岩体强度估算方法研究及应用_林达明(1)

岩石抗压强度与地基承载力换算

岩石抗压强度与地基承载力换算 （桩基与扩大基础） 随着我国西部大开发的进程，我省高速公路也在日新月异的发展中，在我省高山丘岭的特殊环境下，桥梁工程在高速公路中也占据主要的领域。 在桥梁工程的建设施工中，桥梁基础是十分关键的部位，在设计和施工中都有相应的严格要求，在设计图纸中对地基承载力也有严格的控制，但有时施工中的特殊因数（比如：桩基孔深、涌水量大，试验人员无法到达孔底检测，试验仪器在孔底无法操作等），就对孔底的地基承载力无法进行相应的试验检测。 此时，就可以从开挖到设计嵌岩深度时开挖出来的岩石作单轴极限抗压强度试验，以换算地基承载力,从而得到相应的检测数据。 在作单轴极限抗压强度试验之前，必须把开挖出来的岩石切割成直径为7~10cm，高度与直径相同的立方体试件，再进行抗压强度试验，取其一组六个试件的平均值为该岩石单轴极限抗压强度的代表值（Ra）。 在已知岩石的单轴极限抗压强度后，还必须了解施工中的几个重要参数和设计图纸中的几个指标，然后进行换算：

[P]=（C1A+C2Uh）Ra 式中： [P]—单桩轴向受压容许承载力（KPa） Ra—天然湿度的岩石抗压强度值（KPa） h—为桩嵌岩深度（m），不包括风化层 U—桩嵌入基岩部分横截面周长（m） 对于钻孔桩和管柱按设计直径采用 A—桩底横截面面积（m2）， 对于钻孔桩和管柱按设计直径采用 C1，C2根据清孔情况，岩石的破碎程度等因素而定的系数 在贵州省崇溪河至遵义的高速公路上K70+310段，是一座3×20米装配式预应力砼空心板桥,下部构造采用双墩柱，基础为直径1.2米桩基，桩基设计要求嵌岩深度不低于3米，地基承载力要求≥3.5MPa，在开挖终孔时嵌岩深度实测值为3.3米，岩石破碎程度一般，取其终孔时开挖出的岩石，切割成7×7×7(cm)试件6个，经过试验测得天然湿度下的抗压强度平均值为36.6MPa，对该桩基地基承载力换算为：

2.1岩石破坏准则1

2.1岩石破坏强度准则 岩石的破坏主要与外荷载的作用方式、温度及湿度有关。一般在低温、低围压及高应变率的条件下，岩石表现为脆性破坏，而在高温、高围压、低应变率作用下，岩石则表现为塑性或者塑性流动。对于较完整的岩石来说，其破坏形式可以分为：1)脆性破坏；3)延性破坏。图2-1给出了不同应力状态下岩石破裂前应变值、破坏形态示意图和典型的应力-应变曲线示意图。 图2-1 岩石破坏形态示意图 从图2-1中可以看出岩石破裂种类繁多、岩石破坏过程中的应力、变形、裂纹产生和扩展极为复杂，很难用一种模型进行描述，很多学者针对不同岩石破坏特征提出多种不同岩石的强度破坏准则。本节主要对已有的岩石强度破坏准则进行总结，找出它们各自的优缺点。

2.1.1最大正应力强度理论 最大正应力强度理论也称朗肯理论，该理论是朗肯(W.J.M.Rankine)于1857年提出的。它假定挡土墙背垂直、光滑，其后土体表面水平并无限延伸，这时土体内的任意水平面和墙的背面均为主平面（在这两个平面上的剪应力为零），作用在该平面上的法向应力即为主应力。朗肯根据墙后主体处于极限平衡状态，应用极限平衡条件，推导出了主动土压力和被动土压力计算公式。 考察挡土墙后主体表面下深度z 处的微小单元体的应力状态变化过程。当挡土墙在土压力的作用下向远离土体的方向位移时，作用在微分土体上的竖向应力 sz 保持不变，而水平向应力sx 逐渐减小，直至达到土体处于极限平衡状态。土体处于极限平衡状态时的最大主应力为 s1=gz ，而最小主应力 s3即为主动土压力强度 pa 。根据土的极限平衡理论，当主体中某点处于极限平衡状态时，大主应力1σ和小主应力3σ之间应满足以下关系式： 粘性土： 213...2tan tan 454522c ??σσ??????=-++ ? ???? ? （1） 无粘性土 231.tan 452?σσ???=- ??? （2） 该理论认为材料破坏取决于绝对值最大的正应力。因此，作用于岩石的三个正应力中，只要有一个主应力达到岩石的单轴抗压强度或岩石的单轴抗拉强度，岩石便被破坏。 因此，朗肯强度破坏准则可以表示为：c σσ≥1，或者t σσ-≤3 式中，1σ为岩石受到的最大主应力，MPa ；3σ为岩石受到的最小主应力，MPa ；c σ为岩石单轴抗压强度，MPa ；t σ为岩石抗拉强度，MPa 。 朗肯强度破坏准则只适用于岩石单向受力及脆性岩石在二维应力条件下的受拉状态，处于复杂应力状态中的岩石不能采用这种强度理论。 2.1.2最大正应变强度理论 岩石受压时沿着平行于受力方向产生张性破裂。因此，人们认为岩石的破

第三章2岩石的破坏准则

,. 五、岩石的破坏准则 对岩石试样的室内及现场试验，可获得岩石试样的强度指标，但对复杂应力状态下的天然岩体，又是如何判断其破坏呢？因此，就必须建立判断岩石破坏的准则（或称强度理论）。 岩石的应力、应变增长到一定程度，岩石将发生破坏。用来表征岩石破坏条件的函数称为岩石的破坏准则。 岩石在外力作用下常常处于复杂的应力状态，许多试验指出，岩石的强度及其在荷载作用下的性状与岩石的应力状态有着很大的关系。在单向应力状态下表现出脆性的岩石，在三向应力状态下具有延

