岩石的三轴强度
岩石三轴压缩实验的强度特性及应用_李亚林
抗剪强度 τｃ
／ＭＰａ
３．３ ５．２ ６．８ ９．１ １０．３
凝聚力（ｃ）和内摩擦角（Φ）
ｃ ／ＭＰａ
Φ （°）
适用范围 （ＭＰａ）
２．２
３０．５
０≤σ３≤５．２
破裂角（°）
实际
９０ ６０ ５５ ６０ ６０
理论
９０ ６０ ６０ ５６ ５４
（１）随着围压的增加，岩石的抗压、抗剪强度不断增大。 ①在低围压 ［如图 １ 的 ＣＡ 段（０≤σ３≤５．２ＭＰａ）］ 时，σ３ 与 σｃ、τｃ 的关系近似呈线性。
前言
岩石三轴压缩实验（简称三轴实验），实质是对处于三向受压环境中的地壳岩体的力学 性状的一种模拟。相对于其它一些所谓的常规实验，三轴实验属较复杂的高级实验，它可 以获取相应于岩体不同围压（或深度）的抗压强度、抗剪强度、弹性模量、泊松比以及准 确的凝聚力 Ｃ 和内摩擦角等数据。若使用三轴侍服压力机，还能得到应力—应变（σ—ε） 的全程曲线，进而获得岩石的残余应力、永久变形数据等。这些都是一些重大工程建设、 岩石力学和某些地学项目研究及应用中必不可少的重要参数。
度理论的一些具体内容作一简述：图中横坐标 σ为正应力、纵坐标 τ为剪应力。曲线 ＣＡＢ 为强度包络线。与包络线相切的每个应力圆均表示一种围压下的极限应力状态。圆与横坐 标的左侧交点为围压 σ３，右侧交点为该围压下的抗压强度 σｃ（σ１）。过切点的半径与横坐标 正方向的夹角为 ２ 倍破裂角，破裂角定义为破裂面法线与主应力 σ１ 方向所夹的锐角。本文 称此为理论破裂角 θ。切点的纵坐标为该圆所在围压下的抗剪强度 τｃ，亦即破裂面上的剪应 力 τ，横坐标为破裂面上的正应力 σｎ。包络线与纵坐标的交点为凝聚力 ｃ，直线 ＣＡ 与横坐 标所夹的锐角为内摩擦角 Φ。包络线下部是不会发生破裂的、稳定的应力状态区域，上部 为不可能存在的应力状态区域。
室内岩石试验(三轴)
σ3 =12
2）、绘制应力差～轴向 应变（εL）曲线。 3）、计算弹性模量和泊 松比。
σ3 =4 σ3 =8
0 0 0.005 0.01 0.015
εL
三轴压缩强度和变形试验
—成果整理
4、破坏后试件描述
描述破坏形式，并量测破坏面与最大主应力作 用面之间的夹角。
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
断层泥
三、三轴压缩强度和变形试验
—试验方法 2）安装试件： a、套热缩管、隔油；
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
以0.05MPa/s——同时施加侧压 力和轴向压力至预定侧压力值 以0. 5～1.0MPa/s——施加轴向 荷载，直至试件完全破坏。
试样安装完 毕，给压力 室注油，准 备施加围压
50 40 30 20 10 τ( )
φ
C
0 10 20 30 40 50 60 σ(
应力莫尔圆
三轴压缩强度和变形试验
—成果整理 3）以σ1纵坐标， σ3为横坐标点绘的 最佳关系曲线为直 线，可按下式直接求 C、 φ值。
轴压 σ 1 (MPa) y = 12.8x + 165.04 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 围压 σ3 (MPa)
2、三轴压力室
利用伺服控制刚性试验机 提供轴向荷载，将三轴压力室 底座推至试验机活塞中心，放 下三轴压力室，并用螺栓与底 座连接。
—仪器设备
三轴压力室底座 滑轨
三轴压力室
轴向荷载加 压油缸
三、三轴压缩强度和变形试验
—仪器设备 3、液压稳压综合控制系统 围 压： 0～100MPa； 试件尺寸： φ25×50mm； φ50×100mm； φ100×200mm。
岩石三轴抗压强度公式
岩石三轴抗压强度公式岩石的三轴抗压强度是指在三轴应力状态下，岩石能够承受的最大抗压应力。
这个强度参数在岩石力学研究中具有重要意义，可用来评估岩石的稳定性和承载能力，对于地质工程设计和岩石工程施工具有重要指导意义。
岩石的三轴抗压强度是通过实验测量得到的，一般可以用准静态三轴压缩实验来进行测定。
下面简要介绍一下岩石三轴抗压强度的相关公式和计算方法。
1.高斯曲线拟合法高斯曲线拟合法是一种常用的岩石三轴抗压强度计算方法。
该方法假设了岩石的强度服从高斯分布，并通过拟合实验数据得到强度参数。
