2讲 岩石的基本物理力学性质及其试验方法之一（下） - 图文

列出了各种不同岩性的软化系数。

某些岩石的干湿单向压缩强度及软化系数 表15-1-2

抗 压 强 度 (MPa) 岩 石 名 称 干抗压强度Rcd 花岗岩 闪长岩 辉绿岩 玄武岩 石灰岩 砂 岩 页 岩 粘土岩 凝灰岩 石英岩 片 岩 千枚岩 板 岩 40.0～220.0 97.7～232.0 118.1～272.5 102.7～290.5 13.4～206.7 17.5～250.8 57.0～136.0 20.7～59.0 61.7～178.5 145.1～200.0 59.6～218.9 30.1～49.4 123.9～199.6 饱和抗压强度Rcs 25.0～205.0 68.8～159.7 58.0～245.8 102.0～192.4 7.8～189.2 5.7～245.5 13.7～75.1 2.4～31.8 32.5～153.7 50.0～176.8 29.5～174.1 28.1～33.3 72.0～149.6 软化系数 0.75～0.97 0.60～0.74 0.44～0.90 0.71～0.92 0.58～0.94 0.44～0.97 0.24～0.55 0.08～0.87 0.52～0.86 0.96 0.49～0.80 0.69～0.96 0.52～0.82

Rcd—干燥状态下岩石的单轴抗压强度(MPa)。 (2)温度对岩石单轴抗压强度的影响

岩石力学试验一般是在室温的条件下进行的。温度对岩石强度的影响并不是很明显。然而，若对岩石试件进行加温，则岩石轴向压缩强度将产生明显的变化。

地热的利用以及在核电工程中核废料处置等具体问题中，温度对岩石力学力学性质的影响成为非常重要的、急

于解决的研究课题之一。近年来，人们很重视温度对岩石的力学特性的影响的研究。据最新的研究报导，温度对岩石强度的影响主要表现为两个方面：一是由于温度的升高使岩石内的化学成分、结晶水等产生变化，进而影响了岩石的强度。由试验结果可知，当温度加至180℃左右时，岩石中矿物周围的部分结晶水会消失，使强度降低。当加温高达380℃左右时，石英等矿物会发生晶变而使强度急剧下降。二是由于温度的提高，岩石内将储存着一定的热应力，进而使岩石的抵抗外荷载的能力降低。温度对岩石强度的影响是一个很复杂的问题，从总体上来说，温度的增加会使岩石强度降低。但也有人提出，在180℃左右时，对强度影响不大的说法。因此，这还是一个有待于进—步深入研究的课题。

除了以上的影响因素以外，还有岩石矿物成分、颗粒尺寸、孔隙率等都将影响岩石的强度。但是，这些因素可作为强度的间接影响因素，所以，不在此一一介绍。

【例题12】在下列各项中，对岩石的单轴抗压强度无影响的是( )。

A. 承压板 B. 试件的尺寸和形状 C. 加载速度 D. 荷载大小 答案：D 【例题13】总体而言，温度的增加会使岩石强度( )。

A. 增加 B. 降低 C. 不变 D. 无法判断 答案：B 【例题14】为获得合理的岩石单轴抗压强度，岩石试件的高径比h／d宜取为( )。 A. 1/4~3/4 B. 1~2 C. 2~3 D. 3~4 答案：C 【例题15】当岩石的软化系数等于或小于( )时，该岩石应判定为软化岩石。

A. 1 B. 0.85 C. 0.75 D. 0.55 答案：C (二)岩石的抗拉强度

岩石的抗拉强度是指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所能承受的拉力。

由于岩石是一种具有许多微裂隙的介质。在进行抗拉强度试验时，岩石试件的加工和试验环境的易变性，使得人们不得不对其试验方法进行了大量的研究，提出了多种求抗拉强度值的方法。以下就目前常用的四种方法作一介绍。 1 直接拉伸法

