巖石力學(xué)巖石的強度特性主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)巖石的強度特性第三節(jié)巖石的強度準(zhǔn)則第一節(jié)概述巖石的力學(xué)性質(zhì)包含兩個方面的含義：巖石的強度特征和變形特征。

巖石的強度特征反映巖石抵抗破壞的能力和破壞規(guī)律。巖石的變形特征反映巖石的力學(xué)屬性。彈塑性力學(xué)基礎(chǔ)彈塑性力學(xué)是固體力學(xué)的一個分支學(xué)科。彈塑性力學(xué)中的基本假設(shè)：

假設(shè)固體材料為連續(xù)介質(zhì)假設(shè)物體為均勻各向同性物體的變形屬于小變形物體原來處于一種無應(yīng)力的自然狀態(tài)應(yīng)力與應(yīng)變的概念力：物體之間的相互作用，引起變形或加速度。應(yīng)力：假想物體被任一平面分成兩部分，從平面中取出一微小面積元素ΔSc，上面受到內(nèi)力Δp，則應(yīng)力定義為Δp/ΔSc趨于一定的極限。應(yīng)變：物體內(nèi)任一點受到力的作用后產(chǎn)生的相對變形。123一點的應(yīng)力狀態(tài)物質(zhì)的力學(xué)本構(gòu)關(guān)系本構(gòu)關(guān)系：反映材料特定性質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。廣義胡克定律：巖石補的破巾壞形循式在外列載作云用下栽，當(dāng)女巖石融內(nèi)部弊的應(yīng)賺力達覽到或蹦超過珠某一噸極限拋時，攪巖石赴就發(fā)席生破巾壞。巖石輛破壞而的主唱要形欠式：脆性破壞延性破壞拉伸破壞剪切破壞脆性蒼破壞舉：巖石尋在荷介載作青用下際沒有顯著砍覺察稼的變亮形就突純?nèi)黄颇驂摹?脖大多演數(shù)堅襪硬巖廊石在骨一定踐條件鈔下都說表現(xiàn)剝出脆朵性破咱壞的送性質(zhì)射。*蟻產(chǎn)生膜這種羨破壞財?shù)脑钜蚩稍V能是棒巖石滅中裂挨隙發(fā)次生和搞發(fā)展欠的結(jié)稼果。例如嚴(yán)，地耐下洞膏室開大挖后斃，由輩于洞瓣室周娃圍的叢應(yīng)力匙顯著午增大較，洞脅室?guī)r纏可能形產(chǎn)生務(wù)許多瓣裂隙頓，尤綱其是煎洞頂遙的張芬裂隙敞，這失些都填是脆競性破趙壞的蔥結(jié)果旅。脆性燈破壞延性丙破壞：巖石餅在破楚壞之跡前變牢形很閘大，揉且沒茶有明翁顯的摘破壞問荷載西，表墾現(xiàn)出穿顯著竄的塑釋性變箏形，淹流動害或擠自出，舍這種她破壞畜稱為患延性難或韌果性破塔壞。塑性寒變形精是巖留石內(nèi)結(jié)晶師晶格聯(lián)結(jié)位的結(jié)懲果。在一足些軟驕弱巖讀石中謠這種脆破壞糞較為解明顯魯。有些免洞室距的底配部巖文石隆扯起，豪兩側(cè)直圍巖慚向洞再內(nèi)膨旋脹都費屬延近性破鑰壞的只例子深。堅硬肆巖石業(yè)一般敞屬于宜脆性塑破壞絕，但占在兩鐵向或掉三向路受力稱較大紋的情詞況下渣，或站者在鏟高溫陽的影退響下陪，也腐可能精延性養(yǎng)破壞騾。延性啦破壞巖體醋破壞施的主豎要形準(zhǔn)式是甲弱面動剪切框破壞弱面次剪切遇破壞扎：巖矛體中探存在揭著許離多軟索弱結(jié)栗構(gòu)面媽，細違微裂術(shù)隙等頑弱面疑，在荷努載作飄用下爬，弱膜面上河的剪葵應(yīng)力感一旦城超過灑弱面警的抗瘋剪強得度時扣，巖版體將益弱面鉤剪切敲破壞足，致鬼使巖布體產(chǎn)班生滑唐移。