第3章 岩石力学性质试验..
最新第3讲-岩石的力学性质(版)精品文档
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对预测岩爆、矿井冲击地压具有重要意义。
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4、 岩石的破坏类型
稳定型破裂（Ⅰ型破裂）：达到峰值 应力以后，试件内贮存的变形能并不 能使破裂继续扩展，只有试验机继续 作功才能导致试件进一步破坏，并由 于试件的有效面积随着破裂而减小， 才使试件的承载能力相应降低。特点： 即使当外力超过了岩石的最大承载力 以后，仍保持一定的强度。
主要是指岩石在天然含水量、饱和及自然风干三种状态下的 强度。国际岩石力学学会试验方法委员会在试验建议方法中对 试验的标准条件作了明确规定，试验必须按照标准条件的要求 进行。
以上两种主要的破坏形式都是由于破坏面的应力达到极 限状态引起的，此时破裂面上既承受压应力，又承受剪应 力，因而也称为压－剪破坏。通过分析可知，破坏面法线 与载荷轴线（即试件轴线）的夹角为
对大多数岩石，其应力应变曲线的加载与卸载路径不相重合， 形成滞回环（hysteresis loop）。滞回环的面积逐次扩大，但卸 载曲线斜率基本上维持常量。而且每次卸载后再加载到原来的 应力再继续加载时，则加载曲线仍然沿着单调连续加载曲线上 升——称为岩石的变形记忆效应。利用这一性质，可以获得岩 石稳定的卸载模量参数。
3.3 岩石力学性质的主要影响因素 1、水对岩石力学性质的影响
水溶液与岩石的物理化学作用导致岩石力学性质的改变。 岩石中的水通常以两种形式存在：结合水，自由水，它 们对岩石力学性质的劣化产生不同的影响：
第3章岩石结构面、力学性质岩体力学
岩石力学
3.3.1.2 结构面的连续性 结构面的连续性又称为结构面的延展性或贯通性，常用
迹长、线连续性系数和面连续性系数表示。 （1）迹长 结构面与勘测面交线的长度，称为迹长。 国际岩石力学学会(ISRM，1978年) 制订的分级标准(见
3.2.2 岩体结构的类型
在《岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）》中，将岩体 结构划分为5大类（见下表）。
岩石力学
岩体结 构
类型 整体状
结构
块状结 构
层状结 构
岩体地质 类型
巨块状 岩浆岩和 变质岩
厚层状 沉积岩， 块状岩浆 岩和变质 岩 多韵律 薄层、中 厚层状沉 积岩，副
结构体 形状
岩石力学
3.1 概述
工程涉及的实际岩体与实验室内测试的岩石试件的力学 性能有着很大的差别，引起这种差别的主要因素有：
（1）岩体的非连续性； （2）岩体的非均质性； （3）岩体的各向异性； （4）岩体的含水性等。 其中最关键的因素是岩体的非连续性。
岩石力学
结构面（亦称弱面）：岩体内存在的各种地质界面，
巨块状
块状 柱状
层状 板状
结构面发育情况
以层面和原生、 构造节理为主， 多呈闭合型，间 距大于1.5m，一 般为1~2组，无 危险结构
有少量贯穿性节 理裂隙，结构面 间距0.7~1.5m， 一般为2~3组， 有少量分离体
有层理、片理、 节理，常有层间 错动
岩土工程特 征
岩体稳定， 可视为均质 弹性各项同 性体
岩石力学
当试件沿结构面发生剪切破坏时，作用在结构面上的应力有：
T A
P cos
岩石力学实验报告
岩石力学实验报告岩石力学实验报告引言岩石力学实验是研究岩石的物理力学性质和力学行为的重要手段。
通过实验可以探索岩石的力学特性，为工程建设和地质灾害防治提供依据。
本文将介绍一次岩石力学实验的过程和结果，以及对实验结果的分析和讨论。
实验目的本次实验的目的是研究不同岩石样本在不同加载条件下的力学特性，包括强度、变形和破裂行为。
通过实验结果，可以了解岩石在实际工程中的承载能力和稳定性，为工程设计和施工提供参考。
实验方法1. 样本准备：从现场采集不同类型的岩石样本，经过加工和处理后制备成标准试样，确保试样的尺寸和质量符合实验要求。
2. 强度试验：将试样放置在强度试验机上，施加逐渐增加的加载，记录试样的应力-应变曲线。
通过分析曲线，可以确定试样的弹性模量、屈服强度和抗拉强度等力学参数。
3. 变形试验：在加载过程中，观察试样的变形情况，包括弹性变形和塑性变形。
通过测量试样的应变和变形量，可以计算出试样的变形模量和变形能力等指标。
4. 破裂试验：在试样达到极限承载能力时，观察试样的破裂形态和破裂面的特征。
