第三節(jié)巖石的強度特性

1、第三節(jié) 巖石的強度特性工程師對材料提出兩個問題 1 最大承載力允許應力 ？ 2 最大允許變形允許應變 ？本節(jié)討論 問題強度：材料在載荷作用，單位面積上所能承受的最大的力。強度單軸抗壓強度單軸抗拉強度剪切強度三軸壓縮強度真三軸假三軸一 巖石的單軸抗壓強度1.定義：指巖石試件在無側限的條件下，受軸向壓力作用破壞時單位面積上承受的荷載。 式中：P無側限條件下的軸向破壞荷載 ； A試件截面面積2.試件方法： 圓柱形試件：直徑=4.85.4cm ，高H=（22.5) 長方體試件：邊長L= 4.85.4cm , 高H=（22.5)L 試件兩端不平度0.05mm；尺寸誤差0.3mm; 兩端面垂直于軸線0.2

2、5o（1）試件標準：3.單向壓縮試件的破壞形態(tài)破壞形態(tài)有兩類：（1）圓錐形破壞 原因：壓板兩端存在摩擦力，箍作用（又稱端部效應），在工程中也會出現。破壞形態(tài)是表現破壞機理的重要特征；其主要影響因素：應力狀態(tài) 試驗條件3.單向壓縮試件的破壞形態(tài)破壞形態(tài)有兩類：（2）柱狀劈裂破壞 是巖石單向壓縮破壞的真實反映（消除了端部效應）消除試件端部約束的方法 潤滑試件端部（如墊云母片；涂黃油在端部） 加長試件 4.影響單軸抗壓強度的主要因素（1）承壓板端部的摩擦力及其剛度（加墊塊的依據）（2）試件的形狀和尺寸 形狀：圓形試件不易產生應力集中，好加工 尺寸：大于礦物顆粒的10倍；4.85.4cm 高徑比：研究

3、表明；h/d=(23)較合理(見圖24)（3）加載速度 加載速度越大，表現強度越高(見圖25) 我國規(guī)定加載速度為0.51.0MPa/s（4）環(huán)境 含水率：含水量越大強度越低；巖石越軟越明顯，對泥巖、粘土等軟弱巖體，干燥強度是飽和強度的23倍。 溫度：180以下不明顯：大于180，溫度越高強度越小。二 巖石的抗拉強度1. 定義：巖石試件在受到軸向拉應力后其試件發(fā)生破壞時的單位面積上所受的拉力。 由于試件不易加工，除研究直接的拉伸的夾具外，研究了大量的間接試驗方法。(1) 直接拉伸法 抗拉強度關鍵技術試件和夾具之間的連接加力P與試件同軸心(2) 間接方法梁的截面嚴格保持為平面巖石是各向同性的線彈

4、性材料彎曲發(fā)生在梁的對稱面平面內拉伸和壓縮的應力應變特征相同假設條件：抗彎法（梁的三點或四點彎曲試驗） 三點或四點彎曲梁內的最大拉應力；梁發(fā)生破壞時的 就是M 作用在試件截面上的最大彎矩C 梁邊緣到中性軸的距離I 梁截面繞中性軸的慣性矩 抗拉強度（2）劈裂法（巴西法），徑向壓裂法 由巴西人Hondros提出要求荷載沿軸向均勻分布破壞面必須通過試件的直徑試件：實心圓柱直徑4.85.4cm；厚度=0.51.0直徑試驗：徑向壓縮破壞（張開）計算公式：由彈性力學布辛奈斯克Boursinesq公式式中： 試件中心的最大拉應力P 試件破壞時的極限壓力D 試件的直徑t 試件的厚度（3）點荷載試驗法是20世紀

5、70年代發(fā)展起來的一種簡便的現場試驗方法。試件：任何形狀，尺寸大致5cm，不做任何加工。試驗：在直接帶到現場的點荷載儀上，加載劈裂破壞。 計算點荷載強度指數： 式中：P 試件破壞時的極限荷載 De 試驗時，兩個加載點之間的距離統(tǒng)計公式：要求:（由于離散性大），每組15個，取均值，即建議：用5cm的鉆孔巖芯為試件。三 巖石的抗剪強度1. 定義 指一定的應力條件下（主要指壓應力），所能抵抗的最大剪應力，常用表示 2. 類型：a.抗剪斷試驗b.抗切斷試驗c.弱面抗剪試驗3. 室內試驗（抗剪斷試驗） 試驗 楔形剪切儀，加載裝置 計算公式式中： p壓力機施加的極限荷載 試件傾角 f 滾珠排與上下壓板的摩

6、擦系數剪切破壞面上的正應力和剪應力為：巖石的抗剪斷曲線（強度曲線）巖石的抗剪斷曲線（強度曲線） 改變夾具傾角；在30度到70度之間做一組（大于5次）不同的試驗，記錄所得的 ，值；由該組值作曲線近似直線得方程 式中 tan巖石抗剪切內摩擦系數 c 巖石的粘結力（內聚力）不足：強制規(guī)定破壞面 剪切作用時破壞面上的應力狀體極為復雜巖石在三向壓縮應力作用下的強度1. 定義 指在不同三向壓縮應力作用下巖石抵抗外荷載的最大應力 2. 三向壓縮試驗簡介 （1） 真三軸 見圖 （2） 假三軸 見圖3.三軸壓縮試驗的破壞類型4.巖石三向壓縮強度的影響因素（1）側壓力的影響 圍壓越大，最大主應力極限值越大（2）試件尺寸與加載速率的影響（3）加載途徑對巖