如節(jié)服理巖影體中攔的地慨下洞宗室頂你部巖讀塊崩蝴塌，掩洞側(cè)寶巖石岸的滑繪動，湯以及娘巖坡湖沿軟器弱面害的失土穩(wěn)等跳，都遼屬于課弱面雨剪切距破壞績。巖體壁的破揉壞巖石偉在破撈壞前教后的妥應(yīng)力-應(yīng)變堪關(guān)系裝比金揪屬材速料復(fù)農(nóng)雜得縮慧多，王巖石蟲究竟研屬于苗脆性秒材料厭還是氧屬于扮塑性葉材料您，這酬不僅煎取決芒于巖搞石性舊質(zhì)，特且受求應(yīng)力蜘狀態(tài)辣，地閑溫，丘受荷次時間點等多權(quán)種因肌素的虜影響穩(wěn)。巖石即的破音壞形脹式第二羅節(jié)陷巖轟石的論強度蓮特性巖石偉強度：巖次石的哪強度柿是指脹荷載朵作用丑下巖內(nèi)石的苦抵抗閣破壞礙的能悔力。為了熟研究柱巖石槐的強慨度特棗征，云經(jīng)常費將巖便石制楚備成湊試件尋在實鏡驗室校進行有試驗?zāi)辏揽祿?jù)試勿樣應(yīng)鋒力狀狼態(tài)的穩(wěn)不同造分為企：巖溉石單軸圍抗壓睡強度畝實驗艷，抗景拉強俯度實艘驗，橡抗剪靜強度后實驗等。反試驗鴨時將剃巖樣鏈制備濃成標(biāo)伴準(zhǔn)試模件然防后按斑相應(yīng)份的試勺驗規(guī)勒程進押行試龜驗。1.巖石偵的抗?jié)L壓強歐度1)巖石條抗壓掩強度勒的定哄義巖石管的抗內(nèi)壓強件度是巖予石試后件在制壓力懇作用場下抵撤抗破宇壞的龍極限苗能力篇，極治限強區(qū)度在負數(shù)值瘋上等魯于破神壞時隱的最頸大壓疊應(yīng)力迷。2)測定鞠巖石蹲抗壓遍強度辛的意磚義衡量巖樹塊基云本力奔學(xué)性揮質(zhì)的擺重要渴指標(biāo)建立作巖石炸破壞盆判據(jù)掙的重粘要指皮標(biāo)用來呼大致箱估算浙其他劑強度降參數(shù)圓柱男形試醬件：Φ4散.8－5.吸2c杜m，高H=（2－2.包5)請Φ長方斬體試溪件：俘邊長L=臨4腫.8－5.涂2c其m見,高H=（2－2.饞5)宰L試件敗兩端右不平蔥度0.么5m持m；尺若寸誤瞇差±0兇.3輛mm荒;兩端茶面垂轎直于芳軸線±0悄.2油5o2）巖短樣標(biāo)趨準(zhǔn)1）計漁算方玩法P—軸向汪破壞頑荷載A—試件蹲界面縱積式中迎：巖石抱抗壓碎強度臨測定實驗賺設(shè)備MT穿S三軸吧巖石巾力學(xué)允實驗脾設(shè)備2)實驗抖條件歡方面雅的因命素①冰試樣廳的的塘幾何聲形狀哭及加尋工精訊度；等②柿加載茶速率浩；③斃端規(guī)面條豬件-端面倒效應(yīng)個；⑤推層盞理結(jié)使構(gòu)-取心堵方式3)環(huán)境養(yǎng)的影惠響—溫度替和濕補度的梅影響1)巖石同自身任性質(zhì)晌的因質(zhì)素巖石衛(wèi)自身指的性拍質(zhì)（礦物個組成疼、顆講粒大部小及炕形狀半、粒覽間連惕接、戚結(jié)構(gòu)桃特征什、微古結(jié)構(gòu)汗面、粱風(fēng)化逮程度）對篇其抗逆壓強眉度起卻決定就作用巖石義抗壓園強度迷的影污響因首素巖石羽自身臘性質(zhì)附的因扣素巖石種類抗壓強度(MPa)巖石種類抗壓強度(MPa)粗玄巖196～343石英片巖69～178輝長巖177～294云母片巖59～127閃長巖177～294凝灰?guī)r59～167玄武巖147～294千枚巖49～196石英巖147～294片麻巖49～196花崗巖98～245石灰?guī)r29～245流紋斑巖98～245砂巖19.6～196大理巖98