通过分析破裂面的形貌和结构，可以了解试样的破裂机制和破裂韧性。
实验结果与分析1. 强度试验结果：不同类型的岩石样本在强度试验中表现出不同的力学特性。
例如，花岗岩样本的强度较高，具有较高的抗压和抗拉强度；而砂岩样本的强度较低，容易发生破裂。
通过对不同样本的应力-应变曲线进行比较分析，可以得出不同岩石类型的强度参数，为岩石工程设计提供依据。
2. 变形试验结果：在加载过程中，不同岩石样本表现出不同的变形特性。
弹性模量较高的岩石样本具有较小的弹性变形，而塑性变形较大的岩石样本具有较低的弹性模量。
通过测量试样的应变和变形量，可以计算出岩石的变形模量和变形能力，为岩石的变形预测和变形控制提供参考。
3. 破裂试验结果：不同岩石样本的破裂形态和破裂面特征各异。
有些岩石样本呈现出韧性破裂，破裂面较为平滑；而有些岩石样本呈现出脆性破裂，破裂面较为粗糙。
岩石基础力学性质的试验研究和应用
岩石基础力学性质的试验研究和应用岩石是地球壳中的主要构成元素之一，其力学性质的研究对于地质工程、岩土工程以及矿山工程等领域具有重要意义。
本文将探讨岩石基础力学性质的试验研究和应用，深入了解岩石的力学特性，为工程实践提供科学依据和指导。
一、岩石力学性质的试验研究1.1 岩石试验的重要性岩石的力学性质直接关系到岩体的稳定性和工程的安全性。
因此，进行岩石力学性质的试验研究是十分必要的。
通过试验可以获得岩石的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、弹性模量等重要参数，从而对岩石的力学性质进行全面的分析和评价。
1.2 岩石试验的基本内容岩石试验的基本内容包括物理试验、力学试验和数值模拟试验等。
物理试验可以了解岩石的物理特性，如密度、孔隙度等；力学试验可以测量岩石的力学性能，如强度、刚度等；而数值模拟试验则可以通过计算模拟来揭示岩石的力学行为和响应。
1.3 岩石试验的方法和设备岩石试验的方法和设备主要包括压力试验机、拉力试验机、剪力试验机等。
其中，压力试验机用于测量岩石的抗压强度，拉力试验机用于测量岩石的抗拉强度，剪力试验机用于测量岩石的抗剪强度。
通过这些试验方法和设备，可以对岩石的不同力学性质进行全面细致的研究。
二、岩石力学性质的应用2.1 岩石基础工程中的应用在岩石基础工程中，岩石力学性质的应用尤为重要。
通过对岩石力学性质的研究，可以确定合理的基础设计方案，避免因岩石的破坏而引发的工程事故。
此外，在基础工程中，还可以根据岩石的弹性模量和抗裂强度等参数，结合土体力学的原理，进行地基处理和加固，提高地基的承载力和稳定性。
2.2 岩石爆破工程中的应用岩石爆破工程是一种常见的岩石开采方法，也是岩石力学性质的重要应用领域之一。
通过对岩石的抗压强度和抗拉强度等参数的测定，可以确定爆破设计的参数和爆破药剂的种类，提高爆破效果和工程效率。
2.3 岩石地质灾害的防治岩石地质灾害是指岩石体在自然力作用下发生的破坏、滑动、崩塌等不利于工程建设和人类安全的现象。
岩石力学实验ppt课件
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绪言
地层中钻取的岩心
标准的岩心试样
采集的岩样用标 准尺寸钻头取心
获得标准直 径岩心试件
切割两端面获得标 准长度的岩心试样
精磨试样两端面 使端面平滑规则
绪言
样品采集和岩石学审查
钻岩心 几何形状检验
端面切割 端面磨平
环境存放
样品包裹（围压实验）
实验
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岩石单轴抗压实验
➢ 实验目的 ➢ 实验原理 ➢ 实验仪器 ➢ 实验步骤 ➢ 结果处理 ➢ 报告编写
①在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm； ②端面的不平行度，最大不超过0.3mm； ③试样的两端面应垂直于试样轴线。
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四、实验步骤
(1) 试件端面垂直度测量
检测方法如图所示，将试样放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边， 转动试样两者之间无明显缝隙。对于不合格试样，使用锉刀打磨，直至符合要求。
P Rc A
（1）
Rc—试样单轴抗压强度，MPa；
P—试样破坏载荷，N；
A—试样初始截面积，mm2。
.