,. 性性质，同时它的强度极限也大大提高了。

,. 许多部门和学者从不同角度提出不同的破坏准则，目前岩石破坏准则主要有：最大正应力理论 最大正应变理论 最大剪应力理论（H.Tresca） 八面体应力理论 莫尔理论及库伦准则 格里菲思理论（Griffith） 伦特堡理论（Lundborg） 经验破坏准则

,. 1、最大正应力理论 这是较早的一种理论，该理论认为岩石的破坏只取决于绝对值最大的正应力。即岩石内的三个主应力中只要有一个达到单轴抗压或抗拉强度时，材料就破坏。 适用条件： 单向应力状态。对复杂应力状态不适用。 写成解析式： 0))()((22322 2221=---R R R σσσ 0))()((223222221≥---R R R σσσ 破坏

,. 2、最大正应变理论 该理论认为岩石的破坏取决于最大正应变，即岩石内任一方向的正应变达到单向压缩或拉伸时的破坏数值时，岩石就发生破坏。 则破坏准则为 u εε≥max 式中 m ax ε——岩石内发生的最大应变值； u ε——单向拉、压时极限应变值； 这一破坏准则的解析式为（由广义虎克定律）

岩石的破坏准则汇总

岩石的破坏准则 岩石的破坏准则 对岩石试样的室内及现场试验，可获得岩石试样的强度指标，但对复杂应力状态下的天然岩体，又是如何判断其破坏呢？因此，就必须建立判断岩石破坏的准则（或称强度理论）。 岩石的应力、应变增长到一定程度，岩石将发生破坏。用来表征岩石破坏条件的函数称为岩石的破坏准则。 岩石在外力作用下常常处于复杂的应力状态，许多试验指出，岩石的强度及其在荷载作用下的性状与岩石的应力状态有着很大的关系。在单向应力状态下表现出脆性的岩石，在三向应力状态下具有延 1

岩石的破坏准则 2 性性质，同时它的强度极限也大大提高了。

岩石的破坏准则 许多部门和学者从不同角度提出不同的破坏准则，目前岩石破坏准则主要有：最大正应力理论 最大正应变理论 最大剪应力理论（H.Tresca） 八面体应力理论 莫尔理论及库伦准则 格里菲思理论（Griffith） 伦特堡理论（Lundborg） 经验破坏准则 3

岩石的破坏准则 4 1、最大正应力理论 这是较早的一种理论，该理论认为岩石的破坏只取决于绝对值最大的正应力。即岩石内的三个主应力中只要有一个达到单轴抗压或抗拉强度时，材料就破坏。 适用条件： 单向应力状态。对复杂应力状态不适用。 写成解析式： 破坏

岩石的破坏准则 5 2、最大正应变理论 该理论认为岩石的破坏取决于最大正应变，即岩石内任一方向的正应变达到单向压缩或拉伸时的破坏数值时，岩石就发生破坏。 则破坏准则为 式中 m ax ε——岩石内发生的最大应变值； u ε——单向拉、压时极限应变值； 这一破坏准则的解析式为（由广义虎克定律）

测定岩石的单轴抗压强度

实验5 测定岩石的单轴抗压强度 一、基本原理 岩石的单轴抗压强度是指岩石试样在单向受压至破坏时，单位面积上所承受的最大压应力: （MPa） 一般简称抗压强度。根据岩石的含水状态不同，又有干抗压强度和饱和抗压强度之分。 岩石的单轴抗压强度，常采用在压力机上直接压坏标准试样测得，也可与岩石单轴压缩变形试验同时进行，或用其它方法间接求得。 二、仪器设备 1、制样设备：钻岩机、切石机及磨片机； 2、测量平台、卡尺、放大镜等； 3、烘箱、干燥箱； 4、水槽、煮沸设备或真空抽气设备； 5、压力机。 三、操作步骤 1、试样制备 试样规格：一般采用直径5cm、高10cm的园柱体，以及断面边长为5厘米，高为10厘米的方柱体，每组试样必须制备3块。 试样制备精度要求同实验四： 2、试样描述 试验前应对试样进行描述，内容同实验四。 3、试样烘干或饱和处理 根据试验要求需对试样进行烘干或饱和处理。 烘干试样：在105~110℃温度下烘干24h。

自由浸水法饱和试样：将试样放入水槽，先注水至试样高度的1/4处，以后每隔2h分别注水至试样高度的1/2和3/4处，6h后全部浸没试样，试样在水中自由吸水48h。 煮沸法饱和试样：煮沸容器内的水面始终高于试样，煮沸时间不少于6h。 真空抽气法饱和试样：饱和容器内的水面始终高于试样，真空压力表读数宜为100kPa，直至无气泡逸出为止，但总抽气时间不应少于4h。 4、测量试样尺寸 按试验二量积法中的要求，量测试样断面的边长，求取其断面面积（A）。 5、安装试样、加荷 将试样置于试验机承压板中心，调整有球形座，使之均匀受载，然后以每秒0.5~1.0MPa的加载速度加荷，直至试样破坏，记下破坏荷载（P）。 6、描述试样破坏后的形态，并记录有关情况。 7、按下式计算岩石的单轴抗压强度 式中：σC――岩石的单轴抗压强度（MPa）； P――破坏荷载（N）； A――垂直于加荷方向试样断面积（mm2）。 计算值取3位有效数字。 四、试验报告内容 1、整理记录表(格式如下表) 月日 2、试样描述资料。 3、思考题：