～245泥灰?guī)r12～98板巖98～196頁巖9.8～98白云巖78～245煤4.9～49層理考結(jié)構(gòu)碼：強度辦各向具異性巖石投抗壓閱強度估的影斯響因孩素試驗豈條件顛對巖桂石抗類壓強源度的夢影響①試樣態(tài)幾何雄形狀片及加饑工精交度的興影響多邊喬形試屆樣易護引起返應(yīng)力毀集中棕，故罩易破導(dǎo)壞；奴橫截勾面形鼓狀對儀強度拔的影萍響：圓形>六多死邊形>四邊癥形>三邊積形試犬件；加繭工精冒度影但響應(yīng)連力分塊布形委式，曠如彎劣矩。巖石幻玉具有臘尺寸變效應(yīng)疤：試腿樣尺案寸越耐大，缸巖石啊強度興越低圓形喊試件常的優(yōu)軟點：盟不易戶產(chǎn)生秧應(yīng)力旺集中康，好成加工份；對祖圓柱編試件射的尺麻寸要恰求：胞大于勇礦物鴨顆粒富的10倍；言高徑先比：h/穴d≥愁(2－3)較合裂理，用尺寸烈效應(yīng)征其抗倒壓強購度影比響的崖經(jīng)驗宏公式裙：②加載屠速率像對抗崇壓強位度的慈影響纏：加載李速度臭越大所，表赤現(xiàn)強離度越石高，村我國癢規(guī)定基加載顫速度賓為試驗蜘條件葵對巖名石抗珍壓強錘度的叨影響③端面壞條件拆：主要爆是端液面摩腥擦力雞限制櫻試樣哀的橫繞向膨董脹,改變肆端部鵲應(yīng)力透狀態(tài)筑。試驗萍條件國對巖丙石抗撲壓強運度的液影響環(huán)境聞對抗逐壓強未度的金影響含水曉量：長含水漢量越棕大強錢度越散低；惡巖石纏越軟也越明院顯，艇對泥貌巖、調(diào)粘土針等軟紛弱巖儲體，欺干燥緞強度尺是飽言和強榮度的2－3倍。溫度剛：18胸0℃以下形不明文顯：乓大于18滲0℃，溫叮度越外高強謠度越買小。注意耳：巖屬心的穿保存——盡可絮能的悄維持政井下紀(jì)狀況遭。1.定義票：巖石桐的抗浪拉強忙度就是摧巖石爸試件貿(mào)在單蹄軸拉騰力作繪用下縮慧抵抗泄破壞劣的極喪限能伯力或棚極限乎強度聲在數(shù)紡值上礎(chǔ)等于艷破壞松時的摧最大吉拉應(yīng)宇力。輩巖石榴的抗踏拉強碎度比崖其抗決壓強考度低億得多閱。2.意義我：a）衡亡量巖航體力充學(xué)性套質(zhì)的侵重要棋指標(biāo)b）用需來建尼立巖艷石強挺度判糧據(jù)，芬確定香強度尋包絡(luò)鵝線c）選尋擇建潛筑石蒙材不薦可缺縮慧少的香參數(shù)3.測定滔方法硬：a）直酷接拉衫伸b）間誘接法澇（劈但裂法倉、點茅荷載攝法、解三點巧彎曲僵法）2.巖石哭的抗欠拉強恨度實驗貢時將腦這種爬試件靜兩端冤固定驅(qū)在拉題力機慰上，些然后學(xué)對試巨樣施品加軸浴向拉隨力，蘿直至脖試件瘋破壞屢，試該件的表抗拉舟強度鋼為：缺點怠：試歌樣制臉備困輪難，蔑它不瓣易與周拉力寸機固脊定，上且在并試樣琴斷裂撤處附勉近往薯往有硬應(yīng)力縮慧集中頸，同券時難患免在舅試件惱兩端潮面有盼彎矩失。關(guān)鍵叉技術(shù)增：①每試件你和夾歷具之遞間的鐮連接盤；②幫加力P與試斤件同比心抗拉成強度專的直顯接實謀驗法抗拉躬強度事的劈吊裂實王驗法員（巴俱西實旨驗）由巴狗西人Ho梢nd幫ro羞s提出試件潔：實伯心圓必柱φ5揀0m朽m；厚融度l=雕(0同.5盟-1料)D試驗滋：徑起向壓兩縮破扛壞（認張開查）要求幻玉：①勵荷載臥沿軸載向均饅勻分茂布②閑破壞主面必跌須通酬過試銅件的貓直徑注：資①端表部效鑼應(yīng)；籠②并毀非完社全單碑向應(yīng)舅力巴西扮實驗安試件頌內(nèi)應(yīng)坐力分脫布計算績公式迎：由夜彈性黑力學(xué)裹公式式中勵：

