岩石力学讲课稿
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• 实际的荷载形式是多种多样的，它使任何单一的 岩石破坏模式都不会居主要的地位。在荷载作用 下，岩体实际的破坏情况是相当复杂的，它可能 是由上述的一种或多种破坏模式。
第三节 岩石的抗压强度
• 岩石的抗压强度是岩石试件在单轴压力下抵抗破 坏的极限能力，或极限强度在数值上等于破坏时 的最大压应力。（分饱和和天然状态）
• 6、剪切要求：剪切缝宜控制在0.5cm～2.0cm之 间在试样剪切过程中须采用恒压装置，使法向应 力保持常数。
• 试验完毕后按下式计算各级法向荷载下的法向应 力和剪应力：
• 2 试验方法上的因素或人为因素，如试件形 状、尺寸、大小，试件加工情况和加荷速 率等
• 各因素的影响见书中P33-34
第四节 岩石的抗拉强度
• 岩石的抗拉强度就是岩石试件在单轴 拉力作用下抵抗破坏的极限能力。或 者说极限强度在数值上等于破坏时的 最大拉应力。
• 岩石的抗拉强度比其抗压强度低得多。
岩石力学
第二节 岩石的破坏形式
• 岩石的破坏形式分三种：脆性破坏、延性 破坏、弱面剪切破坏
• A 脆性破坏（水平面脆性、垂直面脆性、 脆性剪切破坏）
• 大多数坚硬岩石在一定条件下都表现出脆 性破坏的性质。也就是说，这些岩石在荷 载作用下没有显著觉察的变形就突然破坏。 产生这种破坏的原因可能是岩石中裂隙发 生和发展的结果。(地下洞室开挖洞顶的张裂隙)
• 2 劈裂法试验：劈裂法是在圆柱体试样的直径方 向上，施加相对的线形荷载使试样沿该直径平面 破坏的试验。试验采用压力机加压，采用直径 D=5cm，厚度l=(0.5-1)D的标准圆柱体，以 0.29MPa/s--0.49MPa/s的加载速率沿某一直径的 两端施加相对的压荷载，加压前须在直径两端设 置垫条，以便压力沿垫条成均布线荷载作用于试 样的厚度l上，逐渐加大压力直到试样沿该直径平 面裂开。
• 3 试样的数量：每组不得少于5对(以便重复 试验)。
• 4 试验加荷方向及大小：应使受剪面方向与建筑 物的受力方向大致一致，在安装法向和切向加荷 系统时，应保证法向力和剪切力的合力通过剪切 面的中心。
• 5、选择的法向应力：一般应大于或等于设计应力。 对于充填夹泥的结构面试验，法向应力的选择， 以不挤出夹泥为原则，而法向荷重则分4-5级施加。
• 岩石的抗压强度：现场取样-入实验室-样品成型试件-压力机-加压试验测定-结果统计分析-取值。
• 试件—圆柱形、立方形。
• 试件尺寸：圆柱形—直径D=5cm、7cm
立方状—5cm×5cm、7cm×7cm
• 试件高度h应当满足下列条件
• 圆柱体：
立方体：
• 试件两端应当平整光滑，端面三相平行与柱体轴 线垂直。对于圆柱形试件，沿试件各截面的直径 误差应不大于0.3mm，两端面不平行度最大不超 过0.05mm，试验时以每秒0.5MPa--0.8MPa的加 荷速率加荷直至试件破坏，试验结果按下式计算 抗压强度：
• 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，表3-1为某些岩 石的抗拉强度供参考。
• 岩石的抗拉实验：实验原理、仪器构造、数 据处理
第五节 岩石的抗剪强度
• 岩石抗剪强度是岩石抵抗剪切破坏的极限能力， (凝聚力C和内摩擦角φ) 是重要的指标之一。
• 工程上需要测定的抗剪强度大致有以下三种： • ⑴岩石岩体的抗剪强度 • ⑵岩体软弱结构面的抗剪强度 • ⑶混凝土与岩石胶结面的抗剪强度
• 岩石的抗剪强度指标常用直剪试验、楔型剪切实验和三轴 试验三种，直剪试验、三轴试验其测定原理和方法与土力 学中的直剪、三轴试验完全相同。
• 岩石的三种破坏形式