岩石的三轴抗压强度可以用公式表示为：σc=μ+σσ+τc其中，σc为岩石的三轴抗压强度，μ为平均强度，σσ为标准差，τc为剪切强度。
2.梁柱理论法梁柱理论法是另一种常用的岩石三轴抗压强度计算方法。
该方法基于梁柱力学理论，将岩石视为无数根相互平行和相互垂直的微小梁组成的梁柱体。
岩石的三轴抗压强度可以用公式表示为：σc = qu + c其中，σc为岩石的三轴抗压强度，qu为剪应力强度，c为可剪应力强度。
3.中等应力影响法中等应力影响法考虑了中等应力对岩石强度的影响，通过引入应力转移系数来调整强度参数，进而计算岩石的三轴抗压强度。
岩石的三轴抗压强度可以用公式表示为：σc=σc0+kσ3其中，σc为岩石的三轴抗压强度，σc0为无中等应力时的三轴抗压强度，k为应力转移系数，σ3为中等应力。
总结：岩石三轴抗压强度的计算可以采用高斯曲线拟合法、梁柱理论法和中等应力影响法等方法。
这些方法在实际应用中各有优缺点，需要结合具体情况选择合适的方法进行计算。
此外，需要注意的是岩石的三轴抗压强度可能会受到多种因素的影响，如岩石类型、含水量、应力路径等，因此在实际计算中还需要考虑这些因素的综合影响。
岩石三轴强度试验注意事项
岩石三轴强度试验注意事项岩石三轴强度试验是用来评估岩石在受到不同应力情况下的强度和变形性能的试验方法。
在进行岩石三轴强度试验时，需要注意以下几个方面：1. 样品的选择：选择的岩石样品应代表实际工程中遇到的岩石类型和性质。
样品应具有一定的大小，以确保试验的可靠性和代表性。
应该避免选择含有大裂隙、夹杂物和软弱部位的样品。
2. 样品的准备：样品应根据规范的要求制备，包括采样、切割和磨削等工序。
样品的表面应光滑均匀，以确保试验时的均质性和相似性。
3. 固定试样：在三轴仪上固定好试样，确保试样能够承受应力载荷而不发生偏移或滑动。
使用合适的夹具和胶水等方法，将试样牢固地固定在试验设备上。
4. 测量应力：在试验过程中，需要实时测量样品所受到的应力。
可以使用应变计、压力传感器等设备进行应力测量。
确保测量准确、灵敏，并能够记录并分析应力的变化。
5. 控制加载速率：在进行岩石三轴强度试验时，加载速率是一个关键因素。
应根据试验的要求和目的，选择适当的加载速率。
加载速率过快可能导致试样的失稳和破坏，而加载速率过慢可能影响试验的效率和准确性。
6. 观察和记录试验现象：在试验过程中，需要观察和记录试样的变形和破坏现象。
可以通过裂缝的出现、试样的变形和应力的变化等来评估试样的强度特性。
及时记录试验数据和观察结果，确保试验数据的准确性和可靠性。
7. 试验结果的分析：试验结束后，需要分析试验结果并进行统计和比较。
通过分析试验数据，可以评估岩石的强度特性、变形性能和破坏机制等。
对试验结果进行合理的解释和讨论，并与工程设计标准进行比较，评估岩石在工程中的可靠性和安全性。
8. 安全措施：进行岩石三轴强度试验时，需要注意安全措施。
试验设备和仪器的操作必须符合相关规范和标准。
在试验过程中，要注意防护措施，使用个人防护装备，并确保试验过程的安全性。
以上是岩石三轴强度试验的一些注意事项，通过合理的试验设计和操作，可以得到准确可靠的试验结果，为岩石工程设计和施工提供依据。
测定岩石三轴压力条件下的强度与变形参数
测定岩石三轴压力条件下的强度与变形参数岩石的强度与变形参数是岩石力学中重要的研究内容，对于岩石的工程应用和开采过程有着重要的指导意义。
在实际工程中，岩石在三轴压力条件下的强度和变形参数的测定对于工程的安全和可靠性有着重要的影响。
本文将从实验方法、测试数据及分析结果三个方面对岩石三轴压力条件下的强度和变形参数进行测定的过程进行详细介绍。
以岩石三轴压缩试验为例，首先介绍实验方法。
这种试验是最常用的测定岩石强度和变形参数的方法之一、实验基本原理是在一个闭合的容器中，以相等的速率施加垂直压力，并同时在两个相互垂直的方向上施加水平应力。
实验中通常使用与实际设计或开采条件相似的岩石样本，以保证测试结果的可靠性。
其次是测定的测试数据。
在实验过程中，需要测定岩石的强度和变形参数，其中包括抗压强度、拉应力-应变曲线、体积应变和剪切应变等参数。
抗压强度是岩石承受最大垂直压力下的抵抗能力，可以通过测定岩石在试验中的最大承载力来得到。
而拉应力-应变曲线描述了岩石在拉应力下的变形行为，通过测量应力和应变来绘制曲线。
体积应变则是指岩石在三轴压缩过程中的体积变化情况，可以通过测量试样的尺寸变化来计算得到。