t——試件解中心埋的最握大拉補應(yīng)力謀，抗惑拉強獎度p——實驗恭中破毫壞時糕的壓款力D——試件哥的直蹄徑t——試件進的厚剃度巴西揭實驗改的數(shù)港據(jù)處凈理是上早世紀(jì)夜發(fā)展汽起來照的一冊種簡比便的厭現(xiàn)場諸試驗亡方法鹿。試件孔：任何劫形狀杏，尺股寸大閱致5c等m，不躲做任貌何加值工試驗叫：在直嘩接帶送到現(xiàn)淘場的膝點荷鑰載儀芽上，聾加載戒劈裂產(chǎn)破壞慶。點載鴨荷強味度實陶驗計算樣公式蠅：式中撥：P——試件罰破壞等時的偏極限饒力D——加載蜂點試具件的膽厚度統(tǒng)計訂公式花：要求:（由英于離鍋散性麥大）霸，每滅組15個，及取均產(chǎn)值，丘即建議兵：用φ5都cm的鉆恩孔巖邪芯為陳試件雜。巖石扮中包副含有多大量具的微許裂隙武和孔君隙，巖塊?？估矎姸犬a(chǎn)受其還影響豆很大，直凡接削暗弱了鄭巖塊哪的抗閃拉強晌度。倘相對瓜而言集，空隙漂對巖瀉塊抗釘壓強鵝度的譽影響嫁就小跑得多，因巖此，誼巖塊棕的抗松拉強苗度一稠般遠摘小于忽其抗斧壓強危度。通常睬把抗綢壓強舒度與邪抗拉棚強度板的比護值稱躁為脆性商度，用以尚表征柏巖石老的脆斥性程針度。微裂屬隙對委抗拉淡強度列的影錦響常見您巖石殘的抗賠拉強煌度巖石名稱抗拉強度（MPa）巖石名稱抗拉強度（MPa）巖石名稱抗拉強度（MPa）輝長巖15~36花崗巖7~25頁巖2~10輝綠巖15~35流紋巖15~30砂巖4~25玄武巖10~30閃長巖10~25礫巖2~15石英巖10~30安山巖10~20灰?guī)r5~20大理巖7~20片麻巖5~20千枚巖、片巖1~10白云巖15~25板巖7~153.巖石斷的剪常切強擔(dān)度1)定義聯(lián)：在剪切君荷載作用周下，墾巖塊龜?shù)挚辜〖羟挟€破壞乘的最籌大剪候應(yīng)力楊，稱草為剪厘切強乳度。2)類型毒：抗剪球斷強餡度：指試時件在霧一定怖的法向嚼應(yīng)力作用填下，膜沿預(yù)定剪切側(cè)面剪渠斷時唉的最腔大剪寄應(yīng)力抗切蠅強度濾：指試匹件上京的法向膊應(yīng)力客為零時，舉沿預(yù)煎定剪就切面削剪斷旅時的跨最大鮮剪應(yīng)沸力摩擦辭強度?。褐冈嚱B件在紅一定湊的法從向應(yīng)厘力作碧用下覺，沿已有破裂苗面（流層面刺、節(jié)滔理等靜）再濃次剪蛾切破災(zāi)壞時申的痰最大昌剪應(yīng)侄力。抗剪杏實驗縮慧的三袖種類權(quán)型剪切癢強度勇的意罵義：反映譽巖塊扁的力似學(xué)性殼質(zhì)的倘重要滾指標(biāo)用來劣估算擔(dān)巖石咐力學(xué)屈參數(shù)披及建餃立強終度判跳據(jù)抗剪橫斷強盜度的測試紋方法相：1）直剪份試驗2）變返角板管剪切猴試驗3）三潛軸試園驗剪切爭強度科實驗綿的意其義與迫測試使方法直剪窗試驗在直孝剪儀報上進幕行，貍按庫全侖定粉律求聰巖塊宵的剪六切強摔度參尸數(shù)C、φ值。直剪律試驗P——壓力字機的毛總壓伙力A——破壞逢面面厭積

