岩石的强度性质.ppt

§2.4 岩块的强度性质岩块的强度性质强度：岩块试样抵抗外力破坏的能力 破坏方式破坏方式 脆性破坏脆性破坏塑性破坏塑性破坏( (延性破坏）延性破坏）拉破坏拉破坏剪切破坏剪切破坏 一、单轴抗压强度一、单轴抗压强度 二、单轴抗拉强度二、单轴抗拉强度 三、剪切强度三、剪切强度 四、三轴压缩强度四、三轴压缩强度受力状态岩石的流变理论流变现象：材料应力材料应力- -应变关系与时间因素有关的性质，称应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变性材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象为流变现象 蠕变流变的种类：松弛 弹性后效 粘性流动上次课内容上次课内容 弹性元件弹性元件(H)(H)流变学中的基本元件: 塑性元件塑性元件(Y)(Y) 粘性元件粘性元件(N)(N) 一、单轴抗压强度一、单轴抗压强度σσc c1、、定定义义：：在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力，简称抗压强度（MPa） 。

2 2、意义意义：衡量岩块基本力学性质的重要指标 岩体工程分类、建立岩体破坏判据的重要指标 用来大致估算其他强度参数 3 3、测定测定方法方法：抗压强度试验试样pA点荷载试验 常规压力机4 4、破坏方式破坏方式：拉破坏、剪破坏、对顶锥破坏常见岩石的抗压强度常见岩石的抗压强度 岩石岩石名称名称抗抗压强强度度(MPa)抗拉抗拉强强度度(MPa)摩擦角摩擦角(°)内聚力内聚力 (MPa)岩石岩石名称名称抗抗压强强度度(MPa)抗拉抗拉强强度度(MPa)摩擦角摩擦角(°)内聚力内聚力(MPa)花花岗岩岩100~2507~2545~6014~50片麻岩片麻岩50~2005~2030~503~5流流纹岩岩180~30015~3045~6010~50千枚岩、片千枚岩、片岩岩10~1001~1026~651~20闪长岩岩100~25010~2553~5510~50板岩板岩60~2007~1545~602~20安山岩安山岩100~25010~2045~5010~40页岩岩10~1002~1015~303~20砂岩砂岩20~2004~2535~508~40辉长岩岩180~30015~3650~5510~50砾岩岩10~1502~1535~508~50辉绿岩岩200~35015~3555~6025~60石灰岩石灰岩50~2005~2035~5010~50玄武岩玄武岩150~30010~3048~5520~60白云岩白云岩80~25015~2535~5020~50石英岩石英岩150~35010~3050~6020~60大理岩大理岩100~2507~2035~5015~30 5.影响因素影响因素（1）岩石自身的性质（ 矿物组成 、 粒间连接、 岩性、结构特征 、颗粒大小及形状、风化程度 、微结构面）（2）实验条件试件形状、尺寸及加工精度 断面形状：强度:圆形>六多边形>四边形>三边形试件 尺寸效应尺寸效应：尺寸越大，岩块强度越低。

试件的高径比h/D增大，岩块强度降低 加工精度加荷速率 强度常随加荷速率增大而增高 温度、湿度 含水量越高,强度越低; 温度越高，强度越低端面条件端面效应层理结构强度各向异性岩石名称岩石名称抗抗压压强强度度( (MPaMPa) )(⊥)(⊥)／／( ( ∥)∥)垂直垂直层层理理(⊥)(⊥)平行平行层层理理(∥)(∥)石石 灰灰 岩岩1801801511511.191.19粗粒砂岩粗粒砂岩142.3142.3118.5118.51.201.20细细粒砂岩粒砂岩156.8156.8159.7159.70.980.98砂砂质页质页岩岩78.978.951.851.81.521.52页页 岩岩51.751.736.736.71.411.41 二、单轴抗拉强度二、单轴抗拉强度σσt t1.定定义义：：单向拉伸条件下，岩块能承受的最大拉应力，简称抗拉强度2.意义：意义：衡量岩体力学性质的重要指标 用来建立岩石强度判据，确定强度包络线 选择建筑石材不可缺少的参数 3.测定方法：测定方法： 直接拉伸 间接法 （劈裂法、点荷载法、三点弯曲法） 直接拉伸法是将圆柱状试件两端固定在材料试验机的拉伸夹具内，然后对试件施加轴向拉荷载至破坏。