岩石单轴抗压强度试验

岩石单轴抗压强度试验 文章发表于：2009-7-1 11:28:46 岩石单轴抗压强度试验 岩石单轴抗压强度是试件在无侧限条件下受轴向力作用破坏时单位面积所承受的荷载。 试件含水状态可根据需要选择天然、烘干或饱和状态，同一状态下每组试件数量不应少于3个。 为了消除受载时的端部效应，试件两端安放钢质垫块。垫块直径等于或略大于试件直径。其高度约等于试件直径，垫块的刚度和平整度应符合承压板的要求。 标准试件采用圆柱体，直径为50mm，高径比为2～。 单轴抗压强度：R＝P/A 软化系数：K＝R1/R2 R1、R2分别为饱和和干燥状态下单轴抗压强度平均值。 实验一岩石单轴抗压强度测定实验 双击自动滚屏 一、教学目的 岩石的单轴抗压强度是岩石最重要的物理力学性能之一，是从事岩石工程烟研究、设计、施工和生产中不可或缺的力学参数。本次课的目的旨在使学生在熟悉了岩石的基本力学性能的基础上，掌握岩石单轴抗压强度的测定技术。 二、教学基础要求 通过本次实验课教学，学生须达到如下要求： 1.深入理解试样描述的意义，熟练掌握岩石单轴抗压实验试样描述方法和尺 寸测量方法； 2.熟悉万能材料实验机的工作原理，并熟悉掌握其使用方法； 3.熟悉掌握国际岩石力学学会（ISRM）推荐的“岩石单轴抗压强度测试试验 标准”； 4.能够密切观察实验过程中岩石试件的破坏过程，精确记录其破坏荷载，并 通过试件破坏后描述，准确分析其破坏机理； 5.根据所记录的有关数据，能够熟练地计算各试件的破坏时单轴压应力； 6.能熟练地根据实验结果和破坏后试件描述，剔除破坏应力（或荷载）奇异 的试件，准确计算出岩石的单轴抗压强度； 7.按《岩石力学实验指导书》要求撰写实验报告。 三、实验方法和手段 1.试件致密无节理、裂隙、形状为圆柱形，直径D—50MM、高H—100~125MM， 精度、表面平整度、光洁度、轴线与端面垂直度均符合ISRM推荐规定； 2.实验设备万能材料实验机一台； 3.实验方法沿试件轴线方向加载，加载速度为~s,直至试件破坏。 四、实验过程与步骤 参阅《岩石力学实验指导书》。

岩石力学第3次作业答案ok

岩石力学第3次作业答案 1、岩石试样中含有一结构面，其与最大主应力平面夹角为，试依据Mohr-Coulomb准则导出其强度判据。 解：假设结构面的强度参数为c j，j，岩石的强度参数为c，，因此可以判断破坏的形式：沿结构面重剪破坏，剪断破坏。 显然岩体是否发生破坏，与结构面所在方位和应力大小有关，随着应力的增加，如果不沿结构面破坏，将会发生剪切岩石的破坏。 沿结构面破坏的条件为： 对应的最小值： 同样也可导出岩体剪断破坏时对应的应力状态。 若处于两者之间的状态，则有：

若：，则可能发生沿结构面破坏。 可以总结为： （1），当 （2），、 当（3）， 2、简述钻孔应变法测定地应力的原理和推导相关计算公式。 答：钻孔应变法测量地应力通过在孔底安装位移或应变片通过套芯钻头将套孔岩芯的应力完全解除，通过测量套孔岩芯应力解除前后的孔径变化或孔底及表面应变变化情况确定地应力值及方向。下面以孔底应变法确定应力方法为例介绍。 在计算时利用，因此可建立3个方程联合求解的方程组，从而得出应力状态，从而一个平面内的应力状态得以确定。 3、水压致裂法和钻孔应变法的优缺点。 答：水压致裂法明显的优点是可以达到很深的深度，在测量时其结果与岩石本身的物理力学性质关系不大，可直接导出应力，但一般适合能测水平方向的应力，要求岩体较为完整。钻孔应变法适应性较广，测量结果较准确，但由于需要开凿隧道和洞室，成本较高。 4、工程岩体等级在确定时应考虑哪些因素，以Q指标为例进行说明。答：应该考虑岩体完整程度、岩石本身的强度性质、地下水、主要结构面的影响、地应力的情况，如下式所示： 5、在某岩层中开挖一隧道，已知其直径a=2m，埋置深度为1000m，岩体的强度参数为：，内摩擦角为300，岩体平均重度为25kN/m3，试判断围岩塑性区存在及发展情况。 答：假定岩体的强度准则符合Mohr-Coulomb准则，则可得： ，从而得出：c=0.58MPa 由于洞室埋深较大，可按静水压力状态确定地应力，于是： ，根据弹性应力集中系数，显然有进入塑性区 根据塑性区半径计算公式：

岩石单轴抗压强度试验

单轴抗压强度试验作业指导书 1目的和适用范围 单轴抗压强度试验是测定规则形状岩石试件单轴抗压强度的方法，主要用于岩石的强度分级和岩性描述。 本法采用饱和状态下的岩石立方体(或圆柱体)试件的抗压强度来评定岩石强度(包括碎石或卵石的原始岩石强度)。 在某些情况下，试件含水状态还可根据需要选择天然状态、烘干状态或 冻融循环后状态。试件的含水状态要在试验报告中注明。 2仪器设备 (1 ) 压力试验机或万能试验机。 (2 ) 钻石机、切石机、磨石机等岩石试件加工设备。 (3 ) 烘箱、干燥器、游标卡尺、角尺及水池等。 3试件制备 建筑地基的岩石试验，采用圆柱体作为标准试件，直径为50mr± 2mm 高 径比为2:1。每组试件共6个。 桥梁工程用的石料试验，采用立方体试件，边长为70mr± 2mm每组试件共 6个。 路面工程用的石料试验，采用圆柱体或立方体试件，其直径或边长和高均为50mr± 2mm每组试件共6个。 有显着层理的岩石，分别沿平行和垂直层理方向各取试件6个。试件上、下端面应平行和磨平，试件端面的平面度公差应小于0.05mm端面对于试件轴线垂直度偏差不应超过。。对于非标准圆柱体试件，试验后抗压强度试验值公式R e 8R进行换算。 7 2D/H R :非标准试件抗压强度； D :试件直径； H :试件高度。 4试验步骤

