2讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法之一(下)

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1、岩石的强度特性三、岩右的强度特性岩石的强度分成单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度以及三向压缩强度等。下面主要介绍岩石在这些不同荷载作用下的强度特性。（一）岩石单轴抗压强度岩石单轴抗压强度是指岩石试件在无侧限条件下，受轴向力作用破坏时，单位面积上所施加的荷载。其值可按下式求得Rc=-（15-1-15）A1岩石单-轴抗压强度的试验方法按照国家“工程岩体试验方法标准”中的要求，岩石试件的加工应满足前面所叙述的标准试件的要求，并其放在试验机中心，以每秒0.5〜1.OMPa的加载速度H至破坏。同时要求在试验前对试件作详细的描述，内容包括岩性和岩石屮所

2、包含的节理Z间的关系、含水状态等项目，并记录下试件破坏后的形态。2岩右在单轴抗压试验破坏后的形态特征在外荷载作用下岩石试件破坏后的形态是表现岩3石破坏机理的重要特征，它不仅表现出岩石受力过程中的应力分而状况，还反映了不同试验条件中対它的影响。岩石在单轴抗压强度试验中出现的破坏形态大约可分成两种：1）恻锥形破坏（见图15-l-2a）：这类破坏形态的试件，由于中间的岩石被剥离使得岩石破坏后呈两个尖顶的闘锥体。经分析可知，产生这种破坏形态的主要原因是上、下压板在施加荷载时，与岩石试件端面Z间产生了较大的摩擦力，促使岩右端部产生了一个相当于篩的约

3、束作用。此时，岩右试件内的应力分布如图15-1-3所示。由于拉应力的作用使得这部分岩石被剥离而形成圆锥体。因此从某种意义上來说圆锥体的破坏形态并没有真止反映其破坏特征，而是带何试验系统所给予的彩响。2）柱状劈裂破坏（见图15-l-2b）：在发现圆锥形破坏的真正原因之后有人在上卜•压板与试件端面Z间，涂上了一层薄薄的凡上林以减小接触血之间的摩擦力，最终岩石试件由于产牛平行于所施加的轴向力的裂缝I何破坏。对于不同的岩石所含的矿物成份和所含裂隙的不同，局部还会岀现些较小的斜向裂缝。应该说柱状劈裂破坏是真止反映岩石单轴压缩破坏的形态。15-1-2

4、鮒™151-3在两柱体样品的应力应变分布【例题9】下列不属丁•岩石在单轴抗压强度试验中出现的破坏形态的是（）。A.圆锥形破坏B.柱状劈裂破坏C.三角形破坏答案:C【例题10］能够真止反映岩石单轴压缩破坏的形态是（）。八.I员1锥形破坏B.柱状劈裂破坏C.三角形破坏答案：B【例题11】在作岩右单轴抗压强度试验时，如果增加上下压板与试块Z间的燃擦力，则岩右的破坏形态呈）。A.圆锥形破坏B.柱状劈裂破坏C.三角形破坏答案：A3岩右单轴抗压强度的影响因素1）承压板给了单轴抗压强度的影响除了上述试件端面与承压板Z间的燃擦力影响试件的破坏形态以外，还

5、有承压板的刚度也将影响试件端而的应力分布状态。由研究可知，当承压板刚度很大时，其接触血的应力分布很不均匀，呈山字形，如图15-1-4所示。显然，这将彩响整个试件的受力状态。15-1-4在刚性承压板之间魄时岩石集面的应力分布因此，冇人建议试验机的承压板(或者垫块)尽可能采用与岩石刚度相接近的材料，避免由于刚度的不同而引起变形不协调造成应力分布不均匀的现彖，减少対强度的影响。2)试件尺寸及形状对单向轴抗压强度的影响岩石力学试验最早采用边长为5cm的立方体试件。经研究发现，试件的尺寸、形状、高径比都将影响岩石的强度值。(1)岩石试件的形状众所周

6、知，方形试件的四个边角会产生很明显的应力集屮现象。这将彩响整个试件在受力后的应力分布状态。此外，从另外一个角度來说方柱体的试件加工要比【员I柱形试件困难得多，不易达到有关加工精度的要求。因此,目前，绝大多数的国家都釆用圆柱形的岩石试件。(2)岩石试件的尺寸试件的强度通常随其尺寸的增大而减小。这就是岩石力学屮被称Z为尺寸效应。据研究发现，试件的尺寸对其强度的影响在很大程度上取决于组成岩右的矿物颗粒的大小。研究结果表明，岩石试件的直径为4〜6cm,且满足试件直径大于其最大矿物颗粒直径的10倍以上的岩石试件，强度值较为稳定。因此，目前采取直径为

7、4.8〜5.4cm且直径大于最大矿物颗粒直径的10倍以上的岩石试件，作为标准尺寸。(3)岩石试件的高径比在图15-1-7中，可以看到由于高径比h/d的不同，对岩石强度产生不同的影响。从曲线的特征中，明显地看出了高径比在2〜3吋，岩石单轴抗压强度值己趋势稳定的特性。可见取高径比为2〜3时，对其强度来说是比较合理的。to翌®321•・•111MWOOItt韻耶高径比h/dlog

8、4.8〜5.4cm.高度为H径的2.0〜2.5借的恻柱形试件进行岩石室内力学试验。这不仅考虑了不同尺寸、形态、髙径比对其强度的影响，同时还考虑了岩石力学试验结果的可比性。3)加载速率对单轴抗压