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二、实验原理
岩石的弹性模量是指岩石在弹性变形阶段其应力
与应变变化值之比:
E
（2）
—轴向应力-应变曲线中直线段的轴向应
力增量，MPa；
—轴向应力-应力曲线直线段的轴向应变
增量；
O
Δσ Δε
石油工程岩石力学实验课程
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绪言
岩石力学性质主要是指岩石的变形(deformation )特征及岩石的强度(strength )。对任 何工程现象来说，只有获得岩石的力学性质，得出力学参数（如弹性模量、泊松比、内聚力、 内摩擦角等），建立岩石的本构方程(constitutive equation)和破坏准则(failure criterion )，为进一步研究分析提供一定模式与依据。
第三章-3 影响岩石力学性质及概述
图5-5
溶液和温度对大理岩变形影响的 应力-应变曲线图
(Griggs，围压为1000MPa)
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图 5－ 6
溶液和温度对石英变形影响的应力-应变曲 线图 (围压为1400MPa)
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四、
孔隙压力
在地壳岩石中，常有孔隙流体存在。这 种孔隙流体的压力称为孔隙压力或孔隙液压。 存在于岩石中的流体可以促进岩石的重结晶作 用，并影响岩石的变形。如果不透水层阻挡含 水层中的孔隙流体流出，岩石中的孔隙压力就 会加大。孔隙压力的存在抵消了部分围压的影 响。即有效围压 (Pe)为围压 (Pc)与孔隙液压 (Pp) 之差: Pe = Pc－ Pe…………………..(5-1) 因此 ; 孔隙压力的存在也降低了岩石的强 度，使得岩石易于发生脆性破坏。
第三章（三） 影响岩石力学性质及 岩石变形的因素
岩石的力学性质并不是固定不变的， 主要决定于岩石本身的成分、结构和构 造等，但岩石所处的外界地质环境因素， 包括围压、温度、溶液和应力作用时间 及变形速度等，都对岩石的力学性质以 致岩石变形有着明显的影响。本章主要 阐述外界因素的影响。
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(据Paterson，1978)
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二、 温 度
随着温度增高，可以使常温常压下 脆性的岩石，变得强度降低，弹性减弱， 塑性增大，韧性增强，易于变形。也就 是说，提高温度，加速了岩石由脆性向 韧性的转化。但是，影响的程度随岩性 不同有所差异。
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矿物同岩石一样，温度升高，弹性极限和 抗压强度明显降低，易于形成塑性变形。图5-4 中的磁黄铁矿和闪锌矿在围压固定，温度从 25℃、100℃、200℃、300℃、400℃到500℃逐 渐升高的情况下，弹性极限等也逐渐降低，并 且温度升的越高，降得越快。 温度影响岩石力学特性的原因在于，随着 温度的升高，晶体质点的热运动增强，质点间 的凝聚力就减弱，质点容易位移;从而降低了岩 石的弹性极限与强度极限，提高了岩石的塑性 和韧性。
岩石力学性质的实验与模拟研究
岩石力学性质的实验与模拟研究引言：岩石是地壳中最常见的地质体，对于地球科学研究和工程实践至关重要。
岩石力学是研究岩石及其围岩的力学性质和力学行为的学科，对于矿山、隧道、地铁、水利、核工程等领域起着重要的作用。
在实验室和模拟研究中，通过探索岩石的物理、力学性质可以更好地理解岩石结构、变形、破裂及围岩的稳定性，为相关工程项目提供科学依据，也为资源勘探提供技术支持。
一、岩石力学实验方法岩石力学的实验研究旨在通过实验手段来获得岩石的物理力学参数，为后续的数值模拟和工程设计提供基础数据。
岩石力学实验方法多种多样，主要包括材料力学试验、岩石强度试验、变形试验等。
1. 材料力学试验材料力学试验是最基本的研究方法之一，它通过对岩石试样进行拉伸、压缩、弯曲等加载，测试岩石的力学参数。
常用的试验方法包括拉压试验、剪切试验、三轴试验等。
在这些试验中，通过加载试样并测量力和变形，可以得到岩石的荷载-变形曲线，从而计算出各种力学参数，如岩石的弹性模量、抗拉强度、抗压强度等。
2. 岩石强度试验岩石强度试验主要是通过加载试样，观察其破坏形态，以及测量岩石的破坏强度等参数。
其中，抗拉强度试验和抗压强度试验是常用的试验方法。
在抗拉强度试验中，通过加载试样，观察其是否发生断裂，同时测量拉断强度。
而在抗压强度试验中，试样在加载过程中发生破裂，测量岩石的抗压强度。
3. 变形试验变形试验主要研究岩石在外力作用下的变形行为，常用的方法包括岩石变形试验、弹塑性试验、弹性恢复试验等。
通过这些试验，可以大致了解岩石在不同应力条件下的变形特点，如岩石的应变硬化、塑性变形、岩石的弹性恢复等。
二、岩石力学的数值模拟方法岩石力学的数值模拟通过建立岩石性质的数学模型，模拟岩石在不同力学条件下的行为，为工程设计和科学研究提供定量预测和评估。
常用的数值模拟方法包括有限元法、离散元法和边界元法等。
1. 有限元法有限元法是最常用的数值模拟方法之一，它将连续体分割成有限数量的小单元，通过有限元的位移函数和加权残差方法，求解各个单元上的力学行为，最终得到整个岩石体系的应力、应变分布。
第3讲 岩石的力学性质-强度性质
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3.实验原理
消除方法: ①润滑试件端部（如垫云 母片；涂黄油在端部）机)