用游标卡尺量取试件尺寸(精确至0.1mm)，对立方体试件在顶面和底面上各量取其边长，以各个面上相互平行的两个边长的算术平均值计算其承压面积 ；

对于圆柱体试件在顶面和底面分别测量两个相互正交的直径， 并以其各自的算术 平均值分别计算底面和顶面的面积，取其顶面和底面面积的算术平均值作为计算 抗压强度所用的截面积。 试件的含水状态可根据需要选择烘干状态、 天然状态、饱和状态、冻融循环 后状 态。试件烘干和饱和状态应符合岩石吸水性指导书中相关条款的规定。 按岩石强度性质，选定合适的压力机。将试件置于压力机的承压板中央， 对 正上、下承压板，不得偏心。 以s~s 的速率进行加荷直至破坏，记录破坏荷载及加载过程中出现的现象。 抗压试件试验的最大荷载记录以 N 为单位，精度1 %. 5结果整理 (1) 式中：R —岩石的抗压强度（MPa ）； P —试件破坏时的荷载（N ）； A —试件的截面积（mm 2）。 式中：K p —软化系数； R w —岩石饱和状态下的单轴抗压强度（MPa ）； R d —岩石烘干状态下的单轴抗压强度（MPa ）。 单轴抗压强度试验结果应同时列出每个试件的试验值及同组岩石单轴抗压 强度的平均值；有显着层理的岩石，分别报告垂直与平行层理方向的试件强度的 平均值。计算值精确至。 软化系数计算值精确至，3个试件平行测定，取算术平均值；3个值中最 大与最小 之差不应超过平均值的20%否则，应另取第4个试件，并在4个试件 中取最接近的3个值的平均值作为试验结果，同时在报告中将 4个值全部给出。 试验记录 单轴抗压强度试验记录应包括岩石名称、试验编号、试件编号、试件描述、 件尺 寸、破坏荷载、破坏形态。 岩石的抗压强度和软化系数分别按式（ 1），（2）计算 K p R W R d (2)

岩石抗压强度试验

1.试验原理 石料的单轴抗压强度是石料力学性质中最重要的一项力学指标，是指石料标准试件经吸水饱和后，在规定试验条件下单轴受压达到极限破坏时，单位承压面积的强度。 2.试验目的 测定石料在饱水状态下的单轴抗压强度，用于岩石的强度分级和岩性描述。 3.主要仪具 （1）压力试验机（图2-3）：加载范围为300～2000kn。 （2）承压板：圆盘形钢板。两个承压板之一应是球面座，球面座应放在试件的上端面，并用矿物油稍加润滑，以使在滑块自重作用仍能闭锁。试件、压板和球面座要精确地彼此对中，并与加载机器设备对中，球面座的曲率中心应与试件端面的中心相重合。 （3）石料加工全套设备：切石机或钻石机、磨平机（图2-4）。 （4）其他：游标卡尺（精度0.1mm）、角尺及水池等。 3.试验方法 (单击观看视频) （1）用切石机（或钻石机）从岩石试样或岩芯中钻取标准试件（即

边长50mm±0.5mm的正立方体或直径与高均为50mm±0.5mm的圆柱体试件）6块。对有显著层理的岩石，应分别沿平行和垂直层理方向各取试件6块。试件上下端面应平行和磨平，试件端面的平面度公差应小于0.05mm，端面对于试件轴线垂直度偏差不应超过。 （2）用游标卡尺量取试件尺寸（精确至0.1mm），对于立方体试件在顶面和底面各量取其边长，以各个面上相互平行的两个边长的算术平均值计算其承压面积；对于圆柱体试体在顶面和底面分别量取两个相互正交的直径，以其算术平均值计算顶面和底面的面积，取顶面和底面面积的算术平均值作为计算抗压强度所用的截面积。 （3）按吸水率试验方法对试件进行饱水处理，最后一次加水深度应使水面高出试件至少20mm。 （4）试件自由浸水48h后取出，擦干表面，放在压力机上进行强度试验。施加在试件上的应力速率应在～／s的限度内。 4.结果计算 石料的抗压强度按下式计算，精确至1mpa： 式中：r--石料的抗压强度，mpa； p --试件的极限破坏荷载，n； a --试件的截面积，mm2。 5.精度要求 取6块试件试验结果的算术平均值作为抗压强度测定值，若其中2块试件与其他4块试件抗压强度的算术平均值相差3倍以上时，则取试验结果相近的4块试件的算术平均值作为抗压强度的测定值。

岩石抗压强度试验(借鉴类别)

二. 石料单轴抗压强度试验 1.试验原理 石料的单轴抗压强度是石料力学性质中最重要的一项力学指标，是指石料标准试件经吸水饱和后，在规定试验条件下单轴受压达到极限破坏时，单位承压面积的强度。 2.试验目的 测定石料在饱水状态下的单轴抗压强度，用于岩石的强度分级和岩性描述。 3.主要仪具 （1）压力试验机（图2-3）：加载范围为300～2000kn。 （2）承压板：圆盘形钢板。两个承压板之一应是球面座，球面座应放在试件的上端面，并用矿物油稍加润滑，以使在滑块自重作用仍能闭锁。试件、压板和球面座要精确地彼此对中，并与加载机器设备对中，球面座的曲率中心应与试件端面的中心相重合。

