岩石的基本物理力学性质.ppt

第三节 岩石的强度特性 工程师对材料提出两个问题 1 最大承载力许用应力 ？ 2 最大允许变形许用应变？ 本节讨论问题 强度：材料受力时抵抗破坏的能力。 强度 单向抗压强度 单向抗拉强度 剪切强度 三轴压缩 真三轴 假三轴 一 岩石的单轴抗压强度 1.定义：指岩石试件在无侧限的条件下， 受轴向压力作用破坏时单位面积上承受的 荷载。 式中：P无侧限的条件下的轴向破坏荷 载 A试件界面积 2.试件方法： 圆柱形试件：4.85.2cm ，高H=（22.5) 长方体试件：边长L= 4.85.2cm , 高H=（22.5)L 试件两端不平度0.5mm；尺寸误差0.3mm; 两端面垂直于轴线0.25o （1）试件标准： 3.单向压缩试件的破坏形态 破坏形态有两类： （1）圆锥形破坏 原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效 应） （2）柱状劈裂破坏 张拉破坏（岩石的抗拉强度远小于抗压强度） 是岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应 ） 消除试件端部约束的方法 润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部） 加长试件 破坏形态是表现破坏机理的重要特征； 其主要影响因素：应力状态 试验条件 4.影响单轴抗压强度的主要因素 (1)承压板端部的摩擦力及其刚度(加垫块的依据 ) (2)试件的形状和尺寸 形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工 尺寸：大于矿物颗粒的10倍； 50的依据 高径比：研究表明；h/d(23)较合理 （3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高(见图25) 我国规定加载速度为0.51.0MPa/s （4）环境 含水量：含水量越大强度越低；岩石越软 越明显，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度 是饱和强度的23倍。见表22 温度度：180以下部明显：大于180， 湿度越高强度越小。 二 岩石的抗拉强度 1. 定义：岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发 生破坏时的单位面积上所受的拉力。 由于试件不易加工，除研究直接的拉伸的夹具 外，研究了大量的间接试验方法。 2. 直接拉伸法 抗拉强度 关键技术 试件和夹具之间的连接 加力P与试件同心 3. 间接方法 岩石是各向同性的线弹性材料 满足平面假设的对称面内弯曲 适用条件： （1）抗弯法（梁的三点弯曲试验） 抗拉强度 三点弯曲梁内的最大拉应力；梁发生破坏时 的 就是 M 作用在试件上的最大弯矩 C 梁边缘到中性轴的距离 I 梁截面绕中性轴的惯性矩 （2）劈裂法（巴西法），对称径向压裂 法 由巴西人Hondros提出 试件：实心圆柱50mm； 25mm 试验：径向压缩破坏（张开） 计算公式：由弹性力学Boursinesq公式 式中： 试验中心的最大拉应力，即 p 试验中破坏时的压力 D 试件的直径 t 试件的厚度 要求 荷载沿轴向均匀分布 破坏面必须通过试件的直径 （3）点荷载试验法 是上世纪发展起来的一种简便的现场试验方法。 试件：任何形状，尺寸大致5cm，不做任何加工。 试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂 破坏。 计算： 式中：P 试件破坏时的极限 D 加载点试件的厚度 统计公式： 要求:（由于离散性大），每组15个，取均 值，即 建议：用5cm的钻孔岩芯为试件。 三 岩石的抗剪强度 1. 定义 指一定的应力条件下（主要指压应力），所 能 抵抗的最大剪应力常用表示 2. 类型： a.抗剪断试验 b.抗切断试验 c.弱面抗剪试验 3. 室内试验（抗切断试验） 试验 楔形剪切仪，加载装置 计算公式 式中： p压力机的总压力 试件倾角 f 圆柱形滚子与上下压板的摩擦系数 抗剪断仪 Q Q N N P fP 剪切破坏面上的正应力和剪应力为： 岩石的抗剪断曲线（强度曲线） 改变夹具倾角；在30度到70度之间 做一组（大于5次）不同的试验，记录所 得的 ，值；由该组值作曲线近似直线 得方程 式中 tan岩石抗剪切内摩擦系数 c 岩石的粘结力（内聚力） 四 岩石在三向压缩应力作用下 的强度 1. 定义 指在不同三向压缩应力作用下岩石抵抗外荷 载 的最大应力 2. 三向压缩试验简介 （1） 真三轴 见图 （2） 假三轴 见图00 3.三轴压缩试验的破坏类型 4.岩石三向压缩强度的影响因素 （1）侧压力的影响 围压越大，轴向压力越大 （2）加载途径对岩石三向压缩