剪切应变则是指岩石在剪切力作用下的变形情况，可以通过测量试样的位移和变形形态来计算得到。
最后是对测定结果的分析。
通过实验测定得到的数据，可以对岩石的强度和变形参数进行分析。
在抗压强度方面，可以计算出岩石的抗压强度、抗压变形模量等参数，从而评价岩石的承载能力。
而在变形参数方面，可以分析拉应力-应变曲线的形状和体积应变的变化趋势，从而对岩石的变形特征进行评估。
此外，还可以通过剪切试验获得岩石的剪切强度和应力-应变关系，从而描述岩石的剪切特性。
综上所述，测定岩石三轴压力条件下的强度和变形参数是岩石力学研究中非常重要的内容。
通过实验方法的选择、测试数据的测量和分析结果的评估，可以更好地了解岩石在压力作用下的强度和变形特性，为工程应用提供科学的依据和指导。
岩石的三轴强度
岩体不仅是一种材料，而且还是一个复杂的应力 应变环境。地下工程、边坡工程的开挖实际上就 是岩体在某一方面的应力或应变得到释放，从而 破坏了原有的力学平衡状态，使岩体产生新的变 形，甚至断裂、破碎。
研究岩体在应力卸载过程中的破坏，对理解地震 发生也具有重大的理论意义。
值得一提的是，三峡工程永久船闸是在大山体中 刻槽开挖形成的，闸室段长1617米；最大边坡开 挖深度170米，一般在50～120米；开挖坡度30～ 90°，其中闸室深槽为90°。为此开展了大规模 的岩石卸荷力学的研究 。
360
B
300
240
180
120
40 MPa 20 MPa 10 MPa 0MPa
试样直径 50 mm
σS／MPa
60
25
45
65
85
105
LHale Waihona Puke mm不同围压下三轴强度与试样长度的关系
影响常规三轴压缩强度的因素
1 侧向压力（围压） 2 试样尺度效应：长度和体积 3 加载路径：卸载路径，降围压试验
E F
D
G
A
C
B
H I
Z X
Y
J
Fig. 10 true triaxial
test results in KTB
amphibolite（角闪岩）
影响常规三轴压缩强度的因素
1 侧向压力（围压） 2 试样尺度效应：长度和体积 3 加载路径：卸载路径，降围压试验 4 孔隙压力，试样的包裹、密封 5 试样质量等，
真三轴压缩试验 1 试样的形状、加载的方式 2 典型的试验结果
B A
D
C
Y X
E F G
Fig. 10 true triaxial test results in Westerly granite, plotted as the peak σ1 versus σ2 for several constant σ3 magnitudes
4.2.3 岩石三轴试验及变形特点
常规三轴实验
123
σσσ>= 岩石强度及变形特征与岩石的应力状态密切相关，围压对岩石变形特性的影响很大。
岩石在三向荷载下的变形特性是通过三轴压缩试验方法来测定的。
真三轴实验优点
缺点
成果整理
轴向1σ1
ε绘制成果曲线
11σε~()
321εεε+~径向
3σ2ε3
ε()1
33
112σσσσμ---=
B B ()1
312εμσσ-=
E 3
1
B εε=
与单轴压缩条件下的应力-应变曲线比较：
非线性特征
仍符合线弹性材料的性状
剪胀，
破坏前兆
脆性破坏
由脆性到塑性
扩容
应变硬化
定义
岩石破坏的前兆细微裂隙的形成扩大于平行细观机理
扩容现象
工程应用
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测定岩石三轴压力条件下的强度与变形参数
测定岩石三轴压力条件下的强度与变形参数一、基本原理岩石三轴压力条件下的强度与变形参数主要有：三轴压缩强度、内摩擦角、内聚力以及弹性模量和泊松比。
室内三轴压缩实验是将岩石试样放在一密闭容器内，施加三向应力至试件破坏，在加压过程中同时测定不同荷载下的应变值。
绘制（13σ-σ）-ε应变关系曲线以及强度包络线，求的岩石的三轴压缩强度（1σ）、内摩擦角（ϕ）、内聚力（c）、以及弹性模量（E）和泊松比（μ）等参数。
根据应力状态的不同，可将三轴压缩实验分为真三轴压缩实验，应力状态为：1230σ≠σ≠σ>，及假三轴压缩实验（或称等测压三轴压缩实验）应力状态为1230σ>σ=σ>，本实验采用假三轴压缩试验。
二、仪器设备1、岩石三轴应力试验机，该试验机由如下几部分组成。
（1）三轴应力室（图3——17）：由压力室缸体、进油口、传力压杆等组成。