（3）石料加工全套设备：切石机或钻石机、磨平机（图2-4）。 （4）其他：游标卡尺（精度0.1mm）、角尺及水池等。 3.试验方法 (单击观看视频) （1）用切石机（或钻石机）从岩石试样或岩芯中钻取标准试件（即边长50mm±0.5mm的正立方体或直径与高均为50mm±0.5mm的圆柱体试件）6块。对有显著层理的岩石，应分别沿平行和垂直层理方向各取试件6块。试件上下端面应平行和磨平，试件端面的平面度公差应小于0.05mm，端面对于试件轴线垂直度偏差不应超过0.25o。 （2）用游标卡尺量取试件尺寸（精确至0.1mm），对于立方体试件在顶面和底面各量取其边长，以各个面上相互平行的两个边长的算术平均值计算其承压面积；对于圆柱体试体在顶面和底面分别量取两个相互正交的直径，以其算术平均值计算顶面和底面的面积，取顶面和底面面积的算术平均值作为计算抗压强度所用的截面积。 （3）按吸水率试验方法对试件进行饱水处理，最后一次加水深度应

岩石的破坏准则

岩石的破坏准则 对岩石试样的室内及现场试验，可获得岩石试样的强度指标，但对复杂应力状态下的天然岩体，又是如何判断其破坏呢？因此，就必须建立判断岩石破坏的准则（或称强度理论）。 岩石的应力、应变增长到一定程度，岩石将发生破坏。用来表征岩石破坏条件的函数称为岩石的破坏准则。 岩石在外力作用下常常处于复杂的应力状态，许多试验指出，岩石的强度及其在荷载作用下的性状与岩石的应力状态有着很大的关系。在单向应力状态下表现出脆性的岩石，在三向应力状态下具有延专业文档供参考，如有帮助请下载。． 性性质，同时它的强度极限也大大提高了。 专业文档供参考，如有帮助请下载。． 许多部门和学者从不同角度提出不同的破坏准则，目前岩石破坏准则主要有：最大正应力理论 最大正应变理论 最大剪应力理论（H.Tresca） 八面体应力理论 莫尔理论及库伦准则 格里菲思理论（Griffith） 伦特堡理论（Lundborg） 经验破坏准则

1、最大正应力理论 这是较早的一种理论，该理论认为岩石的破坏只取决于绝对值最大的正应力。即岩石内的三个主应力中只要有一个达到单轴抗压或抗拉强度时，材料就破坏。 或??R??R?tc13适用条件：单向应力状态。对复杂应力状态不适用。写成解析式： 222222???)?R)(R0(R??)(?312 222222???)?R0RR(?)(?)(?破坏312专业文档供参考，如有帮助请下载。． 2、最大正应变理论 该理论认为岩石的破坏取决于最大正应变，即岩石内任一方向的正应变达到单向压缩或拉伸时的破坏数值时，岩石就发生破坏。 则破坏准则为 ???u max式中——岩石内发生的最大应变值；?axm——单向拉、压时极限应变值；?u这一破坏准则的解析式为（由广义虎克定律）专业文档供参考，如有帮助请下载。． ?????)?(?????31211R?????????)(????????? 3221u E E?????????)??(????3321R或RR —c t222222??????0()(?))(???u21u3u推出：??????222222????????????R?(???[R[)]?(??)]R0[?(??)]31131322?)))R破坏232321131实验指出，该理论与脆性材料实验值大致符合，对塑性材料不适用。专

1岩石单轴抗压强度试验

单轴抗压强度试验作业指导书 1 目的和适用范围 单轴抗压强度试验是测定规则形状岩石试件单轴抗压强度的方法， 主要用于岩石的强度分级和岩性描述。 本法采用饱和状态下的岩石立方体( 或圆柱体) 试件的抗压强度来评定岩石强度( 包括碎石或卵石的原始岩石强度) 。 在某些情况下， 试件含水状态还可根据需要选择天然状态、 烘干状态或冻融循环后状态。试件的含水状态要在试验报告中注明。 2 仪器设备 ( 1 ) 压力试验机或万能试验机。 ( 2 ) 钻石机、 切石机、 磨石机等岩石试件加工设备。 ( 3 ) 烘箱、 干燥器、 游标卡尺、 角尺及水池等。 3 试件制备 3.1 建筑地基的岩石试验，采用圆柱体作为标准试件，直径为50mm ±2mm 、 高径比为2:1。每组试件共6个。 3.2 桥梁工程用的石料试验，采用立方体试件，边长为70mm ±2mm 。每组试件共6个。 3.3 路面工程用的石料试验，采用圆柱体或立方体试件，其直径或边长和高均为50mm ±2mm 。每组试件共6个。 有显著层理的岩石，分别沿平行和垂直层理方向各取试件6个。试件上、下端面应平行和磨平， 试件端面的平面度公差应小于0.05mm ，端面对于试件轴线垂直度偏差不应超过0.25°。对于非标准圆柱体试件，试验后抗压强度试验值公式H D R /278R e +=进行换算。 R ：非标准试件抗压强度； D ：试件直径； H ：试件高度。 4 试验步骤 4.1 用游标卡尺量取试件尺寸( 精确至0.1mm )，对立方体试件在顶面和底面上各量取其边长，以各个面上相互平行的两个边长的算术平均值计算其承压面积;

对于圆柱体试件在顶面和底面分别测量两个相互正交的直径，并以其各自的算术平均值分别计算底面和顶面的面积，取其顶面和底面面积的算术平均值作为计算抗压强度所用的截面积。 4.2 试件的含水状态可根据需要选择烘干状态、天然状态、饱和状态、冻融循环后状态。试件烘干和饱和状态应符合岩石吸水性指导书中相关条款的规定。 4.3 按岩石强度性质，选定合适的压力机。将试件置于压力机的承压板中央，对正上、下承压板，不得偏心。 4.4 以0.5MPa/s~1.0MPa/s 的速率进行加荷直至破坏，记录破坏荷载及加载过程中出现的现象。抗压试件试验的最大荷载记录以N 为单位，精度 1 %. 5 结果整理 5.1 岩石的抗压强度和软化系数分别按式（1），（2）计算。 A P =R （1） 式中: R — 岩石的抗压强度( MPa )； P — 试件破坏时的荷载( N)； A — 试件的截面积( mm 2)。 d W p R R K = （2） 式中: K p — 软化系数; R w — 岩石饱和状态下的单轴抗压强度( MPa)； R d — 岩石烘干状态下的单轴抗压强度(MPa )。 5.2 单轴抗压强度试验结果应同时列出每个试件的试验值及同组岩石单轴抗压强度的平均值；有显著层理的岩石，分别报告垂直与平行层理方向的试件强度的平均值。计算值精确至0.1MPa 。 软化系数计算值精确至0.01 , 3个试件平行测定，取算术平均值；3个值中最大与最小之差不应超过平均值的20%，否则，应另取第4个试件，并在4个试件中取最接近的3个值的平均值作为试验结果，同时在报告中将4个值全部给出。 5.3 试验记录 单轴抗压强度试验记录应包括岩石名称、试验编号、试件编号、试件描述、件尺寸、破坏荷载、破坏形态。