这是利用岩石试件与试验机夹具之间的粘结力或摩擦力，对岩石试件直接施加拉力，测试岩石抗拉强度的一种方法。通过试验可按下式求得其抗拉强度值：

Rt =P／A(MPa) (15-1-16b)

进行直接拉伸法试验的关键在于：一是岩石试件与夹具间必须有足够的粘结力或者摩擦 力；二是所施加的拉力必须与岩石试件同轴心。否则，就会出现岩石试件与夹具脱落、或者由于偏心荷载，使试件的破坏断面不垂直于岩石试件的轴心等现象，致使试验失败。 2 抗弯法

抗弯法是利用结构试验中梁的三点或四点加载的方法，使梁的下沿产生纯拉应力，使岩石试件产生断裂破坏的原理，间接地求出岩石的抗拉强度值。此时，其抗拉强度值可按下式求得：

公式(15-1-17)的成立是建立在以下四个基本假设基础之上：

①梁的截面严格保持为平面。②材料是均质的，服从虎克定律。③弯曲发生在梁的对称面内。④拉伸和压缩的应力—应变特性相同。对于岩石而言，第4个假设与岩石的特性存在着较大的差别。因此，利用抗弯法求得的抗拉强度也存在着一定的偏差。且试件的加工也远比直接拉伸法麻烦。故此方法应用要比直接拉伸法相对少些。 3 劈裂法(巴西法)

劈裂法也称作径向压裂法，因为是由南美巴西人杭德罗斯(Hondros)提出的试验方法，故被人称作为巴西法。这种试验方法是：用一个实心圆柱形试件，使它承受径向压缩线荷载直至破坏，求出岩石的抗拉强度。按我国岩石力学试验方法标准规定：试件的直径应为5cm、其厚度为直径的一倍。根据布辛奈斯克(Bousinesq)半无限体上作用着集中力的解析解，求得试件破坏时作用在试件中心的最大拉应力为

根据解析解分析的结果，要求试验时所施加的线荷载必须通过试件的直径，并在破坏寸其破裂面亦通过该试件的直径。否则，试验结果将带来较大的误差。 4 点荷载试验法

点荷载试验法是一种简便的现场试验方法。该试验方法最大的特点是可利用现场取得的任何形状的岩块，可以是5cm的钻孔岩芯，也可以是开挖后掉落下的不规则岩块，不作任何岩样加工直接进行试验。该试验装置是一个极为小巧的设备，其加载原理类于劈裂法，不同的是劈裂法所施加的是线荷载，而点荷载法是施加的点荷载，

点荷载强度指数I可按下式求得： I=P／D (MPa) (15-1-18)

经过大量试验数据的统计分析，提出了表示点荷载强度指数与岩石抗拉强度之间的近似的关系式，其式如下：Rt=0.96I=0.96P／D (15-l-19)

由于点荷载试验的结果离散性较大。因此要求每组试验必须达到一定的数量，通常进行15个试件的试验，最终按其平均值求得其强度指数并推算出岩石的抗拉强度。最近，由于许多岩体工程分类中都采用了荷载强度指数作为一个定量的指标。因此有人建议采用直径为5cm的钻孔岩芯作为标准试样进行试验，使点荷载试验的结果更趋合理，且具有较强的可比性。

【例题16】利用点荷载试验可以求得岩石的( )。 A. 抗压强度 B. 抗拉强度 C. 抗剪强度 D. 三向压缩强度 答案：B

【例题17】某岩石试件经点荷载试验测得其强度指数I=0.5 Mpa ，则其抗拉强度为( )。 A. 0.5 Mpa B. 0.48 Mpa C. 0.45 Mpa D. 0.35 Mpa 答案：B

【例题18】当利用点荷载试验确定岩石的抗拉强度时，由于点荷载试验的结果离散性较大，通常进行15个试件的试验，最终按其( )求得其强度指数并推算出岩石的抗拉强度。 A. 平均值 B. 标准值 C. 最小平均值

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