要求穿力杆端面光滑平整，平整度应为0.005mm。
（2）轴向加载系统：由主体、电动高压电泵及控制台等组成，要求该系统有足够的吨位，并能连续加荷，另外上、下承压板需互相平行，其中之一配有球面座，轴向荷载约5000kN。
（3）侧向加载系统：由控制台、电动油泵、增压器和高压输油管组成，该机最大侧向压力可达150MPa。
如无专门的三轴应力试验机，也可以用普通的压力机，配上符合要求的简易三轴应力室和手摇油泵（侧向加载装置）代替。
2试样制备设备：钻石机、切石机、磨石机等。
3变形量测设备：百分表及表座或电阻应变仪，电阻应变片等。
4烘箱、干燥箱、煮沸设备或真空抽气设备。
5其他：卡尺、乳胶套等。
三、操作步骤1、试样制备（1）试样规格：采用直径为5cm、高为10cm或直径为10cm，高为20cm的圆柱体。
（2）试样加工精度：试样周边应光滑，沿整个高度上的直径误差不超过0.3mm；试样端面不平整小雨0.2mm，两端面不平整度最大不超过0.05mm；试样端面应垂直于试样轴线，其最大偏差不应超过0.25.（3）试件数量：视实验目的、受力方向和含水状态等要求而定，每种受力方向和含水状态需制备5~7块。
岩石三轴强度实验细则
岩石三轴强度实验细则一、实验原理二、实验设备1.实验机：用于施加各个方向上的压力。
2.试样：选取具有代表性的岩石样品，大小要适中，平坦度要求高。
3.缓冲液：由于实验中需要施加大的压力，为减小试样的不均匀变形，通常在压力传递介质和试样之间加入缓冲液，如硅胶、水等。
4.张应力应变仪：用于记录试样的应力应变关系曲线。
三、实验步骤1.准备工作a.根据实验要求选取合适的岩石样本，进行预处理，确保试样表面光滑平坦，无明显裂纹和破碎。
b.设置实验机的参数，包括压力的加载速率、实验温度等。
c.准备好试样和缓冲液，并保证其清洁。
2.实验装置组装a.将试样放置于实验机的试验仓内，并用夹具夹紧固定。
b.在试样和实验仓之间注入缓冲液，确保良好的压力传递。
c.进行标定实验，准确测量试样的尺寸和质量等参数。
3.施加压力a.分别施加垂直和平行于试样轴向的压力，使试样承受三个方向上的压力。
b.每次施加压力后暂停一段时间，观察试样的变形情况，记录试样的应力和应变数据。
4.测试过程中的观察和记录a.观察试样的变形情况，记录试样的应力和应变数据。
b.在试样变形或发生破坏时，及时记录相关信息，如试样破裂的位置、载荷下降的情况等。
5.实验结果的处理a.绘制应力应变曲线，以确定岩石的强度特性，包括弹性模量、屈服强度、破坏强度等。
b.根据实验结果，分析试样的变形和破坏机制，并进一步研究岩石的力学性质和变形特性。
四、实验结果的处理方法实验结果的处理方法主要包括应力应变曲线的绘制和分析、岩石强度参数的计算和岩石的变形和破坏机制分析等。
1.应力应变曲线的绘制和分析a.根据试验过程中记录的应力和应变数据，绘制应力应变曲线。
b.基于曲线的斜率和变化趋势，分析试样的弹性行为、屈服行为和破坏行为。
2.岩石强度参数的计算a.弹性模量：利用应力应变曲线的线性范围内的斜率计算得到。
b.屈服强度：找到应力应变曲线的拐点或曲线平稳段的切线斜率，根据应力应变关系计算得到。
三轴固结不排水抗剪强度指标
三轴固结不排水抗剪强度指标
三轴固结不排水抗剪强度指标是描述土壤或岩石在不允许孔隙水流动情况下，承受剪切应力的能力的指标。
在三轴试验中，常用的不排水抗剪强度指标有：
1. 内摩擦角（φ）：表示土壤或岩石颗粒间相互间的阻力程度
的指标。
内摩擦角越大，抗剪强度越高。
2. 剪切强度（C）：表示土壤或岩石内部的黏聚力的指标。
黏
聚力是由于颗粒间的吸附力、吸附力和电化学作用等引起的，抗剪强度主要靠黏聚力提供。
3. 上屈服stress（Su）：表示在最大剪切应力前的土体应力松
动程度或软化程度的指标。
上屈服stress一般会比抗剪强度小。
在三轴试验中，通过施加不排水条件，即孔隙水不被允许流出或进入土体，可以测定土壤或岩石的不排水抗剪强度指标。
这些指标在土力学、岩土工程设计和土地科学等领域具有重要的应用价值。
第三次课 岩石的拉伸、剪切以及三轴压缩试验
现场直剪试验（平推法和斜推法）
变角板剪切试验
根据力的平衡原理，作用 于剪切面上的法向力N和切向力 T可按下式计算：
N P cos f sin A A T P sin f cos A A
优点？缺点？
τ f(Mpa)
σ （MP
2.
