巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)及其試驗(yàn)方法(編輯修改稿)
2025-07-04 18:16 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 析可知，產(chǎn)生這種破壞形態(tài)的主要原因是上、下壓板在施加荷載時(shí)，與巖石試件端面之間產(chǎn)生了較大的摩擦力，促使巖石端部產(chǎn)生了一個(gè)相當(dāng)于箍的約束作用。此時(shí)，巖石試件內(nèi)的應(yīng)力分布如圖1513所示。由于拉應(yīng)力的作用使得這部分巖石被剝離而形成圓錐體。因此從某種意義上來(lái)說(shuō)圓錐體的破壞形態(tài)并沒(méi)有真正反映其破壞特征，而是帶有試驗(yàn)系統(tǒng)所給予的影響。2)柱狀劈裂破壞(見(jiàn)圖1512b)：在發(fā)現(xiàn)圓錐形破壞的真正原因之后有人在上下壓板與試件端面之間，涂上了一層薄薄的凡士林以減小接觸面之間的摩擦力，最終巖石試件由于產(chǎn)生平行于所施加的軸向力的裂縫而破壞。對(duì)于不同的巖石所含的礦物成份和所含裂隙的不同，局部還會(huì)出現(xiàn)些較小的斜向裂縫。應(yīng)該說(shuō)柱狀劈裂破壞是真正反映巖石單軸壓縮破壞的形態(tài)。【例題9】下列不屬于巖石在單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中出現(xiàn)的破壞形態(tài)的是( )。A. 圓錐形破壞 B. 柱狀劈裂破壞 C. 三角形破壞 答案：C【例題10】能夠真正反映巖石單軸壓縮破壞的形態(tài)是( )。A. 圓錐形破壞 B. 柱狀劈裂破壞 C. 三角形破壞 答案：B【例題11】在作巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，如果增加上下壓板與試塊之間的摩擦力，則巖石的破壞形態(tài)呈( )。A. 圓錐形破壞 B. 柱狀劈裂破壞 C. 三角形破壞 答案：A3 巖石單軸抗壓強(qiáng)度的影響因素1)承壓板給予單軸抗壓強(qiáng)度的影響 除了上述試件端面與承壓板之間的摩擦力影響試件的破壞形態(tài)以外，還有承壓板的剛度也將影響試件端面的應(yīng)力分布狀態(tài)。由研究可知，當(dāng)承壓板剛度很大時(shí)，其接觸面的應(yīng)力分布很不均勻，呈山字形，如圖1514所示。顯然，這將影響整個(gè)試件的受力狀態(tài)。圖1514 在剛性承壓板之間壓縮時(shí)巖石端面的應(yīng)力分布因此，有人建議試驗(yàn)機(jī)的承壓板(或者墊塊)盡可能采用與巖石剛度相接近的材料，避免由于剛度的不同而引起變形不協(xié)調(diào)造成應(yīng)力分布不均勻的現(xiàn)象，減少對(duì)強(qiáng)度的影響。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(zhǎng)為5cm的立方體試件 。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，試件的尺寸、形狀、高徑比都將影響巖石的強(qiáng)度值。(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。這將影響整個(gè)試件在受力后的應(yīng)力分布狀態(tài)。此外，從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)方柱體的試件加工要比圓柱形試件困難得多，不易達(dá)到有關(guān)加工精度的要求。因此，目前，絕大多數(shù)的國(guó)家都采用圓柱形的巖石試件。(2)巖石試件的尺寸試件的強(qiáng)度通常隨其尺寸的增大而減小。這就是巖石力學(xué)中被稱之為尺寸效應(yīng)。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。研究結(jié)果表明，巖石試件的直徑為4～6cm，且滿足試件直徑大于其最大礦物顆粒直徑的10倍以上的巖石試件，強(qiáng)度值較為穩(wěn)定。因此，～，作為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。(3)巖石試件的高徑比在圖1515中，可以看到由于高徑比h／d的不同，對(duì)巖石強(qiáng)度產(chǎn)生不同的影響。