• 试验表明，岩石在破坏前后的应力--应变关系比金 属材料复杂得多，岩石究竟属于脆性材料还是属 于塑性材料，这不仅取决与岩性，且受应力状态， 地温，受荷时间等多种因素的影响。（例：坚硬 岩石一般属于脆性破坏，但在两向或三向受力较 大的情况下，或者在高温的影响下，也可能延性 破坏）
• B 延性破坏
• 岩石在破坏之前变形很大，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，这种破坏称 为延性或韧性破坏。塑性变形是岩石内结晶晶格錯 位的结果。在一些软弱岩石中这种破坏较为常见。 (洞室的底部岩石隆起，两侧围岩向洞内膨胀)
• 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）
• 测定岩石抗拉强度有两种方法，即直 接拉伸法和劈裂法（也称巴西试验 法）。
1 岩石直接拉伸试验：试验时将这种试件两端 固定在拉力机上，然后对试样施加轴向拉力， 直至试件破坏，试件的抗拉强度为： Rt---岩石的抗拉强度 Pt---试件破坏时的最大拉力 A---试件中部的横截面积 优点：方法直观、概念明确、成果可靠。 缺点：试样制备困难，它不易与拉力机固定， 而且在试样断裂处附近往往有应力集中现象， 同时难免在试件两端面有弯矩。
Rc---岩石单轴抗压强度(MPa) P---岩石试件破坏时的荷载(MN) A---试件的横断面面积(m)
• 表3-1 岩石的单轴抗压强度和抗拉强度
• 影响岩石的抗压强度的因素很多，这些因 素可分为两方面：
• 1 岩石本身的因素，如矿物成分、结晶程度 颗粒大小、颗粒联接及胶结情况、密度、 裂隙的特性和方向、风化程度和含水情况 等。
• 1直剪试验 • 直剪试验的受源自文库方式示意图如下：
• 现场直接剪切实验示意图
• 直接剪切实验的注意事项：
• 1 对软弱结构面试样，应尽量保持原状结构， 防止结构面被扰动。
• 2 对于加工困难的试件，允许采用不规则试 样，节理裂隙发育的岩石，须用铁丝捆扎并 用泥浆保护；对岩块试样须用高强度的钢筋 或钢型外框包裹。
第三节 岩石的抗压强度
• 岩石的抗压强度是岩石试件在单轴压力下抵抗破 坏的极限能力，或极限强度在数值上等于破坏时 的最大压应力。（分饱和和天然状态）
• 6、剪切要求：剪切缝宜控制在0.5cm～2.0cm之 间在试样剪切过程中须采用恒压装置，使法向应 力保持常数。
• 试验完毕后按下式计算各级法向荷载下的法向应 力和剪应力：
• 2 试验方法上的因素或人为因素，如试件形 状、尺寸、大小，试件加工情况和加荷速 率等
• 各因素的影响见书中P33-34
第四节 岩石的抗拉强度
• 岩石的抗拉强度就是岩石试件在单轴 拉力作用下抵抗破坏的极限能力。或 者说极限强度在数值上等于破坏时的 最大拉应力。
• 岩石的抗拉强度比其抗压强度低得多。
岩石力学
第二节 岩石的破坏形式
• 岩石的破坏形式分三种：脆性破坏、延性 破坏、弱面剪切破坏
• A 脆性破坏（水平面脆性、垂直面脆性、 脆性剪切破坏）
• 大多数坚硬岩石在一定条件下都表现出脆 性破坏的性质。也就是说，这些岩石在荷 载作用下没有显著觉察的变形就突然破坏。 产生这种破坏的原因可能是岩石中裂隙发 生和发展的结果。(地下洞室开挖洞顶的张裂隙)
• 2 劈裂法试验：劈裂法是在圆柱体试样的直径方 向上，施加相对的线形荷载使试样沿该直径平面 破坏的试验。试验采用压力机加压，采用直径 D=5cm，厚度l=(0.5-1)D的标准圆柱体，以 0.29MPa/s--0.49MPa/s的加载速率沿某一直径的 两端施加相对的压荷载，加压前须在直径两端设 置垫条，以便压力沿垫条成均布线荷载作用于试 样的厚度l上，逐渐加大压力直到试样沿该直径平 面裂开。
• 3 试样的数量：每组不得少于5对(以便重复 试验)。