抗切试验（下图分别为单剪和双剪试验）：剪切面无压应力的剪切试验3.
弱面抗剪强度（摩擦强度）试验：
摩擦强度 残余强度 非弹性变形
四、三轴压缩状态下的岩石变形特性
1、岩石在常规三轴试验条件下的变形特性
岩石在常规三轴试验条件下的莫尔强度包络线
直线型莫尔强度包络线
曲线型莫尔强度包络线
常规三轴压缩试验中围压对岩石刚度的影响
常规三轴压缩试验中围压对岩石变形及其强度的影响
（3）点荷载试验法
Is P / y2
t t
kt I s ( 50 )
P kt y2
三
岩石的抗剪强度
定义 指岩石在一定的应力条件下（主要指 压应力），所能抵抗的最大剪应力，常 用 表示
1.
抗剪断强度试验（下图为试验室直剪试验）：
P A
T A
tan c
2、岩石在真三轴试验条件下的变形特性
现场三轴压缩试验
4
3 2 1 7 5 6
补充知识：岩石的扩容
扩容----所谓扩容,是指岩石受外力作用后,发生非
弹性的体积膨胀,并且该体积膨胀不可逆，标志是岩石
的泊松比大于0.5。 岩石试件在不断加载过程中，由于试件中产生微裂
纹的张开、扩展、贯通等现象，使岩石内的孔隙不断增
1岩石在常规三轴试验条件下的变形特性曲线型莫尔强度包络线岩石在常规三轴试验条件下的莫尔强度包络线直线型莫尔强度包络线常规三轴压缩试验中围压对岩石刚度的影响常规三轴压缩试验中围压对岩石变形及其强度的影响2岩石在真三轴试验条件下的变形特性现场三轴压缩试验补充知识
岩石三轴压缩强度的测试和解释
岩石三轴压缩强度的测试和解释岩石是地质体中的一种常见材料，其力学性质对于工程建设和地质研究具有重要意义。
岩石的三轴压缩强度是评估其抗压能力的重要指标之一。
本文将介绍岩石三轴压缩强度的测试方法及其解释。
一、测试方法1. 样品制备：从研究区域地质剖面中采集岩心或岩样，保证样品的完整性和代表性。
根据实际需要，将样品修整为规定的几何形状，如圆柱体或长方体。
2. 试样尺寸和形状：根据岩石类型和实验目的，选择试样的尺寸和形状。
常见的试样形状有圆柱体和球体，尺寸则应根据具体实验要求进行确定。
一般要求试样尺寸在一定范围内，以保证实验结果的可比性。
3. 试验设备：进行岩石三轴压缩强度测试，需要使用专用的试验设备，如岩石三轴试验机。
该设备主要由负荷装置、围压装置、应变测量装置和数据采集系统组成。
4. 实验过程：将试样置于试验机上，施加垂直于试样表面的压力，即围压。
同时，在试样的另一侧施加两个垂直方向的应力，即主应力。
应力的施加可通过液压或机械方式实现。
增加主应力的大小和速度要逐渐进行，以保证试样不发生失稳破坏。
5. 强度参数确定：在试验过程中，记录试样的应变和承受的应力。
根据试验数据，确定岩石的三轴压缩强度参数，如强度曲线、极限强度、应力应变曲线等。
二、解释1. 强度曲线：在三轴压缩试验中，通过改变应力状态下的应变量，绘制出岩石试样的应力-应变曲线。
该曲线反映了试样的变形特性和强度状况。
一般来说，岩石的应力-应变曲线表现为线性变化，在达到极限强度点后呈现非弹性变化。
2. 极限强度：岩石的极限强度是指在岩石试样受到最大应力时发生破坏的强度。
通过三轴压缩试验可以确定岩石的极限强度，并用于评估其抗压能力。
3. 应力应变曲线：应力应变曲线是描述岩石在三轴压缩过程中应力和应变关系的图像。
从应力应变曲线中可以获得岩石的变形特性和性能参数，如弹性模量、刚度等。
4. 强度参数的影响因素：岩石的三轴压缩强度受到多种因素的影响，如岩石的物理性质、孔隙率、围压大小、岩石结构和温度等。
岩石三轴强度实验细则
试验五 岩石三轴剪切强度试验（一）目的与意义测定在有限侧压条件下，岩石根据强度及变形特征，并借助三轴实验，结合抗拉，抗压实验结果，确定岩石的极限应力圆包络线（强度包络线）。
（二）定义 是指岩石在三向应力作用下，抵抗破坏的能力。
岩石三轴试验是将岩石样品放在三向应力状态下的压力室内，测其强度和变形，通过试验可确定岩石的强度包络线，并计算出内聚力c 和内摩擦系数。
（三）基本原理岩石室内三轴实验是在三向应力状态下测定和研究岩石试件强度及变形特征的一种室内实验。
本实验是在13δδδ<=条件下进行的，即为常规三轴实验。
