【正文】 1)巖石試件的形狀 眾所周知，方形試件的四個(gè)邊角會(huì)產(chǎn)生很明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此，目前采取直徑為 ～ 且直徑大于最大礦物顆粒直徑的 10 倍以上的巖石試件，作為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。經(jīng)微觀分析發(fā)現(xiàn)，由于礦物在高速率加載時(shí)未充分變形而提高了它的抗外荷載的能力。對(duì)于泥巖、粘土巖、頁巖等軟弱的巖石，二者的差值甚至可達(dá) 2～ 3 倍。據(jù)最新的研究報(bào)導(dǎo)，溫度對(duì)巖石強(qiáng)度的影響主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一是由于溫度的升高使巖石內(nèi)的化學(xué)成分、結(jié)晶水等產(chǎn)生變化，進(jìn)而影響了巖石的強(qiáng)度。但是，這些因素可作為強(qiáng)度的間接影響因素，所以，不在此一一介紹。以下就目前常用的四種方法作一介紹。 ④ 拉伸和壓縮的應(yīng)力 — 應(yīng)變特性相同。根據(jù)布辛奈斯克 (Bousinesq)半無限體上作用著集中力的解析解，求得試件破壞時(shí)作用在試件中心的最大拉應(yīng)力為 根據(jù)解析解分析的結(jié)果，要求試驗(yàn)時(shí)所施加的線荷載必須通過試件的直徑，并在破壞寸其破裂面亦通過該試件的直徑。 【例題 16】利用點(diǎn)荷載試驗(yàn)可以求得巖石的 ( )。 把巖石試件置于楔形剪切儀中，并放在壓力機(jī)上進(jìn)行加壓試驗(yàn)，則作用于剪切平面上的法向壓力 N 與切向力 Q可按下式計(jì)算： 試件剪切面積 F 除上式，即可得到受剪面上的法向應(yīng)力 和剪應(yīng)力 (試件受剪破壞時(shí)，即為巖石的抗剪斷強(qiáng)度 )： 一般采用 角度為 30176。從公式 (15l23)可知，巖石的三向壓縮應(yīng)力的強(qiáng)度可用兩種不同的表達(dá)式。而假三軸試驗(yàn)要比真三軸試驗(yàn)容易得多，成為巖石力學(xué)中最常用的試驗(yàn)方法之一。其剪切破壞角與最大應(yīng)力的夾角通常約為 45176。 且顯示出增大應(yīng)力的變化率隨圍壓的增大而減小的變化規(guī)律。由于巖石中存在著孔隙水壓力，而使得真正作用在巖石上的圍壓值減少了，因而降低了與其相對(duì)應(yīng)的極限應(yīng)力值 (峰值應(yīng)力 )。 A. 增大 B. 減小 C. 不變 D. 以上三種均有可能產(chǎn)生 答案： A 。 3)孔隙壓力對(duì)巖石三向壓縮強(qiáng)度的影響 對(duì)于一些具有較大孔隙的巖石來說，孔隙水壓力將對(duì)巖石的強(qiáng)度給予很大的影響。 1)側(cè)向壓力的影響 圖 15115顯示了側(cè)向壓力對(duì)三軸強(qiáng)度的影響規(guī)律。這一破壞形式與單軸壓縮破壞很接近，說明圍壓對(duì)其破壞形態(tài)影響并非很大。前者兩個(gè)水平方向施加的壓力不等，而后者相等。 三向壓縮應(yīng)力作用下的強(qiáng)度是指在不同的側(cè)壓力作用下的三向壓縮強(qiáng)度。 室內(nèi) 的巖石剪切強(qiáng)度測(cè)定，最常用的是測(cè)定巖石的抗剪斷強(qiáng)度。最近，由于許多 巖體工程分類中都采用了荷載強(qiáng)度指數(shù)作為一個(gè)定量的指標(biāo)。這種試驗(yàn)方法是：用一個(gè)實(shí)心圓柱形試件，使它承受徑向壓縮線荷載直至破壞，求出巖石的抗拉強(qiáng)度。 ② 材料是均質(zhì)的，服從虎克定律。 由于巖石是一種具有許多微裂隙的介質(zhì)。因此，這還是一個(gè)有待于進(jìn) — 步深入研究的課題。 地?zé)岬睦靡约霸诤穗姽こ讨泻藦U料處置等具體問題中，溫度對(duì)巖石力學(xué)力學(xué)性質(zhì) 的影響成為非常重要的、急于解決的研究課題之一。見公式 (15l16)。 3)加載速率對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度的影響 巖石的單軸抗壓強(qiáng)度通常隨加載速率的提高而增大，如圖 1516 所示。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，試件的尺寸對(duì)其強(qiáng)度的影響在很大程度上取決于組成巖石的礦物顆粒的大小。 2)試件尺寸及形狀對(duì)單向軸抗壓強(qiáng)度的影響 巖石力學(xué)試驗(yàn)最早采用邊長為 5cm 的立方體試件 。應(yīng)該說柱狀劈裂破壞是真正反映巖石單軸壓縮破壞的形態(tài)。 2 巖石在單軸抗壓試驗(yàn)破壞后的形態(tài)特征 在外荷載作用下巖石試件破壞后的形態(tài)是表現(xiàn)巖石破壞機(jī)理的重要特征，它不僅表現(xiàn)出巖石受力過程中的應(yīng)力分布狀況，還反映了不同試驗(yàn)條件中對(duì)它的影響。試驗(yàn)時(shí)要求將試件放置于測(cè)試架中，并能對(duì) 換能器施加約 ，并測(cè)試縱波或橫波在試件中行走的時(shí)間，最后將發(fā)射、接收換能器對(duì)接，測(cè)讀零延時(shí)。