第3章 岩石力学性质试验.ppt

Hohai University 岩石力学 (Rock Mechanics) ——岩土工程科学研究所 孔纲强 2011年12月 岩石强度理论（了解） 主要内容 第３章 岩石的力学性质试验 Hohai University 岩石单轴压缩变形试验（重点） 岩石单轴抗压强度试验（重点） 岩石三轴压缩试验（重点） 岩石抗拉强度试验（重点） 岩石直剪试验（重点） 岩石抗拉强度试验（重点） 岩石点荷载强度试验（重点） 岩石断裂韧度试验（重点） Hohai University 常用的岩石强度理论主要有库仑强度准则、莫尔强度准则、格里菲斯强度理论等。 1、库仑强度准则。库仑认为岩石的破坏主要是剪切破坏,采用式（3-1）表示: （3-1） 2、莫尔强度准则。莫尔把库仑准则推广到三向应力状态，认识到材料性质本身是应力的函数，用函数关系 表示，破坏条件可以从莫尔包络线得到，见图3-1。 Hohai University 3、格里菲斯强度理论。格里菲斯提出脆性材料断裂起因是分布在材料中的微小裂纹尖端拉应力集中所致，建立了确定断裂扩展的能量不稳定原理。 当作用力的势能始终保持不变时，裂纹扩展准则为： （3-2） Hohai University 双向压缩应力条件下（见图3-2），在不考虑摩擦对闭合裂纹的影响并假定椭圆形裂纹将从最大拉应力集中点开始扩展，裂纹扩展准则为： （3-3） 当单位厚度内存在初始长度为 的椭圆形裂纹时，在拉伸应力作用下裂纹扩展准则为： （3-4） （3-5） Hohai University 第一节 岩石单轴压缩变形试验 Hohai University 岩石具有与金属类弹性材料不同的独特的变形特性，这种变形特性用变形模量、弹性模量和泊松比等参数表示。 常见岩石的变形模量和泊松比见表3-1。 岩块变形参数主要采用岩块单轴压缩变形试验方法取得。岩石应力—应变全过程曲线（见图3-3，图3-4）是研究本构模型的依据，需要在刚性伺服试验机上进行试验获得。 Hohai University Hohai University 岩石单轴压缩试验受多因素的影响：（1）加载速率；（2）试件尺寸（高径比，规定2：1）（见表3-2）等。 Hohai University 第二节 岩石单轴抗压强度试验 Hohai University 岩石单轴抗压强度是岩石试件在无侧 限条件下受轴向作用破坏时单位面积 所承受的载荷。 某些岩石的干抗压强度、饱和抗压强度及软化系数见表3-3。 影响岩石抗压强度技术方面的因素较多，有加载速率、试件尺寸、试件形态、试件高径比等。表3-4～3-7是试件尺寸对岩石抗压强度的影响。 Hohai University Hohai University Hohai University 第三节 岩石三轴压缩试验 Hohai University 岩石三轴抗压试验是指岩石试件在三向应力状态下受轴向力作用破坏时单位面积所承受的载荷。其试验仪器见图3-6。 Hohai University 根据岩石三轴试验成果，可以确定岩石三轴抗剪强度参数。见式3-6和3-7。 （3-6） （3-7） Hohai University 岩石三轴试验根据侧向压力加载方式分为真三轴 （ ）和假三轴（ ）加载两种。 影响三轴压缩试验成果的主要影响因素有： 1、岩石试件的防油处理； 2、加载速率的选择； 3、侧压力的侧压力的效应； 第四节 岩石抗拉强度试验 Hohai University 岩石抗拉强度是指岩石试件在外力作用下抵抗拉应力的能力，为岩石试件拉伸破坏时的极限载荷与受拉截面积的比值。 岩石抗拉强度的试验方法很多，分为轴向拉伸法、劈裂法、弯曲试验法和圆柱体或球体的径向压裂法等。其中劈裂法，由于操作简单且用而被广泛采用。图3-7为劈裂破坏形式，其抗拉强度按式（3-8）计算。 （3-8） Hohai University 试件尺寸及垫条材料和尺寸对抗拉强度试验的影响比较明显，见表3-13～3-16。 Hohai University Hohai University 第五节 岩石直剪试验 Hohai University 岩石抗剪强度是指岩石在剪切载荷作用下破坏时所能承受的最大剪应力，按试验方法的不同分为岩石直剪强度和岩石三轴抗剪强度。 关于试件破坏剪断破坏的判断标准。 （1）剪切载荷加不上或无法稳定； （2）剪切位移明显变大，在剪应力 （3）剪切位移增大，在剪应力与剪切位移关系曲线上未出现明显的突变段，但总剪切位