從曲線的特征中，明顯地看出了高徑比在2～3時(shí)，巖石單軸抗壓強(qiáng)度值已趨勢(shì)穩(wěn)定的特性?？梢?jiàn)取高徑比為2～3時(shí)，對(duì)其強(qiáng)度來(lái)說(shuō)是比較合理的。據(jù)此，～、～。這不僅考慮了不同尺寸、形態(tài)、高徑比對(duì)其強(qiáng)度的影響，同時(shí)還考慮了巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果的可比性。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。在很高的加載速率下，如沖撞等試驗(yàn)所求得的單軸抗壓強(qiáng)度甚至可數(shù)倍于緩慢加載的試驗(yàn)結(jié)果。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。因此，選擇適當(dāng)?shù)募虞d速率對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果來(lái)說(shuō)是比較重要的。我國(guó)有關(guān)巖石力學(xué)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，～10MPa／s之間，且按巖石的軟硬不同可取其不同的加載速率，這一加載速率與國(guó)外的許多試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中所提出的要求是一致的。4)環(huán)境對(duì)巖石單軸抗壓強(qiáng)度的影響(1)巖石的軟化系數(shù) 在完全烘干狀態(tài)下與飽和狀態(tài)下所求得的單軸抗壓強(qiáng)度值有著一定的差別，這一差別在軟巖中表現(xiàn)得更為突出。即前者的值往往要比后者大得多。巖石的軟化系數(shù)就是表示巖石中的不同含水率影響單軸抗壓強(qiáng)度的一個(gè)具體的反映。見(jiàn)公式(15l16)。由于孔隙中的水對(duì)巖石中的礦物的風(fēng)化、軟化、膨脹以及溶蝕作用，使得在飽和狀態(tài)下巖石單軸抗壓強(qiáng)度有所降低。對(duì)于泥巖、粘土巖、頁(yè)巖等軟弱的巖石，二者的差值甚至可達(dá)2～3倍。而對(duì)于致密堅(jiān)硬的巖石，二者的差別甚小。表1512列出了各種不同巖性的軟化系數(shù)。(2)溫度對(duì)巖石單軸抗壓強(qiáng)度的影響巖石力學(xué)試驗(yàn)一般是在室溫的條件下進(jìn)行的。溫度對(duì)巖石強(qiáng)度的影響并不是很明顯。然而，若對(duì)巖石試件進(jìn)行加溫，則巖石軸向壓縮強(qiáng)度將產(chǎn)生明顯的變化。地?zé)岬睦靡约霸诤穗姽こ讨泻藦U料處置等具體問(wèn)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。近年來(lái)，人們很重視溫度對(duì)巖石的力學(xué)特性的影響的研究。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。由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)溫度加至180℃左右時(shí)，巖石中礦物周圍的部分結(jié)晶水會(huì)消失，使強(qiáng)度降低。當(dāng)加溫高達(dá)380℃左右時(shí)，石英等礦物會(huì)發(fā)生晶變而使強(qiáng)度急劇下降。二是由于溫度的提高，巖石內(nèi)將儲(chǔ)存著一定的熱應(yīng)力，進(jìn)而使巖石的抵抗外荷載的能力降低。溫度對(duì)巖石強(qiáng)度的影響是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，從總體上來(lái)說(shuō)，溫度的增加會(huì)使巖石強(qiáng)度降低。但也有人提出，在180℃左右時(shí)，對(duì)強(qiáng)度影響不大的說(shuō)法。因此，這還是一個(gè)有待于進(jìn)—步深入研究的課題。除了以上的影響因素以外，還有巖石礦物成分、顆粒尺寸、孔隙率等都將影響巖石的強(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。【例題12】在下列各項(xiàng)中，對(duì)巖石的單軸抗壓強(qiáng)度無(wú)影響的是(1
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