（一）设备与材料1． 实验设备：（1）岩石三轴应力实验机；（2）压力室；（3）油泵；（4）岩石钻样机；（5）岩石切样机；（6）岩石磨平机2． 实验材料：（1）液压油；（2）游标卡尺；（3）乳胶膜；（4）三角尺；（5）量角器；（6）活扳子；（7）螺丝刀；（8）记号笔；（9）钳子；（10）记录纸；（11）标准岩石样品50×100mm ；（12）胶布；（13）电笔。
三轴试验：1、真三轴：1σ>2σ>3σ;2、假三轴（常规三轴）：1σ>2σ＝3σ，等围压。
岩石三轴试验机是在普通压力机上装配成符合技术要求的三轴压力室，压力室必需有保持侧压力稳定的稳压装置。
（二）试验步骤岩石三轴试验机是在普通压力机上装配成符合技术要求的三轴压力室，压力室必须有保持侧压力稳定的稳压装置。
1．三轴试验样品数量不少于5块，不同围压1块；加工精度，测量试件尺寸：1）尺寸：（1）圆柱体试件直径Φ48~54mm ，高100mm ；（2）试件直径与高度，或边长之比为1：2.00~2.50。
2）精度：（1）、两端面的平行度最大误差不超过0.05mm ；（2）、在试件整个高度上，直径误差不超过0.3mm ；（3）、端面应垂直试件轴，最大偏差不超过0.25度。
2 ．测量好试件尺寸后，用耐油橡胶或乳胶质保护套，能有效防止油液与样品接触。
三轴试验的抗剪强度线
三轴试验的抗剪强度线
三轴试验是一种常用的岩石力学试验方法，用于研究岩石的强度和变形特性。
抗剪强度是指岩石在受到剪切力作用下能够抵抗破坏的能力。
在三轴试验中，岩石样品被放置在一个圆柱形的试样室中，并施加垂直于试样轴向的压力。
同时，在试样的顶部和底部施加一对相等大小的水平剪切力。
随着施加的剪切力的增加，试样开始发生变形和破坏。
通过测量施加的压力和剪切力，可以得到岩石的应力-应变关系。
抗剪强度线是指岩石的剪切强度与应变之间的关系。
在三轴试验中，通常会绘制剪切强度与剪应变的曲线。
这条曲线可以用来描述岩石在不同应力水平下的剪切性质。
曲线的形状和特征可以提供有关岩石的力学性质和稳定性的信息。
在剪切强度-剪应变曲线上，通常会观察到几个特征点。
其中，最重要的特征点是最大剪切强度点，即岩石达到最大强度时的剪应变。
其他特征点还包括抗剪裂纹形成点和抗剪破坏点。
这些特征点可以用来评估岩石的强度、变形性能和断裂模式。
总之，抗剪强度线是描述岩石在三轴试验中剪切强度与剪应变关系的曲线。
它是评估岩石力学特性和稳定性的重要工具。
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）
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。
岩石力学考试试题
岩石力学考试试题一、选择题（每题2分，共20分）1. 岩石的弹性模量和泊松比之间的关系是：A. 正比B. 反比C. 无关D. 依赖于岩石类型2. 岩石的单轴抗压强度通常采用以下哪种方法确定？A. 直剪试验B. 三轴压缩试验C. 拉伸试验D. 巴西试验3. 岩石的破坏模式主要包括：A. 剪切破坏B. 拉伸破坏C. 压缩破坏D. 所有以上4. 岩石质量评定标准（RMR）是由哪位科学家提出的？A. BieniawskiB. BartonC. HoekD. Terzaghi5. 岩石的三轴强度参数包括：A. 内摩擦角和黏聚力B. 弹性模量和泊松比C. 抗压强度和抗拉强度D. 伸长率和断面收缩率6. 岩石的蠕变破坏是指：A. 岩石在持续荷载作用下缓慢变形直至破坏B. 岩石在瞬间荷载作用下迅速破坏C. 岩石在温度变化下的变形D. 岩石在化学作用下的破坏7. 岩石的动态弹性模量通常：A. 高于静态弹性模量B. 低于静态弹性模量C. 等于静态弹性模量D. 与静态弹性模量无关8. 岩石的裂隙水压力对岩石稳定性的影响是：A. 增加稳定性B. 减少稳定性C. 无影响D. 影响不确定9. 岩石力学中的拉梅参数（Lamé parameters）用于描述：A. 岩石的弹性特性B. 岩石的塑性特性C. 岩石的破坏特性D. 岩石的渗透特性10. 岩石的疲劳破坏是指：A. 岩石在重复荷载作用下逐渐失去强度直至破坏B. 岩石在单次荷载作用下迅速破坏C. 岩石在化学腐蚀作用下破坏D. 岩石在高温作用下破坏二、填空题（每题2分，共20分）1. 岩石的三轴抗压强度是指岩石在__________、__________和__________三个方向上的压应力作用下所能承受的最大压力。
