巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)及其試驗(yàn)方法-資料下載頁(yè)
2025-06-07 18:16本頁(yè)面
【正文】 有三種：抗剪斷強(qiáng)度、抗切強(qiáng)度和弱面抗剪強(qiáng)度(包括摩擦試驗(yàn))。這三種強(qiáng)度試驗(yàn)的受力條件不同，其示意圖見(jiàn)圖15l11。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。一般用楔形剪切儀，其主要裝置如圖l12所示。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?！?0176。(以采用較大的角度為好)，分別按上式求出相應(yīng)的 及 值，就可以在 坐標(biāo)紙上作出它們的關(guān)系曲線，如圖l13(a)所示。巖石的抗剪斷強(qiáng)度關(guān)系曲線是一條弧形曲線，一般把它簡(jiǎn)化為直線形式(見(jiàn)圖l13(b))。這樣，巖石的抗剪斷強(qiáng)度 與壓應(yīng)力 之間【例題19】下列各項(xiàng)中不屬于巖石的剪切強(qiáng)度的是( )。A. 抗剪斷強(qiáng)度 B. 抗切強(qiáng)度 C. 弱面抗剪強(qiáng)度 D. 抗拉強(qiáng)度答案：D(四)巖石在三向壓縮應(yīng)力作用下的強(qiáng)度地層中的巖石絕大多數(shù)都處在三向壓縮應(yīng)力的作用下，因此，從某種意義上來(lái)說(shuō)巖石在三向壓縮應(yīng)力作用下的強(qiáng)度特性是巖石本性的反映，由此而顯得更為重要。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。由于三向應(yīng)力狀態(tài)由許多不同的應(yīng)力組合而成，因此，巖石的三向壓縮強(qiáng)度通常用一個(gè)函數(shù)式表示，其通式為：其中， 為最大主應(yīng)力，而 分別為中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力。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。兩種不同的表達(dá)式是等價(jià)的。由于巖石三向壓縮強(qiáng)度是根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果而建立，從目前的研究成果來(lái)說(shuō)，很難用一個(gè)具體的顯式函數(shù)形式給予精確的描述。此外，由試驗(yàn)的結(jié)果可知，隨著所施加的圍壓的增大，其相應(yīng)的極限最大主應(yīng)力也將隨之增大。因此，從總體上來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)單調(diào)函數(shù)。1 三向壓縮試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介三向壓縮應(yīng)力試驗(yàn)根據(jù)施加側(cè)向壓力的不同，可分成真三軸試驗(yàn)假三軸試驗(yàn) 二者的區(qū)別在于側(cè)壓的不同。前者兩個(gè)水平方向施加的壓力不等，而后者相等。由于真三軸試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)的特殊要求，使這試驗(yàn)要花費(fèi)很大的人力、物力和財(cái)力。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。圖15114是假三軸試驗(yàn)機(jī)施加三向壓力的裝置示意圖，圍壓是通過(guò)液體施加在試件上。通常假三軸試驗(yàn)先施加按一定要求設(shè)定的圍壓值，并保持不變，隨后施加豎向荷載直至破壞。而真三軸試驗(yàn)卻要求能夠分別施加三個(gè)方向上的大小不同的荷載。2 三向壓縮試驗(yàn)的破壞類型 表1513例示了假三軸試驗(yàn)在不同圍壓作用下的破壞類型。巖石試件在低圍壓作用下(表中情況l，2)，其破壞形式主要表現(xiàn)為劈裂破壞。這一破壞形式與單軸壓縮破壞很接近，說(shuō)明圍壓對(duì)其破壞形態(tài)影響并非很大。當(dāng)在中等圍壓的作用下，試件主要表現(xiàn)為斜面剪切破壞。其剪切破壞角與最大應(yīng)力的夾角通常約為45176。 為巖石的內(nèi)摩擦角)。而當(dāng)在高圍壓作用下，試件則會(huì)出現(xiàn)塑性流動(dòng)破壞，試件不出現(xiàn)宏觀上的破壞斷裂面而呈腰鼓形。由此可見(jiàn)，圍壓的增大改變了巖石試件在三向壓縮應(yīng)力作用下的破壞形態(tài)。若從變形特性的角度分析，圍壓的增大使試件從脆性破壞向塑性流動(dòng)過(guò)渡。3 巖石三向壓縮強(qiáng)度的影響因素巖石在三向壓縮應(yīng)力作用下的影響因素，除了類似于前節(jié)所敘述的單軸強(qiáng)度的影響因素包括尺寸、加載速率等因素)以外，還有如下所說(shuō)的，其特有的影響因素。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。從圖中可見(jiàn)，大理巖隨著側(cè)向壓力(亦稱圍壓)的增大，其最大主應(yīng)力也將隨之增大。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。若用莫爾極限應(yīng)力圓的包絡(luò)線來(lái)描述的話，則這包絡(luò)線的斜率具有前陡后緩的特性。當(dāng)然，對(duì)不同的巖性來(lái)說(shuō)，這一特性并不是完全一致的，但是隨圍壓的增大而最大主應(yīng)力也變大，這一特性則是一個(gè)普遍的規(guī)律。2)加荷途徑對(duì)巖石三向壓縮強(qiáng)度的影響三向壓縮試驗(yàn)可以有三種不同的加壓途徑，即如圖15116中A，B，C三條虛線所示。根據(jù)大量的試驗(yàn)結(jié)果可知，三種不同的加載途徑對(duì)巖石的三向壓縮強(qiáng)度影響并不大。圖15116例示了花崗巖的試驗(yàn)結(jié)果，無(wú)論用哪種加載途徑，其最終的破壞應(yīng)力都很接近描述三向壓縮強(qiáng)度的破壞應(yīng)力包絡(luò)線。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(lái)說(shuō)，孔隙水壓力將對(duì)巖石的強(qiáng)度給予很大的影響。這一影響可用“有效應(yīng)力”的原理給予解釋。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)。若用莫爾極限應(yīng)力圓來(lái)表示的話，由于孔隙壓力的存在使應(yīng)力圓向左側(cè)移動(dòng)，即向強(qiáng)度包絡(luò)線方向平移，因此降低了巖石的極限應(yīng)力?！纠}25】對(duì)于假三軸試驗(yàn)，圍壓的增大改變了巖石試件在三向壓縮應(yīng)力作用下的破壞形態(tài)。若從變形特性的角度分析，圍壓的增大使試件從( )向( )過(guò)渡。A. 脆性破壞；塑性流動(dòng) B. 塑性流動(dòng)；脆性破壞C. 斜面剪切；塑性流動(dòng) D. 斜面剪切；脆性破壞答案：A【例題26】由于巖石當(dāng)中孔隙水壓力的存在，對(duì)巖石極限應(yīng)力的影響為( )。A. 降低了巖石的極限應(yīng)力 B. 提高了巖石的極限應(yīng)力C. 對(duì)巖石的極限應(yīng)力無(wú)影響 D. 以上三種均有可能產(chǎn)生答案：A【例題27】對(duì)于三軸試驗(yàn)，當(dāng)圍壓增大時(shí)，主應(yīng)力將作何變化( )。A. 增大 B. 減小 C. 不變 D. 以上三種均有可能產(chǎn)生答案：A
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