【正文】 影響因素巖石單軸抗壓強(qiáng)度的因素 （ 2）試驗(yàn)條件因素 1）試件形狀、尺寸及加工精度 ② 尺寸效應(yīng)：尺寸越大 → 微結(jié)構(gòu)面 越多，越復(fù)雜 → 強(qiáng)度越低 我國標(biāo)準(zhǔn)尺寸： 直徑或邊長為 50mm,高 100mm 非標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度與標(biāo) h D 準(zhǔn)試件強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換： ??c1 =? ??c +?影響因素巖石單軸抗壓強(qiáng)度的因素 2）加載速率 加載速率增大，強(qiáng)度提高。 現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)范規(guī)定加載速率： ～ / s 3）試件端面摩擦約束效應(yīng) 端面摩擦約束效應(yīng) :(1)承壓板變形對試件端面周邊的 橫向約束。 試件發(fā)生橫向變形時，承壓板對試件端面產(chǎn)生摩擦 力，從而影響試件的應(yīng)力分布。(2)在試件與承壓板之間加 潤滑劑，以減少壓力板與試件之間的摩擦力 巖石名稱 抗壓強(qiáng)度 (MPa) (⊥ ) ( ∥ ) ／ 垂直層理 (⊥ ) 平行層理 (∥ ) 石 灰 巖 180 151 粗粒砂巖 細(xì)粒砂巖 砂質(zhì)頁巖 頁 巖 影響因素巖石單軸抗壓強(qiáng)度的因素 4）濕度和溫度 水對巖石強(qiáng)度有顯著影響，其用軟化系數(shù)表示。 5）層理結(jié)構(gòu) 加載方向平行于層理方向的強(qiáng)度 垂直于層理方向 的強(qiáng)度。 微層理 ? 定義 巖石試件在單向拉伸荷載作用下直到破壞所能承受的 uniaxial tensile strength 二、單軸抗拉強(qiáng)度 ??t 直接拉伸法 間接法 (劈裂法、點(diǎn)荷載法、 三點(diǎn)彎曲法 ) 最大拉應(yīng)力，稱為抗拉強(qiáng)度 （ uniaxial tensile strength）（ MPa） ? 意義 （ 1）拉破壞是巖體的主要破壞型式，衡量巖體力學(xué) 性質(zhì)的重要指標(biāo)；（ 2）是建立巖石強(qiáng)度判據(jù)，確定強(qiáng)度包絡(luò) 線的重要指標(biāo)；（ 3）選擇建筑石材不可缺少的參數(shù) ? 測定方法 ： 彎曲、傾倒破壞 Pt A ??t =?單軸抗拉強(qiáng)度 圓柱狀試件、材料試驗(yàn)機(jī) Pt 直接拉伸法 ： Pt 直接拉伸法 ：費(fèi)時、費(fèi) 力、費(fèi)物 ??x =???y 3 立方體 ??t =?2 pt ??a 劈裂試驗(yàn) （巴西試驗(yàn)）： 單軸抗拉強(qiáng)度 彈性理論 豎直向直徑平面為拉應(yīng)力： ??x =?2 p ??DL 水平向直徑平面為壓應(yīng)力： ??y =?6 p ??DL 拉破壞 而 ??t ????c 4 間接方法： D 墊條 P x P P ??y ??x ??y 2 P ??DL o (c) P (a) (b) 圓柱體試件試驗(yàn) 圓柱體 ??t =?2 pt ??DL 2 點(diǎn)荷載強(qiáng)度 I s =?pt D2 點(diǎn)荷載試驗(yàn) ： 抗拉強(qiáng)度 ??t =?KI s ~ 巖石 名稱 c 抗壓強(qiáng)度 (MPa) t 抗拉強(qiáng)度 (MPa) 摩擦角 (176。 ) 內(nèi)聚力 (MPa) 花崗巖 100~250 7~25 45~60 14~50 片麻巖 50~200 5~20 30~50 3~5 流紋巖 180~300 15~30 45~60 10~50 千枚巖、片巖 10~100 1~10 26~65 1~20 閃長巖 100~250 10~25 53~55 10~50 板巖 60~200 7~15 45~60 2~20 安山巖 100~250 10~20 45~50 10~40 頁巖 10~100 2~10 15~30 3~20 砂巖 20~200 4~25 35~50 8~40 輝長巖 180~300 15~36 50~55 10~50 礫巖 10~150 2~15 35~50 8~50 輝綠巖 200~350 15~35 55~60 25~60 石灰?guī)r 50~200 5~20 35~50 10~50 玄武巖 150~300 10~30 48~55 20~60 白云巖 80~250 15~25 35~50 20~50 石英巖 150~350 10~30 50~60 20~60 大理巖 100~250 7~20 35~50 15~30 ? 