2. 岩石的强度是指岩石在外力作用下抵抗__________而不发生破坏的能力。
3. 岩石的变形性是指岩石在力的作用下发生__________而不失去完整性的能力。
岩石三轴抗剪强度的计算
岩石三轴抗剪强度的计算岩石三轴抗剪强度是岩石力学性质中重要指标之一，在岩石开采过程中具有重要作用。
岩石三轴抗剪强度的计算需要明确岩石的组成、质量、孔隙度、孔容等信息，进而借助复杂的数学模型进行多次模拟累乘计算，结果可以推断出岩石抗剪强度。
岩石三轴抗剪强度由岩石的物相、尺寸、应力场环境等因素共同决定，对物相的影响比较大，将影响决定岩石抗剪强度的质量因素分为岩石的构成、孔隙度和孔容三部分。
在岩石构成方面，岩石具有抗压强度和抗拉强度，岩石抗剪强度可以从抗压和抗拉强度中计算出来；孔隙度和孔容这两个因素也是决定岩石抗剪强度的重要因素，它们能够准确反映使岩石受损的原因。
通过上述分析，可以看出，正确地实施岩石三轴抗剪强度计算是重要的，以便于应对诸多错综复杂的地质条件及开采环境，促进岩石有效利用。
同时，理解原理，掌握计算方法，也是增加对地层结构的认识，提高岩石利用率，满足工程需求的有效途径。
参考答案：岩石三轴抗剪强度是衡量岩石力学性质的重要指标，在岩石开采过程中至关重要，因此准确有效地计算岩石三轴抗剪强度，进而判断岩石的抗剪性能，对于开采过程乃至工程建设有着至关重要的意义。
岩石三轴抗剪强度的计算需要先确定岩石的组成、质量、孔隙度和孔容，进而借助复杂的数学模型，多次迭带模拟计算，从而确定岩石抗剪强度。
岩石抗剪强度受到岩石物相、尺寸、应力场等多种因素的共同影响，其中关系最密切的是岩石的构成、孔隙度和孔容的质量因素，影响较大，从这些因素中可以从抗压强度和抗拉强度中计算出岩石抗剪强度。
因此，正确执行岩石三轴抗剪强度的计算，可以有助于应付复杂的地质条件，提高岩石的有效利用，降低开采成本。
此外，把握岩石抗剪强度计算原理，掌握计算方法，还可以有效提高对地层结构的认识，从而满足工程需求。
岩石的三轴强度
影响常规三轴压缩强度的因素 1 侧向压力（围压） 侧向压力（围压） 2 试样尺度效应：长度和体积 试样尺度效应：
360
B
300 240
40 MPa
20 MPa
σS／MPa
180 120 60 25 45 65
10 MPa
试样直径 50 mm
0MPa
85
105
L／mm
不同围压下三轴强度与试样长度的关系
影响常规三轴压缩强度的因素 1 侧向压力（围压） 侧向压力（围压） 2 试样尺度效应：长度和体积 试样尺度效应：
3
加载路径：卸载路径， 加载路径：卸载路径，降围压试验
岩体不仅是一种材料， 岩体不仅是一种材料，而且还是一个复杂的应力 应变环境。地下工程、 应变环境。地下工程、边坡工程的开挖实际上就 是岩体在某一方面的应力或应变得到释放， 是岩体在某一方面的应力或应变得到释放，从而 破坏了原有的力学平衡状态，使岩体产生新的变 破坏了原有的力学平衡状态， 甚至断裂、破碎。 形，甚至断裂、破碎。 研究岩体在应力卸载过程中的破坏，对理解地震 研究岩体在应力卸载过程中的破坏， 发生也具有重大的理论意义。 发生也具有重大的理论意义。 值得一提的是，三峡工程永久船闸是在大山体中 值得一提的是， 刻槽开挖形成的，闸室段长1617 1617米 刻槽开挖形成的，闸室段长1617米；最大边坡开 挖深度170 170米 一般在50 120米 开挖坡度30 50～ 30～ 挖深度170米，一般在50～120米；开挖坡度30～ 90° 其中闸室深槽为90 90° 90°，其中闸室深槽为90°。为此开展了大规模 的岩石卸荷力学的研究 。
岩石的三轴强度
常规三轴压缩的破坏形态
θ0 = 45o+ φ/2 ？？
岩石力学
1.岩石力学:岩石力学是一门研究岩石的物理、化学、力学性质的和岩体在环境条件下及荷载作用下应力、变形、和稳定性的学科，是固体力学的一个分支。
2.单轴抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力。
三轴抗压强度：岩石在三轴压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大应力。
抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏时所能承受的最大抗应力。