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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；L/D≥(2.5－3)较合理 （3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高) 我国规定加载速度为0.5～0.8MPa/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。 温度：180℃以下不明显：大于180℃，温度越高强度 越小。
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2)实验加载方式：
a. 真三轴加载:试件为立方体，加载方式如图所示。 应力状态：σ1>σ2> σ3 这种加载方式试验装置繁杂，且六个面均可受到由加 压铁板所引起的摩擦力，对试验结果有很大影响，因而实 用意义不大。故极少有人做这样的三轴试验。
b.伪三轴试验:，试件为圆柱体，试件直径25~150mm，长 度与直径之比为2：1或3：1。轴向压力的加载方式与单 轴压缩试验相同。 但由于有了侧向压力，其加载上时的端部效应比单轴加 载时要轻微得多。 应力状态：
a.试验者和时间：意大利人冯· 卡门(Von· Karman) 于1911年完成的。 b.试验岩石：白色圆柱体大理石试件，该大理石 具有很细的颗粒并且是非常均质的。 c.试验发现： ①在围压为零或较低时，大理石试件以脆性方式 破坏，沿一组倾斜的裂隙破坏。 ②随着围压的增加，试件的延性变形和强度都不 断增加，直至出现完全延性或塑性流动变形，并 伴随工作硬化，试件也变成粗腰桶形的。 ③在试验开始阶段，试件体积减小，当达到抗压 强度一半时，出现扩容，泊松比迅速增大。
岩石力学ppt课件第三章 岩体力学性质
含软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体 （3）上凸型（弹-塑性岩体）
结构面发育且有泥质充填的岩体。
（4）复合型：阶梯或“S”型（塑-弹-塑性岩体)
20结21/8构/17面发育不均或岩性不均匀的岩体。
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（二）剪切变形特征：
(a)沿软弱结 构面剪切
(b)沿粗糙结构面、 软弱岩体及强风
化岩体剪切
(c)坚硬岩体 受剪切
峰前变形平均斜 率小，破坏位移 大；峰后强度损 失小。
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峰前变形平均斜 率较大，峰值强 度较高；峰后有 明显应力降。
峰前变形斜率大，
峰值强度高，破坏
位移小；峰后残余 强度较低。
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（三）各向异性变形特征：（P101蔡）
岩石的全部或部分物理、力学特性随方向不同而 表现出差异的现象称为岩石的各向异性。
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§3.1 概述
岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体） 结构面：断层、褶皱、节理……统称
影响岩体力学性质的基本因素：
结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体 结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)
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§3.2岩体结构的基本类型 （地质学、复习、了解）
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孔隙静水压力作用
（三）力学作用：
孔隙动水压力作用
当多孔连续介质岩土体中存在孔隙地下水时， 未充满孔隙的地下水使岩土体的有效应力增加：
p
σα有效应力，σ 总应力，p 孔隙静水水压力
当地下水充满多孔连续介质岩土体时，使有效 应力减小：
p
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σα，σ ，p ： 含义同上
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岩石力学性质测试技术研究
岩石力学性质测试技术研究1. 引言岩石力学性质是指岩石在外力作用下的力学行为和性能。
研究岩石力学性质对于工程建设、地质勘探和自然灾害防治等领域具有重要意义。
本文将介绍岩石力学性质测试技术的研究进展。
2. 试验方法岩石力学性质的试验方法主要包括室内试验和现场试验两种。
2.1 室内试验室内试验是在实验室环境下进行的试验，通常通过对岩石样品进行加载或应力应变循环测试来获取其力学性质参数。
常用的室内试验方法包括单轴压缩试验、剪切试验、抗拉试验等。
2.2 现场试验现场试验是在实际工程场地进行的试验，通过在岩石体上施加加载或监测其反应来获取其力学性质参数。
常用的现场试验方法包括岩石钻孔取芯试验、地下水位监测、地下应力测量等。
3. 岩石力学性质参数岩石力学性质参数是表征岩石性能的指标，常用的包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、弹性模量等。
3.1 抗压强度抗压强度是指岩石在一定条件下抵抗垂直加载的能力。
室内试验中常用的测试方法有单轴压缩试验和扰动法试验。
3.2 抗拉强度抗拉强度是指岩石在拉力作用下的抵抗能力。
室内试验中常用的测试方法有直接拉伸试验和间接拉伸试验。
3.3 抗剪强度抗剪强度是指岩石在剪切力作用下的抵抗能力。
室内试验中常用的测试方法有直剪试验和剪切试验。
3.4 弹性模量弹性模量是指岩石在弹性变形状态下的刚度。
常用的测试方法有静态弹性模量试验和动态弹性模量试验。