PtPt劈裂试验是用圆柱体或立方体试件，横置于压力机的承压板上，且在试件上、下承压面上各放一根垫条然后以一定的加荷速率加压，直至试件破坏布荷载(p)作用下，沿试件竖直向直径平面内产生的近于均布的水平拉应力σx=2p/πDL 抗拉强度σt= 2pt /πDL （圆形试样） σt= 2pt /πa2 （方形试样） 点荷载试验是将试件放在点荷载仪中的球面压头间，加压至试件破坏，利用破坏荷载求岩块的点荷载强度 点荷载强度Is=pt/D2抗拉强度σt= kIs 4.影响因素：影响因素：结构面的影响（裂隙空隙）岩石中含有大量的微裂隙和孔隙，岩块抗拉强度受其影响很大，直接削弱了岩块的抗拉强度相对而言，空隙对岩块抗压强度的影响就小得多，因此，岩块的抗拉强度一般远小于其抗压强度岩石岩石名称名称抗抗压强强度度(MPa)抗拉抗拉强强度度(MPa)摩擦角摩擦角(°)内聚力内聚力 (MPa)岩石岩石名称名称抗抗压强强度度(MPa)抗拉抗拉强强度度(MPa)摩擦角摩擦角(°)内聚力内聚力(MPa)花花岗岩岩100~2507~2545~6014~50片麻岩片麻岩50~2005~2030~503~5流流纹岩岩180~30015~3045~6010~50千枚岩、片千枚岩、片岩岩10~1001~1026~651~20闪长岩岩100~25010~2553~5510~50板岩板岩60~2007~1545~602~20安山岩安山岩100~25010~2045~5010~40页岩岩10~1002~1015~303~20砂岩砂岩20~2004~2535~508~40辉长岩岩180~30015~3650~5510~50砾岩岩10~1502~1535~508~50辉绿岩岩200~35015~3555~6025~60石灰岩石灰岩50~2005~2035~5010~50玄武岩玄武岩150~30010~3048~5520~60白云岩白云岩80~25015~2535~5020~50石英岩石英岩150~35010~3050~6020~60大理岩大理岩100~2507~2035~5015~30 通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度，用以表征岩石的脆性程度。

岩石名称岩石名称与抗与抗压压强强度的比度的比值值抗拉抗拉强强度度抗剪抗剪强强度度抗弯抗弯强强度度煤煤0.009～～0.060.25～～0.5页页 岩岩0.06～～0.3250.25～～0.480.22～～0.51砂砂质页质页岩岩0.09～～0.180.33～～0.5450.1～～0.24砂砂 岩岩0.02～～0.170.06～～0.440.06～～0.19石石 灰灰 岩岩0.01～～0.0670.08～～0.100.15大大 理理 岩岩0.08～～0.2260.272花花 岗岗 岩岩0.02～～0.080.080.09石石 英英 岩岩0.06～～0.110.176 三、剪切强度三、剪切强度1、、定义定义：：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力，称为剪切强度2 2、类型、类型：： （1）抗剪断强度：抗剪断强度：指试件在一定的法向应力作用下，沿预定预定剪切面剪断时的最大剪应力 （2）抗切强度：抗切强度： 指试件上的法向应力为零时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力 （3）摩擦强度：摩擦强度： 指试件在一定的法向应力作用下，沿已有已有破裂面（层面、节理等）再次剪切破坏时的 最大剪应力。

3 3、意义：、意义： 反映岩块的力学性质的重要指标 用来估算岩体力学参数及建立强度判据 4 4、、抗剪断强度的抗剪断强度的测试方法测试方法：： 直剪试验、变角板剪切试验 、三轴试验 直剪试验在直剪仪上进行，按库仑定律求岩块的剪切强度参数C、φ值值的确定示意图值的确定示意图直剪仪直剪试验变角板剪切试验是将立方体试件，置于变角板剪切夹具中加压直至试件沿预定的剪切面破坏 值的确定示意图值的确定示意图变角度剪切试验仪变角度剪切试验仪变角板岩石岩石名称名称抗抗压强强度度(MPa)抗拉抗拉强强度度(MPa)摩擦角摩擦角(°)内聚力内聚力 (MPa)岩石岩石名称名称抗抗压强强度度(MPa)抗拉抗拉强强度度(MPa)摩擦摩擦角角(°)内聚内聚力力(MPa)花花岗岩岩100~2507~2545~6014~50片麻岩片麻岩50~2005~2030~503~5流流纹岩岩180~30015~3045~6010~50千枚岩、片千枚岩、片岩岩10~1001~1026~651~20闪长岩岩100~25010~2553~5510~50板岩板岩60~2007~1545~602~20安山岩安山岩100~25010~2045~5010~40页岩岩10~1002~1015~303~20砂岩砂岩20~2004~2535~508~40辉长岩岩180~30015~3650~5510~50砾岩岩10~1502~1535~508~50辉绿岩岩200~35015~3555~6025~60石灰岩石灰岩50~2005~2035~5010~50玄武岩玄武岩150~30010~3048~5520~60白云岩白云岩80~25015~2535~5020~50石英岩石英岩150~35010~3050~6020~60大理岩大理岩100~2507~2035~5015~30常见岩石的剪切强度常见岩石的剪切强度 四、三轴压缩强度四、三轴压缩强度1.定定义义：：试件在三向压应力作用下能抵抗的最大 的轴向应力。

2.2.测定方法测定方法: : 在一定的围压σ3下，对试件进行三轴试验时，岩块的三轴压缩强度σ1m(MPa)为：：3.利用三轴试验确定抗剪强度利用三轴试验确定抗剪强度 根据一组试件(4个以上)试验得到的三轴压缩强度σ1m和相应的σ3以及单轴抗拉强度σt在σ-τ坐标系中可绘制出岩块的强度包络线除顶点外，包络线上所有点的切线与σ轴的夹角及其在τ轴上的截距分别代表相应破坏面的内摩擦角(φ)和内聚力(C) 围压效应Do2o1ct(c- t)/2(c+ t)/2 当强度包络线为非直线时：当强度包络线为非直线时：Bieniawski ,(1963)经验方程1、改写后得：2、Brook经验方程HoekHoek-Brown-Brown的经验方程的经验方程。