是模擬日曬雨淋的過程，在特定的試驗(yàn)設(shè)置中，經(jīng)過干燥和浸水兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)后，試件殘留的質(zhì)量與原質(zhì)量之比值。最先的一小時(shí)內(nèi)，每隔 10min 測(cè)讀一次，以后每小時(shí)測(cè)讀一次，直至 3次讀數(shù)差不大于 。直至無氣泡逸出為止，并要求真空抽氣時(shí)間不得小于 4h，最后擦干飽和試件表面水分稱量，其飽和吸水率可按下式計(jì)算： 3 巖石的膨脹性和崩解性 1)巖石的膨脹性 巖石的膨脹性是指在天然狀態(tài)下含易吸水膨脹礦物巖石的膨脹特性。巖石的吸水率是指巖石在某種條件下吸入水的質(zhì)量與巖石固體的質(zhì)量之比值。 【例題 4】巖石的質(zhì)量指標(biāo)包括巖石的 ( )。巖塊干密度可按下式分式計(jì)算求得： (2)巖塊的飽和密度 巖塊的飽和密度是指巖塊的空隙中充滿水的狀態(tài)下 (飽和狀態(tài) )所測(cè)得的密度。其試驗(yàn)方法見相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。從結(jié)構(gòu)面的力學(xué)來看，它往往是巖體中相對(duì)比較薄弱的環(huán)節(jié)。 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)： 巖石的強(qiáng)度特性，對(duì)巖石的物理力學(xué)性能等指標(biāo)及其試驗(yàn)方法作一般了解。 【解析】 地面處土的主動(dòng)土壓力壓強(qiáng)值為： 五、庫侖土壓力理論 庫侖 ()1773年建立了庫侖土壓力理論，其基本假定為： (1)擋土墻后土體為均勻各向同性無粘性土 (c=0)； (2)擋土墻后產(chǎn)生主動(dòng)或被動(dòng)土壓力時(shí)墻后土體形成滑動(dòng)土楔，其滑裂面為通過墻踵的平面； (3)滑動(dòng)土楔可視為剛體。但在實(shí)際工程中計(jì)算墻體上的側(cè)壓力時(shí)，考慮到土質(zhì)條件的影響，可分別采用 “ 水土分算 ” 或 “ 水土合算 ” 的計(jì)算方法。朗肯土壓力理論計(jì)算被動(dòng)土壓力強(qiáng)度 Pp的公式如下： 由式 (1597)和式 (1598)可知，無粘性土的被動(dòng)土壓力強(qiáng)度呈三角形分布，粘性土中的被動(dòng)土壓力強(qiáng)度呈梯形分布。作用在單位長度擋墻上的土壓力為三角形分布面積，即 : 【例題 1】有一擋土墻高 6m，墻背豎直、光滑，墻后填土面水平，填土的物理力學(xué)指標(biāo)為： c=15kPa， =15176。根據(jù)半無限彈性體在無側(cè)移的條件下側(cè)壓力與豎向應(yīng)力之間的關(guān)系，該處的靜止土壓力強(qiáng)度 P0可按下式計(jì)算： 式中 K0— 靜止土壓力系數(shù)，其值可用室內(nèi)或原位試驗(yàn)確定； — 土體重度， kN／ m3。 2. 主動(dòng)土壓力 擋土結(jié)構(gòu)在土壓力作用下向離開土體的方向位移，隨著這種位移的增大，作用在擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力將從靜止土壓力逐漸減小。 1. 靜止土壓力 如果擋土結(jié)構(gòu)在土壓力的作用下，其本身不發(fā)生變形和任何位移 (移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng) )，土體處于彈性平衡狀態(tài)，則這時(shí)作用在擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力稱為靜止土壓力，如圖 1591(a)所示。在土體表面下任意深度 z處取一微小單元體，其上作用著豎向自重應(yīng)力和側(cè)壓力 (如圖 1593)這個(gè)側(cè)壓力的反作用力就是靜止土壓力。 2. 朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算 根據(jù)擋土墻后地表面下深度 z處的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡理論，可推導(dǎo)出主動(dòng)土壓力強(qiáng)度 Pa的計(jì)算公式如下： 由主動(dòng)土壓力計(jì)算公式可知，無粘性土中主動(dòng)土壓力強(qiáng)度 Pa與深度 z成正比，沿墻高的土壓力強(qiáng)度呈三角形分布 (如圖 1594)。 3. 朗肯被動(dòng)土壓力 擋土墻在外荷載作用下向著土體方向位移時(shí)，墻后土體將形成被動(dòng)土壓力狀態(tài)。計(jì)算，水壓力按靜水壓力計(jì)算。 ，粘聚力 c=0，且地面存在 q=10kpa 的超載，試計(jì)算坑底面以上土的主動(dòng)土壓力值并確定作用點(diǎn)位置。 2. 庫侖被動(dòng)土壓力 庫侖被動(dòng)土壓力計(jì)算公式的推導(dǎo)與庫侖主動(dòng)土壓力的方法相似，計(jì)算公式如下： 第一講 巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)及其試驗(yàn)方法 (之一 ) 一、內(nèi)容提要： 本講主要講述巖石的物理力學(xué)性能等指標(biāo)及其試