抗剪强度：岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力。
3.岩石的流变：岩石的应力—应变关系于试件因素有关的性质，主要变现为蠕变、松弛、弹性后效和粘性流动。
蠕变：当应力不变时变形随时间增长的现象。
4.蠕变：当应力不变时变形随时间增长的现象。
松弛：当应变不变时，应力随时间增加而减小的现象。
粘性流动是蠕变一段时间后卸载，部分应变永久不回复的现象。
5..国际岩石力学学会将直径为50mm的圆柱体试件径向加载点荷载试验的强度指标值Is（50）确定为标准试验值。
6.7.莫尔强度理论：岩石材料达到极限状态时，某剪切面上的剪应力达到一个取决于正应力于岩石材料性质的最大值。
8.剪切模量：发生单位剪切变形所需要施加的剪应力泊松比：横向应变值比纵向应变值.9。
弹性模量：岩石发生单位变形所需要施加的力。
扩容现象：在法向应力作用下沿着具有一定粗糙度的裂面剪切时所产生的体积膨胀现象。
10.尺寸效应：岩体的力学性质因试件的尺寸不同而变化的现象。
岩体的初始应力:岩体在天然状态下所存在的内在应力。
11.凯泽效应:当应力达到和超过历史最高水平后，则最大点产生省发射。
凯泽点：从很少产生发射到大量产生发射的转折点12.地下硐室：指人工开挖或天然存在于岩体中具有不同断面形态和尺度特征且有不同用途的地下岩体空间结构。
13.围岩压力：指硐室周围岩体作用于支护结构上的荷载。
围岩应力：应力重分布后岩体中形成的新的平衡应力场。
(狭义地压)围岩压力：指围岩作用在支架上的压力。
（广义地压）：地下岩体因开挖所引起的力学效应的总称。
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影响常规三轴压缩强度的因素1ຫໍສະໝຸດ 侧向压力（围压）2
试样尺度效应：长度和体积
360
B
300 240
40 MPa
20 MPa
σS／MPa
180 120 60 25 45 65
10 MPa
试样直径 50 mm
0MPa
85
105
L／mm
不同围压下三轴强度与试样长度的关系
影响常规三轴压缩强度的因素
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岩石的三轴强度
常规三轴压缩的破坏形态
θ0 = 45o+ φ/2 ？？
影响常规三轴压缩强度的因素 1 侧向压力（围压）
三轴强度与围压的关系 Confining pressure
泥
岩 s Q K 3
常规三轴压缩试验
围压增加－三向抗压强度增加； 峰值变形增加； 弹性极限增加； 岩石由弹脆性 — 弹 塑性—应变硬化转变
X
Y
Z
影响常规三轴压缩强度的因素
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侧向压力（围压） 试样尺度效应：长度和体积 加载路径：卸载路径，降围压试验 孔隙压力，试样的包裹、密封 试样质量等，
真三轴压缩试验
1 2
试样的形状、加载的方式 典型的试验结果
B A
Fig. 10
true triaxial
test results in Westerly
侧向压力（围压） 试样尺度效应：长度和体积 加载路径：卸载路径，降围压试验
岩体不仅是一种材料，而且还是一个复杂的应力 应变环境。地下工程、边坡工程的开挖实际上就 是岩体在某一方面的应力或应变得到释放，从而 破坏了原有的力学平衡状态，使岩体产生新的变 形，甚至断裂、破碎。 研究岩体在应力卸载过程中的破坏，对理解地震 发生也具有重大的理论意义。 值得一提的是，三峡工程永久船闸是在大山体中 刻槽开挖形成的，闸室段长1617米；最大边坡开 挖深度170米，一般在50～120米；开挖坡度30～ 90°，其中闸室深槽为90°。为此开展了大规模 的岩石卸荷力学的研究 。
D C
granite, plotted as the peak σ1 versus σ2 for several constant σ3
E
Y
F
magnitudes
G
X
E F H I
A B
D C
G
J
Fig. 10 true triaxial test results in KTB amphibolite（角闪岩）