4. 测试技术研究进展随着科技的进步，岩石力学性质测试技术也在不断发展。
以下将介绍一些研究的新技术和方法。
4.1 声发射技术声发射技术是通过监测岩石中产生的声波信号来分析岩石的破裂和变形状况。
该技术可以实时监测岩石的力学行为，对于工程结构的安全评估和地质灾害的预警具有重要意义。
4.2 数值模拟技术数值模拟技术是通过基于岩石力学理论的数学模型对岩石进行仿真计算，以获取其力学性质。
该技术可以对复杂的力学问题进行精确分析，为工程设计和施工提供科学依据。
4.3 无损检测技术无损检测技术是通过无需对岩石进行破坏性试验的方法，如超声波检测和红外热像仪检测，来获取岩石的力学性质参数。
岩石的基本物理力学性质及其试验方法
第一讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之一)一、内容提要：本讲主要讲述岩石的物理力学性能等指标及其试验方法，岩石的强度特性。
二、重点、难点：岩石的强度特性，对岩石的物理力学性能等指标及其试验方法作一般了解。
一、概述岩体力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学，是探讨岩石和岩体对其周围物理环境(力场)的变化作出反应的一门力学分支。
所谓的岩石是指由矿物和岩屑在长期的地质作用下，按一定规律聚集而成的自然体。
由于成因的不同，岩石可分成火成岩、沉积岩、变质岩三大类。
岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。
通常认为岩体是由岩石和结构面组成。
所谓的结构面是指没有或者具有极低抗拉强度的力学不连续面，它包括一切地质分离面。
这些地质分离面大到延伸几公里的断层，小到岩石矿物中的片理和解理等。
从结构面的力学来看，它往往是岩体中相对比较薄弱的环节。
因此，结构面的力学特性在一定的条件下将控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形。
【例题1】岩石按其成因可分为( )三大类。
A. 火成岩、沉积岩、变质岩B. 花岗岩、砂页岩、片麻岩C. 火成岩、深成岩、浅成岩D. 坚硬岩、硬岩、软岩答案：A【例题2】片麻岩属于( )。
A. 火成岩B. 沉积岩C. 变质岩答案：C【例题3】在一定的条件下控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形的是( )。
A. 岩石的种类B. 岩石的矿物组成C. 结构面的力学特性D. 岩石的体积大小答案：C二、岩石的基本物理力学性质及其试验方法(一)岩石的质量指标与岩石的质量有关的指标是岩石的最基本的，也是在岩石工程中最常用的指标。
1 岩石的颗粒密度(原称为比重)岩石的颗粒密度是指岩石的固体物质的质量与其体积之比值。
岩石颗粒密度通常采用比重瓶法来求得。
其试验方法见相关的国家标准。
岩石颗粒密度可按下式计算2 岩石的块体密度岩石的块体密度是指单位体积岩块的质量。
按照岩块含水率的不同，可分成干密度、饱和密度和湿密度。
岩石力学性质试验
试件的加工首先将岩块夹持在钻石机平台上，用Ф50 mm 金刚石钻头钻取岩石试件，然后用锯石机锯成高100 mm 或25 mm 左右的圆柱体试件。
钻锯岩石试件时要用纯净水冷却。
最后在磨平机上将岩石试件两端磨平。
按照要求单轴抗压强度和三轴抗压强度试验试件应采用圆柱体作为标准试样，直径为50mm ，允许变化范围为48~54mm ，高度为100mm ，允许变化范围95~105mm 。
对于非均质粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比宜为2.0~2.5。
抗拉强度试验试件采用圆柱体为标准试样，直径为50mm ，允许变化范围48~54mm 。
试样的厚度宜为直径的0.5~1.0倍，并大于岩石最大颗粒的10倍。
精度要求：在整个事件高度上，直径误差不得超过0.3mm ；两端面不平整度，最大不超过0.05mm ；端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25°。
试验一、岩石单轴抗压强度的测定一、仪器设备材料试验机、游标卡尺、电阻应变仪、万用表、试验机、电阻应变片、胶水等。
二、标准试件规格：采用直接为50mm 的圆柱体，高径比为 2 ：1；也可采用50×50×100mm 的长方体。
三、测定步骤：1、测试件尺寸（试件直径应在其高度中部两个互相垂直的方向量测，取算术平均值）填入记录表内。
2、选择压力机度盘：一般应满足0.2P ＜P max ＜0.8P式中：P max ——预计最大破坏载荷，KN P ——压力机度盘最大值，KN3、开动压力机，使其处于可用状态，将贴好电阻片的试件置于压力机承压板中心，接通电源调整电阻应变仪，调整球形坐，使试件上下受力均匀，在逐渐加载过程中不断调整承压板位置，使之均匀受载。
检查的方法是，在试样上施加少许压力后，观测几个纵向应变片的值是否接近。
4、以0.5~1.0MPa/s 的速度加载直至破坏。
5、施加荷载过程中，记录各级应力下纵向和横向应变值。
岩石力学性质试验
岩石力学性质试验一、岩石单轴抗压强度试验1.1概述当无侧限岩石试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。
在测定单轴抗压强度的同时，也可同时进行变形试验。
不同含水状态的试样均可按本规定进行测定，试样的含水状态用以下方法处理：（1）烘干状态的试样，在105～1100C下烘24h。
（2）饱和状态的试样，使试样逐步浸水，首先淹没试样高度的1/4，然后每隔2h分别升高水面至试样的1/3和1/2处，6h后全部浸没试样，试样在水下自由吸水48h；采用煮沸法饱和试样时，煮沸箱内水面应经常保持高于试样面，煮沸时间不少于6h。
1.2试样备制（1）试样可用钻孔岩芯或坑、槽探中采取的岩块，试件备制中不允许有人为裂隙出现。