实验一-岩石单轴抗压强度试验

實驗一岩石單軸抗壓強度試驗 1.1 概述 當無側限岩石試樣在縱向壓力作用下出現壓縮破壞時，單位面積上所承受の載荷稱為岩石の單軸抗壓強度，即試樣破壞時の最大載荷與垂直於加載方向の截面積之比。 在測定單軸抗壓強度の同時，也可同時進行變形試驗。 不同含水狀態の試樣均可按本規定進行測定，試樣の含水狀態用以下方法處理： （1）烘乾狀態の試樣，在105～1100C下烘24h。 （2）飽和狀態の試樣，使試樣逐步浸水，首先淹沒試樣高度の1/4，然後每隔2h分別升高水面至試樣の1/3和1/2處，6h後全部浸沒試樣，試樣在水下自由吸水48h；採用煮沸法飽和試樣時，煮沸箱內水面應經常保持高於試樣面，煮沸時間不少於6h。 1.2 試樣備制 （1）試樣可用鑽孔岩芯或坑、槽探中採取の岩塊，試件備制中不允許有人為裂隙出現。按規程要求標準試件為圓柱體，直徑為50mm，允許變化範圍為4.8～5.20m m。高度為100m m，允許變化範圍為9.5～10.50m m。對於非均質の粗粒結構岩石，或取樣尺寸小於標準尺寸者，允許採用非標準試樣，但高徑比必須保持=2:1～2.5:1。 （2）試樣數量，視所要求の受力方向或含水狀態而定，一般情況下必須製備3個。 （3）試樣製備の精度，在試樣整個高度上，直徑誤差不得超過0.3mm。兩端面の不平行度最大不超過0.05mm。端面應垂直於試樣軸線，最大偏差不超過0.25度。 1.3 試樣描述 試驗前の描述，應包括如下內容： （1）岩石名稱、顏色、結構、礦物成分、顆粒大小，膠結物性質等特徵。 （2）節理裂隙の發育程度及其分佈，並記錄受載方向與層理、片理及節理裂隙之間の關係。 （3）測量試樣尺寸，並記錄試樣加工過程中の缺陷。 1.4 主要儀器設備 試樣加工設備：鑽石機、鋸石機、磨石機或其他制樣設備。 量測工具與有關檢查儀器： 遊標卡尺、天平（稱量大於500g，感量0.01g），烘箱和乾燥箱，水槽、煮沸設備。 加載設備： 壓力試驗機。壓力機應滿足下列要求： （1）有足夠の噸位，即能在總噸位の10%～90%之間進行試驗，並能連續加載且無衝擊。 （2）承壓板面平整光滑且有足夠の剛度，其中之一須具有球形座。承壓板直徑不小於試樣直徑，且也不宜大於試樣直徑の兩倍。如大於兩倍以上時需在試樣上下端加輔助承壓板，輔助承壓板の剛度和平整光滑度應滿足壓力機承壓板の要求。 （3）壓力機の校正與檢驗應符合國家計量標準の規定。 1.5 試驗程式 （1）根據所要求の試樣狀態準備試樣。 （2）將試樣置於壓力機承壓板中心，調整有球形座の承壓板，使試樣均勻受力。

实验一 岩石单轴抗压强度试验

实验一岩石单轴抗压强度试验 1.1 概述 当无侧限岩石试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。 在测定单轴抗压强度的同时，也可同时进行变形试验。 不同含水状态的试样均可按本规定进行测定，试样的含水状态用以下方法处理： （1）烘干状态的试样，在105～1100C下烘24h。 （2）饱和状态的试样，使试样逐步浸水，首先淹没试样高度的1/4，然后每隔2h分别升高水面至试样的1/3和1/2处，6h后全部浸没试样，试样在水下自由吸水48h；采用煮沸法饱和试样时，煮沸箱内水面应经常保持高于试样面，煮沸时间不少于6h。 1.2 试样备制 （1）试样可用钻孔岩芯或坑、槽探中采取的岩块，试件备制中不允许有人为裂隙出现。按规程要求标准试件为圆柱体，直径为50mm，允许变化范围为4.8～5.20m m。高度为100m m，允许变化范围为9.5～10.50m m。对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比必须保持=2:1～2.5:1。 （2）试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，一般情况下必须制备3个。 （3）试样制备的精度，在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。两端面的不平行度最大不超过0.05mm。端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25度。 1.3 试样描述 试验前的描述，应包括如下内容： （1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小，胶结物性质等特征。 （2）节理裂隙的发育程度及其分布，并记录受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。 （3）测量试样尺寸，并记录试样加工过程中的缺陷。 1.4 主要仪器设备 试样加工设备：钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。 量测工具与有关检查仪器： 游标卡尺、天平（称量大于500g，感量0.01g），烘箱和干燥箱，水槽、煮沸设备。 加载设备： 压力试验机。压力机应满足下列要求： （1）有足够的吨位，即能在总吨位的10%～90%之间进行试验，并能连续加载且无冲击。 （2）承压板面平整光滑且有足够的刚度，其中之一须具有球形座。承压板直径不小于试样直径，且也不宜大于试样直径的两倍。如大于两倍以上时需在试样上下端加辅助承压板，辅助承压板的刚度和平整光滑度应满足压力机承压板的要求。 （3）压力机的校正与检验应符合国家计量标准的规定。 1.5 试验程序 （1）根据所要求的试样状态准备试样。 （2）将试样置于压力机承压板中心，调整有球形座的承压板，使试样均匀受力。

实验二 岩石的单轴抗压强度试验.