——試件暫傾角f——圓柱煮形滾練子與寇上下刮壓板凈的摩身擦系疑數(shù)楔形剪切儀試驗跡設(shè)備破壞顏面應(yīng)臣力計疫算：楔形跑剪切京試驗實驗始結(jié)果瘡處理抗剪蜂斷實僵驗抗剪獄實驗4三軸仔壓縮襪強度定義忙：試件卸在三梁向壓留應(yīng)力金作用主下能付抵抗憂的最碰大軸復(fù)向應(yīng)誘力測定瘡方法:在一霉定的反圍壓σ3下，姓對試棕件進閣行三真軸試渣驗時艘，巖揀塊的螞三軸役壓縮殘強度σ1m(M屯Pa織)為：圍壓堅對變來形破辭壞的爸影響巖石身破壞階前應(yīng)早變峰值姓強度隨

3增大肯而增憲大隨

3增大猶巖石良變形著模量勵增大架，軟窗巖增褲大明秤顯，虧致密盈的硬扔巖增再大不濁明顯隨

3增大襖，巖石往的塑餡性不利斷增監(jiān)大，挖隨

3增大蠅到一秘定值挎時，延巖石動由彈嬸脆性扶轉(zhuǎn)變趁為塑輸性。脊這時熟，3的大他小稱改為“轉(zhuǎn)化洗壓力”。隨

3的增褲大，巖塊貼從脆術(shù)性劈宵裂破損壞逐縮慧漸向序塑性沫剪切巡壽及塑恐性流櫻動破蝕壞方補式過別渡。圍壓吃對變可形破孕壞的衣影響圍壓純對變攻形破瓣壞的滾影響達到破壞時的應(yīng)變(%)<11—52—85—10>10破壞形式脆性破壞脆性破壞過渡破壞延性破壞延性破壞試件破壞情況應(yīng)力-應(yīng)變曲線基本類型破壞機制張破裂以張為主的破裂剪破裂剪切流動破裂塑性流動圍壓六對變國形破透壞的捐影響脆性廢巖石聰受到垃的圍病壓升課高利用俯三軸攝實驗延確定缸抗剪潮強度根據(jù)臂一組勤試件(4個以這上)實驗跌得到丑的三腰軸壓厲縮強就度σ1m和相油應(yīng)的σ3以及臥單軸喘抗拉豆強度σt。在σ-使τ坐標(biāo)礎(chǔ)系中欄可繪州制出添巖塊啦的強糞度包濾絡(luò)線勝。除民頂點期外，振包絡(luò)賣線上呈所有刊點的吼切線對與σ軸的番夾角紙及其桶在τ軸上項的截楚距分竄別代被表相膏應(yīng)破芹壞面委的內(nèi)棄摩擦筋角(φ殘)和粘竟聚力(C渴)。第三質(zhì)節(jié)姨巖封石的蜻強度拒準(zhǔn)則定義注：表征雪巖石破壞條件使的應(yīng)力默狀態(tài)與巖喘石強度輕參數(shù)間的函數(shù)精關(guān)系，稱為茶破壞奪判據(jù)（fa題il遣ur費e遠cr警it望er層io么n)或稱效強度拍準(zhǔn)則疑、強斷度判賀據(jù)。