常見巖石的抗拉強(qiáng)度 單軸抗拉強(qiáng)度 ? 影響巖石抗拉強(qiáng)度的因素 抗拉強(qiáng)度 與抗壓強(qiáng)度的影響因素基本相同，報告巖石本身的性質(zhì)和 試驗(yàn)條件。相對而言，空隙對巖塊抗壓 強(qiáng)度的影響就小得多，因此，巖塊的抗拉強(qiáng)度一般遠(yuǎn)小于 其抗壓強(qiáng)度。 ? 定義 巖石試件在三軸壓縮荷載作用下直到破 Pm A ?1m =? 壞所能承受的最大壓應(yīng)力，簡稱三軸抗壓強(qiáng)度 （ uniaxial pressive strength）， 或限制性抗壓強(qiáng)度 （ confined pressive strength）（ MPa） ? 測定方法 ： ?1 ?2 =?3 ?2 =?3 triaxial pressive strength 三、三軸抗壓強(qiáng)度 ?1m 1 1 試驗(yàn)儀器： 常規(guī)三軸壓力試驗(yàn)儀和真三軸試驗(yàn)儀 triaxial pressive strength 試驗(yàn)儀器： TYX— 500型巖石三 軸壓力機(jī) 2. 美國 MTS公司的 MTS多功能巖石伺服試驗(yàn)機(jī) 試驗(yàn)類型：靜力學(xué)試驗(yàn)、動力學(xué)試驗(yàn)、常溫常壓試驗(yàn)、高溫高壓試驗(yàn)、破壞力學(xué) 試驗(yàn)、全過程試驗(yàn) 主要試驗(yàn)項(xiàng)目：單軸壓縮、三軸壓縮、三點(diǎn)彎曲、直接拉伸、間接拉伸 特殊功能：孔隙水、滲透、彈性波、聲發(fā)射 ????????????????????? 巖石強(qiáng)度包絡(luò)線及巖石抗剪強(qiáng)度參數(shù) 巖石莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線 ?? 2 在 ??????坐標(biāo)系中繪制出 一組破壞應(yīng)力圓及公切線， 所得到的公切線即為 巖石莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線 一組試件： 4個以上巖樣 三軸壓縮試驗(yàn)： (??1m , ??3 )?和 ??t 莫爾應(yīng)力圓： 圓心： ?1m +???3 ???? ? ? ,0 ???????2 ???? 半徑： ?1m ????3 ????t ??t ??t o ? 1 ?1 ?1 ??c ??3 ??3 ??c ??1 ??c 莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線曲線 ? 2 ??巖石抗剪強(qiáng)度參數(shù) (?C , ??)?1）當(dāng)圍壓大時 ,莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線為曲線 ,破壞面上的內(nèi)聚力和內(nèi) 摩擦角并非常量。 2）當(dāng)圍壓不大時 ,莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線近似直線 ,破壞面上的內(nèi)聚力 和內(nèi)摩擦角為常量。 2C cos ??1 ??sin ??2 o ??????????????????o ???? 2 2 ??C ?1m ?1m ????3 ?1m、 (C,??)和 ??3之間的關(guān)系 以直線型莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線為例來 研究它們之間的關(guān)系 破壞面的 內(nèi)摩擦角 (υ)－－包絡(luò)線上所 有點(diǎn)的切線與 σ軸的夾角 破壞面的 內(nèi)聚力 (C) －－包絡(luò)線所有點(diǎn) 2 ?1m +????3 Cctg??????????????2 直線型 莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線 B ?1m ??3 =???????????????+?1 +?sin ??1 ??sin ?? 