021《岩石力学》课件(完整版)-第二节岩石的强度特性.

第二节岩石的强度特性工程师对材料提出两个问题1最大承载力——许用应力[]？2最大允许变形－－许用应变[]？本节讨论[]问题强度：材料受力时抵抗破坏的能力。强度单向抗压强度单向抗拉强度剪切强度三轴压缩真三轴假三轴一岩石的单轴抗压强度1.定义：指岩石试件在无侧限的条件下，受轴向压力作用破坏时单位面积上承受的荷载。APRc/式中：P——无侧限的条件下的轴向破坏荷载A——试件截面积2.试件方法：圆柱形试件：Φ4.8－5.2cm，高H=（2－2.5)Φ长方体试件：边长L=4.8－5.2cm,高H=（2－2.5)L试件两端不平度0.5mm；尺寸误差±0.3mm;两端面垂直于轴线±0.25o（1）试件标准：3.单向压缩试件的破坏形态破坏形态有两类：（1）圆锥形破坏原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），在工程中也会出现。（2）柱状劈裂破坏张拉破坏（岩石的抗拉强度远小于抗压强度）是岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应）消除试件端部约束的方法润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）加长试件破坏形态是表现破坏机理的重要特征；其主要影响因素：①应力状态②试验条件4.影响单轴抗压强度的主要因素（1）承压板端部的摩擦力及其刚度（加垫块的依据）（2）试件的形状和尺寸形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工；尺寸：大于矿物颗粒的10倍；Φ50的依据；高径比：研究表明；h/d≥(2－3)较合理（3）加载速度加载速度越大，表现强度越高(见图2－5)我国规定加载速度为0.5－1.0MPa/s（4）环境含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的2－3倍。见表2－2温度：180℃以下不明显：大于180℃，温度越高强度越小。花岗岩闪长岩玄武岩辉绿岩石灰岩砂岩页岩粘土岩凝灰岩石英岩片岩千枚岩板岩大理岩AAAAABBBBCCCCC二岩石的抗拉强度1.定义：岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时的单位面积上所受的拉力。由于试件不易加工，除研究直接的拉伸的夹具外，研究了大量的间接试验方法。2.直接拉伸法抗拉强度APRt/关键技术①试件和夹具之间的连接②加力P与试件同心3.间接方法IMCt/①岩石是各向同性的线弹性材料②满足平面假设的对称面内弯曲适用条件：（1）抗弯法（梁的三点弯曲试验）抗拉强度——三点弯曲梁内的最大拉应力；梁发生破坏时的就是tttRM——作用在试件上的最大弯矩C——梁边缘到中性轴的距离I——梁截面绕中性轴的惯性矩（2）劈裂法（巴西法），对称径向压裂法由巴西人Hondros提出ttR要求①荷载沿轴向均匀分布②破坏面必须通过试件的直径注：①端部效应②并非完全单向应力试件：实心圆柱Φ50mm；δ25mm试验：径向压缩破坏（张开）计算公式：由弹性力学Boursinesq公式Dtpt/2式中：——试验中心的最大拉应力，即p——试验中破坏时的压力D——试件的直径t——试件的厚度δ（3）点荷载试验法是上世纪发展起来的一种简便的现场试验方法。试件：任何形状，尺寸大致5cm，不做任何加工。试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。2/DPIIRt96.015196.0151iitIR计算：式中：P——试件破坏时的极限D——加载点试件的厚度统计公式：要求:（由于离散性大），每组15个，取均值，即建议：用Φ5cm的钻孔岩芯为试件。三岩石的抗剪强度1.定义指一定的应力条件下（主要指压应力），所能抵抗的最大剪应力常用表示2.类型：a.抗剪断试验b.抗切断试验c.弱面抗剪试验3.室内试验（抗切断试验）①试验楔形剪切仪，加载装置②计算公式cossinsincosfPQfPN式中：p——压力机的总压力α——试件倾角f——圆柱形滚子与上下压板的摩擦系数抗剪断仪cossinsincosfPQfPNQQNNPfPαα剪切破坏面上的正应力σ和剪应力τ为：cossinsincosfFPFQfFPFN岩石的抗剪断σ－τ曲线（强度曲线）•改变夹具倾角α；α在30度到70度之间•做一组（大于5次）不同α的试验，记录所得的σ，τ值；由该组值作曲线近似直线得方程ctan式中tanφ－岩石抗剪切内摩擦系数c－岩石的粘结力（内聚力）四岩石在三向压缩应力作用下的强度1.定义指在不同三向压缩应力作用下岩石抵抗外荷载的最大应力ff321,2.三向压缩试验简介（1）真三轴见图1-16~1-18（2）假三轴见图2-113213213.三轴压缩试验的破坏类型=0=48=36=24=124.岩石三向压缩强度的影响因素（1）侧压力的影响围压越大，轴向压力越大（2）加载途径对岩石三向压缩强度影响（图2-13）A、B、C三条虚线是三个不同的加载途径，加载途径对岩的最终三向压缩强度影响不大。（3）孔隙水压力对岩石三向压缩强度的影响孔隙水压力使有效应力（围压）减小强度降低无水有水返回