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岩石力学教案2

重庆大学安全工程专业选修课程
岩石力学
主讲人：许江
第1章岩石物理力学性质
1.概述 2.岩石和岩体的基本构成与地质分类 3.岩石的物理性质 4.岩石的力学性质 5.影响岩石力学性质的主要因素

4 岩石的力学性质 1) 岩石的强度 2) 岩石的变形性质
4 岩石的力学性质 1) 岩石的强度 2) 岩石的变形性质

1) 岩石的强度
A 岩石强度的定义及其分类 B 岩石强度试验的基本要求 C 单轴抗压强度 D 三轴抗压强度 E 点荷载强度 F 单轴抗拉强度 G 抗剪切强度 H 破坏后强度
A 岩石强度的定义及其分类
z岩石强度的定义：
即岩石在外荷载作用下达到破坏时所能承受的最大应力。
z影响岩石强度的主要因素：
9 岩石试件：岩性、尺寸、形状、三维（长宽高）尺寸比例 9 实验条件：载荷条件、加载速率或变形速率、加载路径 9 实验环境：温度、湿度
z试件加工精度：
符合ISRM（国际岩石力学学会）标准

岩石强度的分类：
根据加载方式的不同，可分为以下几类： ? 单轴抗压强度 ? 三轴抗压强度 ? 点荷载强度 ? 单轴抗拉强度 ? 抗剪切强度 ? 破坏后强度
国际岩石力学学会建议标准内容框架：
?试件形状与尺寸 ?试件个数 ?端面平行度 ?端面与侧面平整度 ?端面处理 ?静态加载速率或应变速率 ?实验环境条件――温度与湿度

岩样采集及其基本要求
C 单轴抗压强度
z定义与计算式 z实验用设备 z三种主要破坏形式 z端面约束效应 z高径（宽）比对单轴抗压强度的影响

定义与计算式：
岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度(uniaxial compressive strength)，或称为非限制性抗压强度(unconfined compressive strength) ．因为试件只受到轴向压力作用，侧向没有压力，因此试件变形没有受到限制，如右下图所示。国际上通常把单轴抗压强度表示为UCS，我国习惯于将单轴抗压强度表示为σ c，其值等于达到破坏时的最人轴向压力P除以试件的横截而积A．即：
P σc = A
实验用设备示意图

岩石破坏形式素描图：
三种主要破坏形式：
共轭斜面剪切破坏
单斜面剪切破坏拉伸破坏(纵向劈裂破坏)

端面约束效应：
z材料的泊松效应 z岩石端面与钢压板间的摩擦 z岩石端面的复杂应力状态分析 z改善端面约束效应的几种主要方法
材料的泊松效应以及岩石端面与钢压板间的摩擦：
由于岩石与钢承压板的泊松效应不同，将在其接触面上引起相对错动，由此在接触面上产生摩擦力F。

岩石端面的复杂应力状态分析：
岩石端面的复杂应力状态分析：

改善端面约束效应的几种主要方法： ? 接触面间插入缓冲材料：黄油、紫铜片、纸板、橡胶等 ? 加工特殊形状的试件 ? 国际岩石力学学会推荐相同形状尺寸的钢压板
特殊形状的试件：

高径（宽）比对单轴抗压强度的影响：
D 三轴抗压强度 P35 a.定义与分类 b.常规三轴加载及其强度 c.真三轴加载及其强度

a.定义与分类
z 定义：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏前所能承受的最大压应力称为三轴抗压强度 (triaxial strength)。由于受侧向压力作用，为限制性抗压强度。 z 两种加载方式： ?常规三轴加载( σ 1 ≥σ 2≡ σ 3 )及其抗压强度：常规三轴加载，圆柱体试件 ?真三轴加载( σ 1 ≥σ 2≥ σ 3 )及其抗压强度：真三轴加载，立方体试件
b. 常规三轴加载及其强度
z加载方式及其实验装置 z莫尔强度包络线 z粘结力与内摩擦角

三向压缩荷载实验加载示意图：
常规三轴加载方式及其实验装置

MTS815 三轴实验装置
东京大学开发的可视化三轴实验测试系统

三轴应力条件下岩石破坏过程的可视化
可视化三轴压力室可视化三轴压力室
O
三轴压缩强度实验中岩石变形演化过程

三轴压缩强度实验中岩石变形演化过程
三轴压缩强度实验中岩石变形演化过程