高等岩石力学教案2009-02

直接试验方法之一
直接试验方法之二
间接试验方法-巴西试验(劈裂试验)： z试件形状： Ф50×25mm3 (圆饼试件) z试验设备与方法 z计算公式
间接试验方法一巴西试验（劈裂试验）
单轴抗拉强度： MTS815岩石力学试验系统中巴西试验装置示意图
间接试验方法一梁的弯曲试验
间接试验方法-梁的弯曲试验： z试件形状 z试验设备与方法 z计算公式
加、卸载值固定时
c.岩石变形的一般特征之四 对于节理、裂隙较多的岩石，在受载初 期，一般都显示出具有一个节理、裂隙闭 合的过程，即在应力－应变曲线上表现为 塑弹性，而对于结构致密坚硬的岩石，则 在应力－应变曲线上表现为弹脆性。
上限应力值逐渐增加时
c 岩石变形的一般特征：
c.岩石变形的一般特征之五 在描述岩石的变形特性时，所采用的 “ 线性 ” 、 “ 可逆 ” 等等术语，都是简化近似 的概念，而像 “ 弹性极限 ” 、 “ 弹性模量 ” 、 “泊松比”等材料参数也都是在一定条件下 的近似值或平均值。
抗剪切强度实验的分类：
b. 非限制性剪切强度试验 z单面剪切试验 z双面剪切试验 z冲击剪切试验 z扭转剪切试验
限制性剪切强度试验
非限制性剪切强度试验
限制性剪切强度试验装置 c. 限制性剪切强度试验
z直剪仪压剪试验 z角模压剪（变角剪切、倾斜压模剪切）试验
直剪仪压剪试验
角模压剪试验 (亦称变角剪切 试验或倾斜压 模剪切试验)
d. 试验曲线分析－剪切强度
d. 试验曲线分析－不同正应力条件下剪应力－位移曲线
a 定义与分类
G 三轴抗压强度 P35 a.定义与分类 b.常规三轴加载及其强度 c.真三轴加载及其强度
z定义：为限制性抗压强度 z分类： 常规三轴抗压强度： 常规三轴加载，立方体试件 真三轴抗压强度： 真三轴加载，圆柱体试件
c.岩石变形的一般特征之三
在反复加、卸载过程中，每对加、卸载曲线 都不互相重合，其间呈现所谓 “ 塑性滞环 ” 现 象，这表明岩石在反复加、卸载过程中，其应 力－应变曲线具有明显的非单值性。但若将 加、卸载值固定，并反复进行，则相应的 “ 塑 性滞环 ” 的面积将可能随加、卸载循环次数的 递增而减少，且其卸载至零时的永久变形量也 随循环次数的递增而降低。
¾试件形状与尺寸 ¾试件个数 ¾端面平行度 ¾端面与侧面平整度 ¾端面处理 ¾静态加载速率或应变速率 ¾实验环境条件――温度与湿度
岩石强度的分类：
¾ 单轴抗压强度 ¾ 单轴抗拉强度 ¾ 抗剪切强度 ¾ 三轴抗压强度 ¾ 破坏后强度
岩 样 采 集 及 其 基 本 要 求
C 单轴抗压强度 z定义与计算式 z实验用设备 z三种主要破坏形式 z端面约束效应 z高径（宽）比对单轴抗压强度的影响
Is =
P y2
D 点荷载强度 P38
z实验设备： 液压泵、千斤顶、圆锥形加压头 z试件形状：Ф25－50mm的岩芯 z强度指标IS与IS(50)：
E 单轴抗拉强度
z定义与计算式 z直接试验方法 z间接试验方法
z单轴抗压强度与IS(50)间的关系：
定义与计算式:
岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能 承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度 (tensile strength) ，或简称为抗拉强度，理想化 的实验受力状态如右下图所示。通常 以T或 σ t 表示单轴抗拉强度，其值等 于达到破坏时的最人轴向拉力 Pt 除以 试件的横截而积A．即： P σt = t A
A 岩石强度的定义及其分类
z 岩石强度的定义：即岩石在各种不同荷载作用
下达到破坏时所能承受的最大应力。
z 影响岩石强度的主要因素：
试件尺寸、形状、三维尺寸比例 载荷条件、加载或变形速率、加载路径 温度、湿度
z 试件加工精度：(国际岩石力学学会)ISRM标准
国际岩石力学学会建议标准内容框架：
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
