岩石力学9.ppt

第三节 岩石抗拉强度及其影响因素 二、岩石抗拉强度的实验方法 1、直接方法来测定岩石的抗拉强度。 直接法在原理上类似于金属的拉伸破坏实验。但最大的困难是如何使岩石试件夹紧在拉力机中，同时又要使截荷平等于试件的轴线；使岩石试件处于均匀分布的拉应力状态之中，而不使试件产生弯曲或扭转。 拉伸试件形状如图4-9（a）所示，若试件破坏时的拉力为Pt，则试件的抗拉强度σt 可用下式表示： 巴西试验法(Brazilian test)，俗称劈裂试验法。将试件横置于压力机压头上，在试件上下承压板上各放置一条钢条，然后施加压力至试件沿直径方向劈裂为止，若假设材料为均匀、各向同性的弹性体，用弹性理论即可得出抗拉强度为： 图4-10显示的是在压应力的作用下，沿圆盘直径y-y的应力分布图．在圆盘边缘处，沿y—y方向(σy)和垂直y—y方向(σx)均为压应力.而离开边缘后,沿y-y方向仍为压应力，但应力值比边缘处显著减少．并趋于均匀化；垂直y-y方向(σx)变成拉应力.并在沿y—y的很长一段距离上呈均匀分布状态．从图中可以看出．虽然拉应力的值比压应力值低很多，但由于岩石的抗拉强度很低，所以试件还是由于x方向的拉应力而导致试件沿直径的劈裂破坏．破坏是从直径中心开始，然后向两端发展，反映了岩石的抗拉强度比抗压强度要低得多的事实． 三、岩石抗拉强度的影响因素 圆柱试件的尺寸（直径与厚度）对岩石的抗拉强度是有一定影响的。 随着试件直径、厚度的增加，抗拉强度也增大。 一般直径为5.1cm，厚度为2.5cm，抗拉强度基本趋于稳定。 用圆柱状岩石劈裂法进行岩石抗拉强度实验时，若同时采用电阻应变仪观察试件中心处的电阻应变片的纵向应变及横向应变，亦可求得岩石的弹性参数E和泊松比μ。 圆柱试件中心处的横向拉应力和纵向压应力分别为： 根据平面应力状态广义虎克定律，中心处应变为： 页岩、砂岩等沉积岩，由于存在层理，沿层理面抗拉强度最低。需要做如图4-12所示的三种实验，以确定层状岩石的抗拉强度。 设载荷与层面之间如图4-12（a）、（b）（c）所，其抗拉强度为 σt 、 σt ′、 σt“，则页岩三个方面的抗拉强度的比为： σt ：σt ′ ：σt =100：83：68 岩石抗拉强度远远低于抗压强度，一般前者为后者的1/10-1/20，甚至为1/50。 其抗拉强度低的原因主要是出于岩石内部孔隙的影响，一般情况由于岩石内部微裂隙、孔孔较为发育，这种缺陷以抗拉强度降低尤为敏感，在拉应力作用下具有削弱岩石强度的效应。 岩石的抗拉强度还受到岩石本身内部组分的影响，例如矿物成份，颗粒间胶结物的强度都影响岩石的抗拉强度。 另外，岩石的抗拉强度一般随着加载速率的增加而增大。岩石的抗拉强度随着温度、湿度及孔隙度增加而降低。这个结论与抗压强度相同，但增加或减低的幅度却并不一样。 第四节 岩石的抗剪强度及其影响因素 一、抗剪强度的定义 抗剪强度一般有两种定义： 一种是指试件在法向载荷作用下，岩石剪切破坏面上的最大剪应力（也叫限制性剪切强度）； 另一种定义为纯剪切时（即没有法向载荷），剪切破坏面上的最大剪应力（也叫非限制性剪切强度）。 两种定义方法中，前者考虑到剪切破坏时岩石中包含着粘聚力和内摩擦力；后者仅仅取决于粘聚力。因此，亦有人称前者为抗剪强度，称后者为抗切强度。 目前采用第一种定义方法的比较多，本节所讲的抗剪强度，即指有法向载荷时岩石剪切破坏面上的最大剪应力。 二、岩石抗剪强度的实验方法 确定岩石抗剪强度的实验方法，分室内和现场两种，室内常采用直接剪切实验及三轴实验。 典型的非限制性剪切强度试验有四种：单面剪切试验、双面剪切试验、冲力剪切试验和扭转剪切试验，分别见图 (a)．(b)，(c)．(d)． 在上述四种限制性剪切强度试验中，直剪仪压剪试验是典型的标准的限制性剪切试验，试验装置功能多，精度高． 最广泛采用的是楔形简单剪切仪，主要装置如图4-13所示，将方长柱体（10×10×15cm）试件放置在剪切仪中，在压力机上施加压力进行剪切