实验二 岩石的单轴抗压强度试验 一、基本原理 岩石单轴受压至破坏时的最大压应力值称单轴抗压强度，简称抗压强度，以R 表示。岩石单轴抗压强度的测定，一般是采用直接压坏标准试件的方法。 二、仪器设备 （1）岩石制样机械：钻石机、车床、锯石机、磨床； （2）检验工具：游标卡尺（精度0.02mm ）、直角尺、水平检测台、百分表架及百分表； （3）材料试验机。 三、试件规格、加工精度、数量与含水量 （1）采用圆柱体为标准试样，直径为5cm ，允许变化范围为4.8~4.2cm ；高度为10cm ，允许变化范围为9.5~10.5cm 。当缺乏圆柱体制样设备时，允许采用5cm ×5cm ×10cm 的方柱体。 （2）试样加工精度：试样两端面不平行度小于0.1mm ；试样上下端直径偏差不得大于0.2mm 。 （3）试样数量：试样数量按要求的受力状态或含水状态，每种情况下试样的数量一般不少于3块。 四、测定步骤 （1）测定前核对岩石试样名称和岩样编号，对试样的颜色、颗粒、层理、节理、风化程度、含水状态以及加工过程中出现的问题等进行描述并填入表内。 （2）检查试样加工精度、量测试样尺寸，填入记录表内。 （3）选择压力及机度盘：一般应满足 0P 2.0

东北大学岩石力学讲义岩石破坏机制及强度理论

第二章 岩石破坏机制及强度理论 第一节 岩石破坏的现象 在不同的应力状态下，岩石的破坏机制不同，常见的岩石破坏形式有以下几种 一、拉破坏：岩石试件单向抗压的纵向裂纹，矿柱，采面片帮。特点出现与最大应力方向平行的裂隙。 二、剪切破坏：岩石试件单向抗压的X 形破坏。从应力分析可知，单向压缩下某一剪切面上的切向应力达到最大引起的破坏。 (a ) (b )

三、重剪破坏：即沿原有的结构面的滑动、重剪破坏 主要的机制：岩体受剪切作用或者受拉应力的作用、三向受压情况下多数为剪切应力的作用，侧向压力较小时可能是拉神破坏，实际工程中可能是不同机制的组合，但侧向应力较大时，可以认为剪切应力是岩石重剪破坏的主要破坏机制。 从岩石破坏的现象看，从小到几厘米的岩块到大的工程岩体，破坏形式雷同，并可归纳为两种，拉断与剪坏，因此有一定的规律可寻。 对岩石破坏的研究： 在单向条件下可以从实验得到破坏的经验关系。但是三向受力条件下，不同应力的组合有无穷多种，因此无法仅仅依靠实验得到破坏的经验关系，因此在一般应力状态，对岩石破坏的研究需要结合理论分析和试验研究两个方面。现代关于岩石破坏的理论分析一般归结为、寻求破坏时的主应力之间的关系 123(,)f σσσ= 研究的方法有：理论分析；2、试验研究；3、理论研究结合试验研究。 第二节 岩石拉伸破坏的强度条件 一、最大线应变理论 该理论的主要观点是，岩石中某个面上的拉应变达到临界值时破坏，而与所处的应力状态无关。强度条件为 c εε≤ (2-1) c ε—拉应变的极限值，ε—拉应变。

若岩石在破坏之前可看作是弹性体，在受压条件下σ1>σ2>σ3下， 3ε是最小主应力。按弹性力学有3 3E E σμ εσσ= -12（+），即33E εσμσσ=-12（+）。若3ε<0则产生拉应变。由于E >0，因此产生拉应变的条件是 3σμσσ-12（+）<0，3μσσσ12（+）> 若3ε=0ε<0则产生拉破坏，此时抗拉强度为0t E σε＝?0t E σε＝。 按最大线应变理论30εε≥破坏，即 312()t σμσσσ-+≥ (2-2) 式中0ε是允许的拉应变。 二、格里菲斯理论 格里菲斯理论的主要观点是：材料内微小裂隙失稳扩展导致材料的宏观破坏。 格里菲斯理论的主要依据是：1）、任何材料中总有各种微小微纹；2）、裂纹尖端的有严重的应力集中，即应力最大，并且有拉应力集中的现象；3）、当这种拉应力集中达到拉伸强度时微裂纹失稳扩展，导致材料的破坏。 格里菲斯理论的来源：由玻璃破坏得到的启示。 格里菲斯理论的基本假设为： 1、岩石的裂隙可视为极扁的扁椭圆裂隙； 2、裂隙失稳扩展可按平面应力问题处理； 3、裂隙之间互不影响。 按格里菲斯理论，裂纹失稳扩展条件为 1）、当1330σσ+>时，满足 21313()8()0t σσσσσ-++= (2-2)

岩体力学实验

岩体力学实验 一.实验目的 岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法；了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。 二.实验设备、仪器和材料 1.钻石机、锯石机、磨石机； 2.游标卡尺，精度0.02mm； 3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架； 4.YE-600型液压材料试验机； 5.JN-16型静态电阻应变仪； 6.电阻应变片（BX-120型）； 7.胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。 三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 1.试样规格：采用直径为50mm，高为100mm的标准圆柱体，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用50mm×50mm×100mm的立方体，由于岩石松软不能制取标准试样时，可采用非标准试样，需在实验结果加以说明。 2.加工精度： a平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。检测方法如图5-1所示，将试样放在水平检测台上，调整百分表的位置，使百分表触头紧贴试 样表面，然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。 b直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于0.2mm，用游标卡尺检查。 c轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2所示，将试样放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显

