。
由于地质上的不均一性，试验结果往往表现出较大的离 散度，为了使实验结果更好地进行数据统计处理，对同 一岩石要求有一定数量的试件。
三. 直接剪切试验的优缺点 优点：简单方便，不需要特殊设备。 缺点：所用试件的尺寸较小，不易反映岩石中的裂隙等 结构面的情况。 受剪面积上的应力分布不均匀。
第四节 岩石的强度理论（破坏判据/强度准则）
（Strength & Failure Criterion) 岩石的强度理论是判断岩石试件或岩石工程在什么样应力或 应变条件下破坏。研究岩石在复杂应力状态下的破坏原因， 规律及强度条件的理论就称强度理论。 岩石的破坏与诸因素有关，但目前岩石的强度理论大多只考 虑应力的影响，其它因素影响研究并不深入。
点荷载试验：
①试件:可利用现场取得的任何形状的岩块，可以是5cm的 钻孔岩芯，也可以是开挖后掉落下的不规则岩块，不作任 何岩样加工直接进行试验。 ②加载与强度换算:施加点荷载，点荷载强度指数I可按下 式求得： I P / D 2 (MPa)
式中：P－试件破坏的极限荷载；D－荷载与施加点之间的 距离。
σ1
σ3
σ3
σ1
单向拉伸 脆性破坏
单向压缩 脆性破坏
X状共轭斜面 剪切破坏
单斜面剪 切破坏
延性破坏
岩石的破坏形式
二. 岩石强度理论
1.最大正应力理论 4.八面体剪应力理论 2.最大正应变理论 3.最大剪应力理论
( 1 2 ) 2 ( 2 3 ) 2 ( 3 1 ) 2 2 R
现场实验（直接剪切试验） 室内试验（用直接剪切仪直剪和楔形剪切斜剪、用三轴压 缩仪的三轴压缩试验等）。
N / F Pcos f sin / F Q / F Psin f cos / F
楔形剪切仪
σ，τ－剪切面上的正应力和剪应力；F－剪切面面积； α－试验模具的夹角； P－压力机施加的总压力；f－圆柱形滚子与上下盘压板的摩擦系数。