z莫尔强度包络线
c 真三轴加载及其强度 z真三轴加载方式及其实验装置
z三种主要拟合方式
直线型或双直线型 抛物线型 双曲线型
d 岩石变形的三种基本类别 z弹性变形 z塑性变形 z粘性变形
弹性变形： 在受外力作用的瞬间即 产生全部变形，而去除外 力(卸载)后又能立即恢复其 原有形状和尺寸的变形。
塑性变形： 受外力作用后产生 变形，在外力去除 ( 卸 载 ) 后变形不能完全恢 复的变形。
粘性变形： 受外力作用后变形 不能在瞬时完成，且 其应变率随应力增加 而增加的变形。
岩石端面的复杂应力状态分析：
岩石端面的复杂应力状态分析：
特殊形状的试件：
改善端面约束效应的几种主要方法： ¾ 接触面间插入缓冲材料：黄油、紫 铜片、纸板、橡胶等 ¾ 加工特殊形状的试件 ¾ 国际岩石力学学会推荐相同形状尺 寸的钢压板
高径（宽）比对单轴抗压强度的影响：
D 点荷载强度指标
这是一种最简单的岩石 强度试验，所获得的强度 指标可作为岩石分级的标 准，也可用于推算岩石单 轴抗压强度。
z中间主应力对岩石强度的影响
z真三轴加载方式及其实验装置 H 破坏后强度 a.半程压缩试验与全程压缩试验 b.刚性伺服材料试验机 c.全应力－应变曲线及其工程意义
a 半程压缩试验与全程压缩试验 z半程压缩试验条件下的变形曲线 z压缩实验系统受力分析 z全程压缩试验条件下的变形曲线
b 刚性伺服材料试验机 z刚性试验机 z液压伺服控制系统
A.概述 B.单轴压缩荷载条件下岩石的变形特征 C.三轴压缩荷载条件下岩石的变形特征 D.循环载荷条件下岩石的变形特征 E.岩石变形指标及其确定 F.岩石的扩容 I.岩石的各向异性
A. 概述 a.岩石变形的定义 b.岩石变形的表示方法 c.岩石变形的一般特征 d.岩石变形的三种基本类别
b.岩石变形的表示方法 a.岩石变形的定义 所谓岩石的变形是指岩石在外界因素的 影响下，所产生的形态变化，而岩石力学 中所讨论的岩石变形，一般是指岩石在外 力作用下所产生的形态变化。 在以应力为纵轴、以应变为横轴的直角 坐标系中绘制的各类应 力－应变关系曲线，如 轴向应力－纵向应变曲 线、轴向应力－横向应 变曲线、轴向应力－体 应变曲线等来表述。
σc =
P A
实验用设备示意图
岩石常见破坏形式素描图：
三种常见的破坏形式：
共轭斜面剪切破坏
单斜面剪切破坏 拉伸破坏(纵向劈裂破坏)
材料的泊松效应以及岩石端面与钢压板间的摩擦：
端面约束效应：
z 材料的泊松效应 z 岩石端面与钢压板间的摩擦 z 岩石端面的复杂应力状态分析 z 改善端面约束效应的几种主要方法 由于岩石与钢承压板的泊松 效应不同，将在其接触面上引 起相对错动，由此在接触面上 产生摩擦力F。
c 全应力－应变曲线及其工程意义
z全应力－应变曲线： z工程意义： 预测岩爆 预测蠕变破坏 预测循环加载条件下岩石的破坏
工程意义－预测岩爆
工程意义－预测蠕变破坏
注：蠕变终止轨迹就是在不同应力水平下蠕变终止点的连线。
工程意义－预测循环加载条件下岩石的破坏
I 不同荷载作用下岩石的典型破坏类型：
2) 岩石的变形性质
z岩石一般不遵从虎克定律，在加载过程中也不出现明显的屈服极限点， 其应力－应变曲线也非严格的直线； z岩石一旦在外力作用下产生了变形，不论该变形有多小，卸载后都或多 或少地残留有一定数量的永久变形（亦称塑性变形），且该永久变形的大 小将随外力的增加而增大，该现象在结构疏散或软岩中更为突出； z在反复加、卸载过程中，每对加、卸载曲线都不互相重合，其间呈现所 谓“塑性滞环”现象，这表明岩石在反复加、卸载过程中，其应力－应变曲 线具有明显的非单值性。但若将加、卸载值固定，并反复进行，则相应的 “塑性滞环”的面积将可能随加、卸载循环次数的递增而减少，且其卸载至 零时的永久变形量也随循环次数的递增而降低； z对于节理、裂隙较多的岩石，在受载初期，一般都显示出具有一个节 理、裂隙闭合的过程，即在应力－应变曲线上表现为弹塑性，而对于结构 致密坚硬的岩石，则在应力－应变曲线上表现为弹脆性； z在描述岩石的变形特性时，所采用的“线性”、“可逆”等等术语，都是简化 近似的概念，而像“弹性极限”、“弹性模量”、“泊松比”等材料参数也都是在 一定条件下的近似值或平均值。