• 4 试验加荷方向及大小：应使受剪面方向与建筑 物的受力方向大致一致，在安装法向和切向加荷 系统时，应保证法向力和剪切力的合力通过剪切 面的中心。
• 5、选择的法向应力：一般应大于或等于设计应力。 对于充填夹泥的结构面试验，法向应力的选择， 以不挤出夹泥为原则，而法向荷重则分4-5级施加。
• 岩石的抗压强度：现场取样-入实验室-样品成型试件-压力机-加压试验测定-结果统计分析-取值。
• 试件—圆柱形、立方形。
• 试件尺寸：圆柱形—直径D=5cm、7cm
立方状—5cm×5cm、7cm×7cm
• 试件高度h应当满足下列条件
• 圆柱体：
立方体：
• 试件两端应当平整光滑，端面三相平行与柱体轴 线垂直。对于圆柱形试件，沿试件各截面的直径 误差应不大于0.3mm，两端面不平行度最大不超 过0.05mm，试验时以每秒0.5MPa--0.8MPa的加 荷速率加荷直至试件破坏，试验结果按下式计算 抗压强度：
• 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，表3-1为某些岩 石的抗拉强度供参考。
• 岩石的抗拉实验：实验原理、仪器构造、数 据处理
第五节 岩石的抗剪强度
• 岩石抗剪强度是岩石抵抗剪切破坏的极限能力， (凝聚力C和内摩擦角φ) 是重要的指标之一。
• 工程上需要测定的抗剪强度大致有以下三种： • ⑴岩石岩体的抗剪强度 • ⑵岩体软弱结构面的抗剪强度 • ⑶混凝土与岩石胶结面的抗剪强度
• 岩石的抗剪强度指标常用直剪试验、楔型剪切实验和三轴 试验三种，直剪试验、三轴试验其测定原理和方法与土力 学中的直剪、三轴试验完全相同。
• 岩石的三种破坏形式
• 试验表明，岩石在破坏前后的应力--应变关系比金 属材料复杂得多，岩石究竟属于脆性材料还是属 于塑性材料，这不仅取决与岩性，且受应力状态， 地温，受荷时间等多种因素的影响。（例：坚硬 岩石一般属于脆性破坏，但在两向或三向受力较 大的情况下，或者在高温的影响下，也可能延性 破坏）
• B 延性破坏
• 岩石在破坏之前变形很大，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，这种破坏称 为延性或韧性破坏。塑性变形是岩石内结晶晶格錯 位的结果。在一些软弱岩石中这种破坏较为常见。 (洞室的底部岩石隆起，两侧围岩向洞内膨胀)
• 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）
• 测定岩石抗拉强度有两种方法，即直 接拉伸法和劈裂法（也称巴西试验 法）。
1 岩石直接拉伸试验：试验时将这种试件两端 固定在拉力机上，然后对试样施加轴向拉力， 直至试件破坏，试件的抗拉强度为： Rt---岩石的抗拉强度 Pt---试件破坏时的最大拉力 A---试件中部的横截面积 优点：方法直观、概念明确、成果可靠。 缺点：试样制备困难，它不易与拉力机固定， 而且在试样断裂处附近往往有应力集中现象， 同时难免在试件两端面有弯矩。
Rc---岩石单轴抗压强度(MPa) P---岩石试件破坏时的荷载(MN) A---试件的横断面面积(m)
• 表3-1 岩石的单轴抗压强度和抗拉强度
• 影响岩石的抗压强度的因素很多，这些因 素可分为两方面：
• 1 岩石本身的因素，如矿物成分、结晶程度 颗粒大小、颗粒联接及胶结情况、密度、 裂隙的特性和方向、风化程度和含水情况 等。
• 1直剪试验 • 直剪试验的受源自文库方式示意图如下：
• 现场直接剪切实验示意图
• 直接剪切实验的注意事项：
• 1 对软弱结构面试样，应尽量保持原状结构， 防止结构面被扰动。
• 2 对于加工困难的试件，允许采用不规则试 样，节理裂隙发育的岩石，须用铁丝捆扎并 用泥浆保护；对岩块试样须用高强度的钢筋 或钢型外框包裹。