的切線在 τ軸上的截距 用 ??3 和 (??, C )?表示的巖石的三軸抗壓強(qiáng)度 ⊿ ABO’ sin ??=??? (?1m +???3 ) / 2 +?Cctg???1m ??3 2C cos ????1 +?sin ??1 ??sin ??1 ??sin ???1m =??3tg (45 +??) +?2Ctg(45 +??) ??c =??1m 2C cos ??1 ??sin ?? ?1m +????3 2 o ????????????????o ???? 2 2 當(dāng) ??3 =?0 =????c =??1m =?2Ctg (?45。 Cctg??????????????2 直線 型莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線 B sin ??=?????????????=???t c c tg (45 ????) =??? =?????c ????t ??c ????t (?c+ ?t)/2 ????c ????t 2 ??c +???t ??c ????t ??c +???t ??=?arctg ( ) 2 ??c??t 2 1 ??sin ????????????2 o ??? ? 1 +?sin ????????????????????????2 用 ?、 ?c 表示 ?t tg??=?? ? ?2 ??c??t D o2 o1 (?c ?t)/2 ?c ?t ??c??t C A B O ?c?t 2 C =?用 ??c、 ??t 表 示 C、 ??(MPa)1mσ MPa) 1σ σ3 ( 灰?guī)r 6 σ3 MPa) ? 影響巖石三軸抗壓強(qiáng)度的因素 ( 400 200 300 100 0 1000 800 600 400 200 7 蛇紋巖 9花崗巖 灰綠色塊 白云質(zhì) 8 狀鋁土礦 5 大理巖 2 4砂巖 3 砂頁 巖 1硬煤 巖石自身的性質(zhì)、圍壓、溫度、 濕度、空隙壓力、試件高徑比等。 +???抗剪斷強(qiáng)度 沿預(yù)定剪切面剪斷時的最大剪應(yīng)力 ??=?C ??? 定義 在剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪 shear strength 四、剪切強(qiáng)度 ??沿次剪切破壞時的最大剪應(yīng)力 ??n ??n 應(yīng)力，稱為剪切強(qiáng)度 （ MPa） ? 組成 內(nèi)聚力 C 內(nèi)摩擦阻力 ??n tg???? 類 型 指試件在一定的法向應(yīng)力作用下， ??=???n tg??+?C 直剪試驗(yàn)、變角板剪切試驗(yàn)、三軸試驗(yàn) 抗切強(qiáng)度 指試件上的法向應(yīng)力為零時，沿 ??????預(yù)定剪切面剪斷時的最大剪應(yīng)力 單（雙）面剪切試驗(yàn)等 摩擦強(qiáng)度 指試件在一定的法向應(yīng)力作用下， ??=???ntg??j +?C j 已有破裂面（層面、節(jié)理等）再 摩擦試驗(yàn) 一組試件： 4～ 6個巖樣 ? 抗剪斷強(qiáng)度 直剪試驗(yàn) 圖 直 剪儀直剪試驗(yàn) 按庫侖定律求巖塊的抗剪斷強(qiáng) 度參數(shù) C、 υ值。 ??=??tg??+?C (C , ??)?剪切強(qiáng)度參數(shù) 變角度剪切試驗(yàn)儀 ??P 3 板 4 2 角 4 1 C , υ值 的確定示意圖 強(qiáng)度包絡(luò)線曲線 ????o C P A (cos??+?f sin ??) 剪切面上 的應(yīng)力： ??=? P A ??式中 ,p 為試件破壞時的荷載； A 為剪切面面積； ??為剪切面與水平面的夾角； f 為壓力機(jī)壓板與剪切夾具間的滾動 摩擦系數(shù)。 ??=??tg??+?C arctgm 40 300 200 100 0 10 20 30 σ3 (MPa) 巖石強(qiáng)度包絡(luò)線 一組試件： 4～ 6個試件 在 ?1 ??3 曲線上取最佳直線 段，求出 m, b 巖石 名稱 c 抗壓強(qiáng)度 (MPa) t 抗拉強(qiáng)度 (MPa) 摩擦角 (176。 ) 內(nèi)聚力 (MPa) 花崗巖 100~250 7~25 45~60 14~50 片麻巖 50~200 5~20 30~50 3~5 流紋巖 180~300 15~30