b 常规三轴加载及其强度
z加载方式及其实验装置 z莫尔强度包络线 z粘结力与内摩擦角 MTS815 三轴实验装置
周圧下での破壊過程の可視化
O
常规三轴加载方 式及其实验装置
三軸圧縮強度試験中の連続写真
三軸圧縮強度試験中の連続写真
三軸圧縮強度試験中の連続写真
三軸圧縮強度試験中の連続写真
三軸圧縮強度試験中の連続写真
第1章 岩石物理力学性质
1.概述 2.岩石和岩体的基本构成与地质分类 3.岩石的物理性质 4.岩石的力学性质 5.影响岩石力学性质的主要因素 4 岩石的力学性质 1) 岩石的强度 2) 岩石的变形性质
1) 岩石的强度
A 岩石强度的定义及其分类 B 岩石强度试验的基本要求 C 单轴抗压强度 D 点荷载强度 E 单轴抗拉强度 F 抗剪切强度 G 三轴抗压强度 H 破坏后强度 I 不同荷载作用下岩石的典型破坏类型
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮強度試験中の連続写真
三軸圧縮強度試験中の連続写真
三軸圧縮強度試験中の連続写真
三軸圧縮強度試験中の連続写真
三軸圧縮強度試験中の連続写真
三軸圧縮強度試験中の連続写真
クリープ破壊直前の写真撮影
写真撮影システムの構築
開発した写真撮影システムの特徴
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
c.岩石变形的一般特征之二 c.岩石变形的一般特征之一 岩石一般不遵从虎克定律，在加载 过程中也不出现明显的屈服极限点， 其应力－应变曲线也非严格的直线。 岩石一旦在外力作用下产生了变形， 不论该变形有多小，卸载后都或多或少 地残留有一定数量的永久变形（亦称塑 性变形），且该永久变形的大小将随外 力的增加而增大，该现象在结构疏散或 软岩中更为突出。
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
三軸圧縮クリープ試験中の連続写真
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目
重庆大学矿业工程学科工学硕士学位课程
录
高 等 岩 石 力 学
主讲人：许 江
二OLeabharlann Baidu九年十一月
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 第9章
绪论 岩石物理力学性质 岩体力学性质 地应力及其测量 岩石本构关系与强度理论 岩石力学数值分析方法 岩石地下工程 岩石边坡工程 岩石地基工程 岩石力学研究新进展
定义与计算式：
岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的 最大压应力称为岩石的单轴抗压强度(uniaxial compressive strength)，或称为非限制性抗压强度(unconfined compressive strength) ．因为试件只受到轴向压力作 用，侧向没有压力，因此试件变形没有受到限制，如 右下图所示。 国际上通常把单轴抗压强度表示为UCS，我 国习惯于将单轴抗压强度表示为σ c，其值等于 达到破坏时的最人轴向压力P除以试件的横截 而积A．即：
F 抗剪切强度 a.定义与分类 b.非限制性剪切强度试验 c.限制性剪切强度试验 d.试验曲线分析
a. 定义与分类
z 定义：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称为岩石的抗剪切强度 (shear strength)。 z 分类：抗剪切强度实验分非限制性剪切强度 试验(unconfined shear strength)和限制性剪 切强度试验(confined shear strength)两类。