σ1=F銀(σ2,σ3,σC,σt,C眾,Ф遮)莫爾貧強度北準(zhǔn)則莫爾-庫侖態(tài)強度悅準(zhǔn)則八面危體強詞度準(zhǔn)悟則德魯賀克-普拉時格強鴉度準(zhǔn)淚則格里督菲斯暑強度動準(zhǔn)則Ho寺ek縮慧-B鍬ro叫wn強度扔準(zhǔn)則弱面悉破壞押準(zhǔn)則巖石啦的強歸度準(zhǔn)面則莫爾遷強度換準(zhǔn)則莫爾宵認為樹：材珍料在其極限頑狀態(tài)詠下，蛛剪切丟面上末的剪喉應(yīng)力監(jiān)就達始到了恒隨法饅向應(yīng)廢力和脂材料療性質(zhì)邪而定住的極悠限值考時，餓發(fā)生跌破壞等。也就告是說果，當(dāng)區(qū)材料害中一臭點可起能滑命動面壞上的借剪應(yīng)低力超蘋過該院面上作的剪槍切強淺度時歲，該豈點就螺產(chǎn)生光破壞且，而輕滑動旨面的稀剪切紐奉強度τ又是階作用塌于該返面上稍法向晨應(yīng)力σ的函者數(shù)。判斷屠巖石連中一仇點是忽否會行發(fā)生局剪切碎破壞罩時，婚可在莫爾夜包絡(luò)瘡線上，消疊加玻上反粗映實腫際研腎究點危應(yīng)力喘狀態(tài)況的莫灑爾應(yīng)露力圓咳，如忠果應(yīng)聯(lián)力圓儀與包姻絡(luò)線捏相切堤或相靜割，焰則研天究點僅將產(chǎn)芒生破道壞；歌如果砌應(yīng)力料圓位鑒于包究絡(luò)線卻下方怕，則字不會甚產(chǎn)生它破壞腸。莫爾旋強度統(tǒng)準(zhǔn)則莫爾懂應(yīng)力禽圓

1

1

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2莫爾土強度喂準(zhǔn)則-拋物介線型適用恨于較軟漸弱的巖腫石，啞如泥相灰?guī)r助、砂錯巖、榜泥頁創(chuàng)巖等搶巖石碧。莫爾食強度歸準(zhǔn)則–雙曲柴線型適用梁于砂銜巖、介灰?guī)r暮、花匆崗巖恭等堅瞧硬、嗎較堅凍硬巖唐石。莫爾-庫侖堆強度描準(zhǔn)則大部術(shù)分巖罰石工貞作者略認為粱，當(dāng)碗壓力修不大拆時(例如牧當(dāng)σ的值押小于10紙MP摩a時)，可屯在實央際應(yīng)早用上杰采用后直線忽。為了寧簡化標(biāo)運算印，巖沃石力減學(xué)中咽大多碎數(shù)采寺用直貌線形類的包哨絡(luò)線群，也睡就是版說，其巖石漢的強就度條犬件可牢用庫侖概方程表示攻：莫爾-庫侖榨準(zhǔn)則器的主微應(yīng)力紫表示盯方法當(dāng)si辱g3令=0時：當(dāng)si清g1搜=0時：破壞洞面法兩線與脾最大桐主應(yīng)嗎力的涌夾角八