按规程要求标准试件为圆柱体，直径为5cm，允许变化范围为4.8～5.2cm。
高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm。
对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比必须保持=2:1～2.5:1。
（2）试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，一般情况下必须制备3个。
（3）试样制备的精度，在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。
两端面的不平行度最大不超过0.05mm。
端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25度。
1.3试样描述试验前的描述，应包括如下内容：（1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小，胶结物性质等特征。
（2）节理裂隙的发育程度及其分布，并记录受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。
（3）测量试样尺寸，并记录试样加工过程中的缺陷。
1.4主要仪器设备1.4.1试样加工设备钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。
1.4.2量测工具与有关检查仪器游标卡尺、天平（称量大于500g，感量0.01g），烘箱和干燥箱，水槽、煮沸设备。
1.4.3加载设备压力试验机。
岩土工程中的岩石力学性质与测试方法
岩土工程中的岩石力学性质与测试方法岩土工程是土木工程中的一个重要分支，涉及到土体和岩石的力学性质研究和测试方法。
岩石是作为岩土工程的基本材料之一，对其力学性质及其测试方法的了解是进行岩土工程设计和施工的前提。
本文将介绍岩石力学性质的基本概念及其测试方法。
一、岩石力学性质的基本概念岩石力学性质是指岩石在外力作用下所表现出的各种力学性能和特性。
了解岩石力学性质对于岩土工程的稳定性分析、基础设计与施工具有重要意义。
岩石力学性质主要包括以下几个方面：1. 岩石强度：是指岩石在受到外力作用时抵抗破坏的能力。
常用的岩石强度指标包括抗压强度、抗拉强度、剪切强度等。
2. 岩石变形性能：是指岩石在外力作用下的变形特性。
常用的岩石变形性能指标包括岩石的弹性模量、泊松比、压缩模量等。
3. 岩石渗透性：是指岩石中流体通过的能力。
岩石渗透性可以通过渗透试验来评估。
二、岩石力学性质的测试方法了解岩石的力学性质离不开对其进行科学、准确、可靠的测试。
下面将介绍几种常用的岩石力学性质的测试方法：1. 岩石强度测试方法：常见的岩石强度测试方法包括抗压试验、抗拉试验、剪切试验等。
抗压试验是指在试样上施加垂直于试样轴线的压力力，并测定其抗压强度。
抗拉试验是指施加垂直于试样长度方向的拉伸力，并测定其抗拉强度。
剪切试验是指在试样上施加剪切力，并测定其剪切强度。
2. 岩石变形性能测试方法：常用的岩石变形性能测试方法主要包括弹性模量测定、泊松比测定和压缩模量测定。
弹性模量是指岩石在外力作用下，恢复原状的能力。
泊松比是指岩石在拉伸或压缩过程中，在垂直于应力方向上的相对横向变形和应力方向上的伸缩变形之比。
压缩模量是指岩石在压缩应变下的固有刚度。
3. 岩石渗透性测试方法：岩石的渗透性可通过渗透试验进行评估。
渗透试验是指将流体通过岩石试样，并测量流体通过的速率。
一个常用的渗透实验方法是利用岩芯进行实验，通过对压实岩芯进行压力梯度测试，测量流体在岩石中的渗透能力。
岩石力学性质试验——单轴压缩强度和变形试验课件(PPT)
二、单轴压缩强度和变形试验
—试验方法 5、精度要求： a、试件两端面不平 整度误差不得大于 0.05mm； b、沿试件高度，直 径的误差不得大于0.3mm； c、端面应垂直于试 件轴线，最大偏差不得大 于0.250。
二、单轴压缩强度和变形试验
—试验方法
6、试件含水状态： 天然含水状态、烘干状态、饱和状态。 1） 烘干状态 将试件置于烘箱内，在105～1100C温度下烘24h，取出放 入干燥器内冷却至室温后称重。 2）饱水状态 a、自由水法饱和试件 将试件放入水槽，先注水至试件高度的1/4处，以后每隔 2h分别注水至试件高度的1/2和3/4处，6h后全部淹没试件 。 试件在水中自由吸水48h后，取出试件并沾去表面水分称重。
二、单轴压缩强度和变形试验
—成果整理 （一）计算各级应力及单轴抗Байду номын сангаас强度
1、各级应力
式中:
σ= P/A σ—各级应力(MPa)； P—与所测各组应变值相应的荷载(N)； A—试件的截面积(mm2)。
2、岩石单轴抗压强度
R=Pf/A
式中:
R— 岩石单轴抗压强度(MPa)； Pf—试样破坏荷载(N)； A—试件的截面积(mm2) 。
二、单轴压缩强度和变形试验
2、岩石变形试验 岩石在弹性极限以内的单轴压力作用下，其应力和应变 之比近于常数，此比值称为弹性模量。横向应变与纵向应变 之比称为泊松比。 在纵向压力作用下测定试样的纵向变形和横向变形， 并据以计算岩石的弹性模量和泊松比。通常用抗压强度的50 ％的应力和相应的纵向应变值计算弹性模量，用该应力下的 横向应变值和纵向应变值计算泊松比。也可根据需要计算任 何应力下的弹性模量和泊松比。 根据要求，可对不同含水状态的岩样进行试验。
岩石力学性质试验
2Ea C
（3-3）
双向压缩应力条件下（见图3-2），在不考虑摩擦对闭 合裂纹的影响并假定椭圆形裂纹将从最大拉应力集中点开 始扩展，裂纹扩展准则为：
2 （1 - 3） ＝81 （1 +3 3 >0） 1 3
（3-4）
3 1
（1 +3 3 0）
（3-5）
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第一节 岩石单轴压缩变形试验
