岩石的强度

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。
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。
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
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
为在一个小试样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。
5. 库伦-莫尔强度理论（coulomb 1773-mohrs 1900)
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
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。
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。
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。
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
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=ຫໍສະໝຸດ Baidu50Rc 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
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
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 )