岩石力学性质-强度特征

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1、2.4岩石的力学性质岩石的力学性质主要包括岩石的变形和强度岩石的强度：岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够承受的最大应力。a.单向抗压强度b.单向抗拉强度c.剪切强度d.三轴抗压强度岩石的变形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。a.单向压缩变形b.反复加载变形c.三轴压缩变形d.剪切变形岩石强度与外力有关a.外力性质：静载荷、动载荷b.外力方式：拉伸、剪切、压缩c.应力状态：单向、双向、三向对试样的要求完整岩块，不含有节理裂隙各种强度都不是岩石的固有性质岩石的固有性质：不受试件的形状、尺寸

2、、采集地、采集人等因素影响而保持不变的特征，如岩石的颜色、密度等；通过试验所确定的各种岩石强度指标值受下列因素影响：2.4.1岩石的强度岩石的强度指标影响因素试件尺寸：一般情况下，试件尺寸大，试验所获得的岩石强度值也小；试件形状：例如，使用正方体、长方体、圆柱体试件进行试验所获得的强度指标值是不相同的；试件三维尺寸比例：例如，进行单轴压缩和单轴拉伸试验时，使用宽高比大的试件测得的强度比宽高比小的试件要高；加载速率：例如，岩石的单轴抗压强度与加载速率成正比，即加载速率越大，所测得的强度指标值越高；湿度：例如

3、，使用饱水的页岩或某些沉积岩所测得的单轴抗压强度仅为使用同种岩石干试件强度的一半。岩石的强度指标影响因素为了保证不同的岩石强度试验所获得的强度指标具有可比性，国际岩石力学学会（ISRM）对岩石强度试验所使用的试件的形状、尺寸、加载速率和湿度等制定了标准，对不符合标准的强度指标，必须进行相应的修正。1）定义：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(UniaxialCompressiveStrength,UCS)，或称为非限制性抗压强度(UnconfinedCompres

4、siveStrength,UCS)。如图所示。2）计算公式：σc=P/A2.4.1.1岩石单轴抗压强度3）4种破坏形式：1.X状共轭斜面剪切破坏，是最常见的破坏形式。2.单斜面剪切破坏，这种破坏也是剪切破坏。3.塑性流动变形，线应变≥10％。4.拉伸破坏，在轴向压应力作用下，在横向将产生拉应力。这是泊松效应的结果。这种类型的破坏就是横向拉应力超过岩石抗拉极限所引起的。2.4.1.1岩石单轴抗压强度4)实验方法(a)试件标准:立方体50×50×50mm或70×70×70mm;圆柱体，但使用最广泛的是圆柱体。

5、圆柱体直径D一般不小于50mm。L/D=2.5~3.0（国际岩石力学委员会ISRM建议的尺寸）要求：两端不平度0.5mm；尺寸误差±0.3mm；两端面垂直于轴线误差±0.25度。加载速率：0.5～0.8MPa/s，一般从开始试验直至试件破坏的时间为5~10分钟2.4.1.1岩石单轴抗压强度(b)非标准试件的对试验结果的影响及其修正2.4.1.1岩石单轴抗压强度国际岩石力学学会（ISRM）建议进行岩石单轴抗压强度试验时所使用的试件长度（L）与直径（D）之比为2.5~3。(c)压缩实验设备示意图2.4.1.1

6、岩石单轴抗压强度端部效应(d)端部效应及其消除方法端部效应:岩石和加载垫板刚度不匹配，导致变形不协调，引起水平方向摩擦力消除方法:①润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）②加长试件2.4.1.1岩石单轴抗压强度2.4.1.2石岩三轴抗压强度1)定义岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力称为岩石的三轴抗压强度(Triaxialcompressivestrength)。与单轴压缩试验相比，试件除受轴向压力外，还受侧向压力。侧向压力限制试件的横向变形，因而三轴试验是限制性抗压强度(Conf

7、inedCompressiveStrength)试验。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。2.4.1.2石岩三轴抗压强度b.假三轴试验: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。加载方式如图所示，轴向压力的加载方式与单轴压缩试验时相同。但由于有了侧向压力，其加载时的端部效应比单轴加载时要轻

8、微得多。应力状态：σ1>σ2=σ32.4.1.2石岩三轴抗压强度3)假三轴试验装置图：由于试件侧表面已被加压油缸的橡皮套包住，液压油不会在试件表面造成摩擦力，因而侧向压力可以均匀施加到试件中。其试验装置示意图如下。2.4.1.2石岩三轴抗压强度4)第一个经典三轴试验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