岩石具有与金属类弹性材料不同的独特的变形特 性，这种变形特性用变形模量、弹性模量和泊松比等 参数表示。
常见岩石的变形模量和泊松比见表3-1。 岩块变形参数主要采用岩块单轴压缩变形试验方 法取得。岩石应力—应变全过程曲线（见图3-3，图 3-4）是研究本构模型的依据，需要在刚性伺服试验 机上进行试验获得。 Hohai University
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岩石单轴压缩试验受多因素的影响：（1）加载速 率；（2）试件尺寸（高径比，规定2：1）（见表32）等。 Hohai University
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第二节 岩石单轴抗压强度试验
岩石单轴抗压强度是岩石试件在无侧 限条件下受轴向作用破坏时单位面积 所承受的载荷。 某些岩石的干抗压强度、饱和抗压强度及软化系 数见表3-3。
1、岩石试件的防油处理； 2、加载速率的选择；
3、侧压力的侧压力的效应；
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第四节 岩石抗拉强度试验
岩石抗拉强度是指岩石试件在外力作用下抵抗拉 应力的能力，为岩石试件拉伸破坏时的极限载荷与受 拉截面积的比值。 岩石抗拉强度的试验方法很多，分为轴向拉伸法、 劈裂法、弯曲试验法和圆柱体或球体的径向压裂法等。 其中劈裂法，由于操作简单且用而被广泛采用。图37为劈裂破坏形式，其抗拉强度按式（3-8）计算。
第3章岩石变形物理学(3)-岩石力学性质
地壳岩石严格讲也是一种粘弹性体，只不过不像蛋 清那样明显，这主要是它的流动需要在长时间载荷 下表现出来。对于固体或流体而言，温度越高，粘 度越低，反映易流动性越大。
地壳及地幔岩石具有非常缓慢的流动性。因而粘度 是衡量地球动力学的一个重要参数。
人们把物体具有的这些力学性质概括为物质的流变 性（rheological properties），并形成一门新兴学科 －流变学（rheology）。流变学是研究固体物质流 动的科学。
岩石力学性质－是指在应力和应变作用下，岩石发 生塑性变形（褶皱）或脆性变形（破裂）的条件；
岩石力学性质是约束岩石变形和构造几何特征的重 要条件。例如，同样的压应力作用在不同岩层的力 学表象明显不同：在柔性岩层中形成褶皱构造；在 相对硬岩层中形成断裂构造；在软硬相间岩层中形 成香肠构造
影响岩石力学性质的因素
X是活化了的化合物。 水弱化作用结果表现： 产生大量扩张应变，诱发裂纹尖端高应力； Si-O共价键被H-O代替，加速岩石塑性变形； H-O键加速热力学的反应； H2O含量增加，降低岩石熔点，加速熔体形成；
时间影响因素(5)
与实验室岩石力学研究不同，地质条件的岩石变形 时间很长，一个造山带变形要经历几百万年才完成。
岩石变形机制通常有三种： （1）碎裂作用（cataclasis） （2）晶内塑性（intracrystalline plasticity） （3）晶内扩散流动（flow by diffusive mass transfer）
脆-韧性转化－从宏观表象上描述 脆-塑性转化－从微观机制上描述 脆-塑(韧)性转换域是一个十分重要的
应力
理想粘性材料的力学行为
应力
σy
理想塑性材料的力学行为
弹塑性变形—指物体同时具有弹性和塑性的性能。 在弹塑性变形中，有一部分是弹性，其余部分为 塑性变形。
岩石力学第3章 岩石的强度
• 4 试验大纲内容 ⑴工程概况及地质条件
⑵水工建筑物特点和主要岩石力学问题
⑶试验目的、试验内容和技术要求（方法、数量等）
⑷试验布置（代表性）
⑸仪器设备和人员安排
⑹计划进度
⑺提交的试验成果（试验报告）
• 试验成果的整理和分析要在了解建筑物布置方案、工程建筑类 型、持力方向、荷载大小以及地基、边坡和地下洞室岩体工程 地质条件与设计技术要求基础上，对资料逐项检查核对，分析 其代表性、规律性和合理性，并按照岩体类别、工程地质单元、 区段或层位进行归类、数理统计和综合分析，提出试验成果标 准值。
• 5 标准值的选取
⑴密度、单轴抗压强度、抗拉强度、点荷载强度、 波速等物理参数取算术平均值
⑵岩体变形模量用原位变形试验成果算术平均值
⑶软岩承载力取极限承载力的1/3与比例界限二者的 小值，（无）取（1/5-1/10）RC饱和或三轴试验； 坚硬岩、中硬岩（1/20-1/25、1/10-1/20） RC饱和
• 根据弹性力学知识，可以近似地计算岩样的 抗拉强度为：
• 优点：试验简单易行，仅用普通的压力机即 可， 可广泛应用。 缺点：试验结果与直接拉伸法存在差别。试 验可知，岩石的抗拉强度极限大致仅为同类 岩石抗拉强度的1/10-1/30，最坚硬的岩石的 抗拉强度也只有29.6MPa左右，而许多岩石 的抗拉强度小于1.96MPa。表3-1为某些岩石 的抗拉强度供参考。
• C 弱面剪切破坏
• 岩体中存在着许多软弱结构面，细微裂隙等弱面， 在荷载作用下，弱面上的剪应力一旦超过弱面的抗 剪强度时，岩体将弱面剪切破坏，致使岩体产生滑 移。（节理岩体中的地下洞室顶部岩块崩塌，洞侧岩石的 滑动、岩坡沿软弱面的失稳）
• 岩石的三种破坏形式
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常用的岩石强度理论主要有库仑强度准则、莫尔强度准 则、格里菲斯强度理论等。
1、库仑强度准则。库仑认为岩石的破坏主要是剪切破坏, 采用式（3-1）表示:
c tan
（3-1）
2、莫尔强度准则。莫尔把库仑准则推广到三向应力状态， f ( ) 认识到材料性质本身是应力的函数，用函数关系 表示，破坏条件可以从莫尔包络线得到，见图3-1。 Hohai University
2Ea C
（3-3）
双向压缩应力条件下（见图3-2），在不考虑摩擦对闭 合裂纹的影响并假定椭圆形裂纹将从最大拉应力集中点开 始扩展，裂纹扩展准则为：
2 （1 - 3） ＝81 （1 +3 3 >0） 1 3