缝隙。 3.试样数量：每种状态下试样的数量一般不少于3个。 4.含水状态：采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内1～2 d，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 1 1 2 3 2 4 1—百分表2-百分表架3-试样4水平检测台图5-1试样平行度检测示意图 3 1—直角尺2-试样3-水平检测台 图5-2试样轴向偏差度检测示意图 四.电阻应变片的粘贴 1.阻值检查：要求电阻丝平直，间距均匀，无黄斑，电 阻值一般选用120欧姆，测量片和补偿片的电阻差值不超过0.5Ω。 2.位置确定：纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部，纵向、横向应变片排列采用“┫”形，尽可能避开裂隙，节理等弱面。 3.粘贴工艺：试样表面清洗处理→涂胶→贴电阻应变片试样 电阻片 图5-3电阻应变片粘贴 →固化处理→焊接导线→防潮处理。 五.实验步骤 1.测定前核对岩石名称和试样编号，并对岩石试样的颜色、颗粒、层理、裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。 2.检查试样加工精度。并测量试样尺寸，一般在试样中部两个互相垂直方向测量直径计算平均值。 3.电阻应变仪接通电源并预热数分钟后,连接测试导线，接线方式采用公

3.5岩石强度准则

3.5.岩石的强度准则 3.5.1概述 岩石中任一点的应力、应变增长到某一极限时，该点就要发生破坏。用以表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，称为岩石的强度准则（又称强度条件、破坏判据、强度判据）。由于岩石的成因不同和矿物成分的不同，使岩石的破坏特性会存在着许多差别。此外，不同的受力状态也将影响其强度特性。人们根据岩石的不同破坏机理，在大量的试验基础上，加以归纳、分析描述，建立了多种强度准则。本节将着重介绍在岩石力学中最常用的强度准则。 3.5.2库仑准则 3.5.2.1基本思想 库仑准则是一个最简单、最重要的准则，属于压剪准则。库仑（C.A.Couloumb ）于1773年提出最大剪应力强度理论，纳维尔（）在库仑理论的基础上，对包括岩石在内的脆性材料进行了大量的试验研究后，于1883年完善了该准则，所以又被称为库仑—纳维尔准则。该准则认为，固体内任一点发生剪切破坏时，破坏面上的剪应力(τ)等于或大于材料本身的抗切强度(C)和作用于该面上由法向应力引起的摩擦阻力(?σtan )之和，即： tan C f C τσσ?=+=+ （3.29） 这就是库仑准则的基本表达式。 3.4.2.2库仑准则参数的几何与物理意义 在στ-平面上式（3.29）的几何图，如图3.36所示，库仑准则是一条直线。由图可见： 图3.36库仑准则的几何图 （1）当0σ=时，C τ=，C 为纵轴（σ轴）截距；物理意义为：岩石试件无正压力时的抗剪强度，通常称为岩石的内粘聚力。（2）当0C =时，?σσtan =，通常称?为岩石的内摩擦角，?tan 为岩石的内摩擦系数。C ，?是表征岩石抗剪强度的两个重要参数。 3.5.2.3库仑准则的确定方法 岩石强度准则反映岩石固有的属性，因此一定要求来源于试验。常用于确定库仑准则的试验有两种，角模压剪试验和三轴压缩试验。 （1）角模压剪试验 如图3.10所示，作一系列不同倾角α的压剪试验，并由式（3.7）计算出不同倾角的破坏面上的正应力σ和剪应力τ；再在στ-平面描点作出强度准则曲

岩石破坏准则

精心整理2.1岩石破坏强度准则 岩石的破坏主要与外荷载的作用方式、温度及湿度有关。一般在低温、低围压及高应变率的条件下，岩石表现为脆性破坏，而在高温、高围压、低应变率作用下，岩石则表现为塑性或者塑性流动。对于较完整的岩石来说，其破坏形式可以分为：1)脆性破坏；3)延性破坏。图2-1给出了不同应力状态下岩石破裂前应变值、破坏形态示意图和典型的应力-应变曲线示意图。 准则。本节主要对已有的岩石强度破坏准则进行总结，找出它们各自的优缺点。 2.1.1最大正应力强度理论 最大正应力强度理论也称朗肯理论，该理论是1857年提出的。它假定挡土墙背垂直、光滑，其后土体表面水平并无限延伸，这时土体内的任意水平面和墙的背面均为主平面（在这两个平面上的剪应力为零），作用在该平面上的法向应力即为主应力。朗肯根据墙后主体处于极限平衡状态，应用极限平衡条件，推导出了主动土压力和被动土压力计算公式。

考察挡土墙后主体表面下深度z 处的微小单元体的应力状态变化过程。当挡土墙在土压力的作用下向远离土体的方向位移时，作用在微分土体上的竖向应力sz 保持不变，而水平向应力sx 逐渐减小，直至达到土体处于极限平衡状态。土体处于极限平衡状态时的最大主应力为s1=gz ，而最小主应力s3即为主动土压力强度pa 。根据土的极限平衡理论，当主体中某点处于极限平衡状态时，大主应力1σ和小主应力3σ之间应满足以下关系式： 粘性土： 213...2tan tan 4545c ??σσ??? ???=-++ ? ?（1） （2） 2.1.2变， 岩石强度条件可以表示为： m εε≤max （3） 式中，m ax ε为岩石内发生的最大应变值，可用广义胡克定律求出；m ε为单向压缩或单向拉伸试验时岩石破坏的极限应变值，由实验求得。 对于三轴应力状态时： ()[]321max 1 σσμσε+-= E （4）