（3-4）
3 1
（1 +3 3 0）
（3-5）
2P t DH
（3-8） Hohai University
试件尺寸及垫条材料和尺寸对抗拉强度试验的影 响比较明显，见表3-13～3-16。
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第五节 岩石直剪试验
岩石抗剪强度是指岩石在剪切载荷作用下破坏时 所能承受的最大剪应力，按试验方法的不同分为岩石 直剪强度和岩石三轴抗剪强度。 关于试件破坏剪断破坏的判断标准。 （1）剪切载荷加不上或无法稳定； （2）剪切位移明显变大，在剪应力 与剪切位移u 关系曲线上出现明显的突变段； （3）剪切位移增大，在剪应力与剪切位移关系曲线 上未出现明显的突变段，但总剪切位移已达到试件连 长的10％。 Hohai University
1、岩石试件的防油处理； 2、加载速率的选择；
3、侧压力的侧压力的效应；
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第四节 岩石抗拉强度试验
岩石抗拉强度是指岩石试件在外力作用下抵抗拉 应力的能力，为岩石试件拉伸破坏时的极限载荷与受 拉截面积的比值。 岩石抗拉强度的试验方法很多，分为轴向拉伸法、 劈裂法、弯曲试验法和圆柱体或球体的径向压裂法等。 其中劈裂法，由于操作简单且用而被广泛采用。图37为劈裂破坏形式，其抗拉节 岩石点荷载强度试验
岩石点荷载强度试验在点荷载仪上进行（试验装 置见图3-9），将岩石试件置于上下2个球端圆锥之间， 对其施加集中荷载，直至试件破坏，测定其点荷载强 度指数。 试件形态及尺寸是影响点荷载试验成果 最关键的因素，因此须进行修正。 另外，试件含水状态对测试成果的影响 尤为明显。
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第七节 岩石断裂韧度试验
岩石的断裂韧度是表征岩石材料阻止裂缝扩展的 能力，是岩石抵抗断裂的力学指标，用 K IC 表示。 影响断裂韧度试验成果的因素有试件的各向异性、 试件的尺寸、试件的含水状态、加载速率以及切口形 式等。 夹式引伸计包括2要悬臂梁和1块隔离块，电阻应 变片贴在每根悬臂梁的拉伸面和压缩面，联接成包括 一个合适的平衡电阻的惠斯顿电桥（见图3-12），梁 和隔离块尺寸见图3-13。 Hohai University
3、格里菲斯强度理论。格里菲斯提出脆性材料断裂起因 是分布在材料中的微小裂纹尖端拉应力集中所致，建立了 确定断裂扩展的能量不稳定原理。 当作用力的势能始终保持不变时，裂纹扩展准则为：
(Wd Wc ) 0 c
（3-2）
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当单位厚度内存在初始长度为2C 的椭圆形裂纹时，在 拉伸应力作用下裂纹扩展准则为：
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岩石单轴压缩试验受多因素的影响：（1）加载速 率；（2）试件尺寸（高径比，规定2：1）（见表32）等。 Hohai University
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第二节 岩石单轴抗压强度试验
岩石单轴抗压强度是岩石试件在无侧 限条件下受轴向作用破坏时单位面积 所承受的载荷。 某些岩石的干抗压强度、饱和抗压强度及软化系 数见表3-3。
影响岩石抗压强度技术方面的因素较多，有加载 速率、试件尺寸、试件形态、试件高径比等。表34～3-7是试件尺寸对岩石抗压强度的影响。
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第三节 岩石三轴压缩试验
岩石三轴抗压试验是指岩石试件在三向应力状态 下受轴向力作用破坏时单位面积所承受的载荷。其试 验仪器见图3-6。
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为了使夹式引伸计能方便地安装在试件上，应加 工一对如图3-14（a）所示的刀口，刀口粘贴在试件 切口两侧。引伸计安装方式见图3-14（b）。
——岩土工程科学研究所
岩石力学
(Rock Mechanics)
孔纲强 2011年12月
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第３章 岩石的力学性质试验
岩石强度理论（了解）
主 要 内 容
岩石单轴压缩变形试验（重点） 岩石单轴抗压强度试验（重点） 岩石三轴压缩试验（重点） 岩石抗拉强度试验（重点） 岩石直剪试验（重点） 岩石抗拉强度试验（重点） 岩石点荷载强度试验（重点） 岩石断裂韧度试验（重点） Hohai University
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第一节 岩石单轴压缩变形试验
岩石具有与金属类弹性材料不同的独特的变形特 性，这种变形特性用变形模量、弹性模量和泊松比等 参数表示。
常见岩石的变形模量和泊松比见表3-1。 岩块变形参数主要采用岩块单轴压缩变形试验方 法取得。岩石应力—应变全过程曲线（见图3-3，图 3-4）是研究本构模型的依据，需要在刚性伺服试验 机上进行试验获得。 Hohai University
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根据岩石三轴试验成果，可以确定岩石三轴抗剪 强度参数。见式3-6和3-7。
F 1 f 2 F
（3-6）
R c 2 F
（3-7）
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岩石三轴试验根据侧向压力加载方式分为真三轴
1 2 3 ）加载两 （1 2 3 ）和假三轴（ 种。 影响三轴压缩试验成果的主要影响因素有：