第２ｌ卷第３期 ２ｏｏ６年６月 中圈钨
Ｃｌａｉｎａ＂Ｔｕｎ￣ｓｔｅｎ Ｉｎｄｕｓ Ｖ０Ｉ．２１，Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０ｏ６
文章编号：１００９—０６２２（２００６）０３—００１０－０５
岩石冲击损伤试验方法与应力一应变测量
张志呈，肖正学，蒲传金，郭学彬，史瑾瑾
（西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳６２１０１０）
摘 要：介绍了岩石动力破坏的基本概念和冲击试验的方法，研究了不同弹体与碰撞压力的关系，进行了冲击试验
时试件的应力一应变测量。通过分析得到了一些有益的结果。 关键词：冲击试验；应力一应变；碰撞压力；弹体
中图分类号：ＴＵ４５ 文献标识码：Ａ
０引 言
自然界的材料破坏无非以两种方式完成：一种
是渐进的稳定方式的破坏；另一种是突然的不稳定
破坏。而岩体以何种方式破坏，则是由岩体材料及其
应力和结构形式共同决定［１］。前一种破坏方式在岩
体工程是常见的，例如地下硐室的变形破坏等。而后
者又可分为两种类型：一种是几何失稳破坏，即压杆
稳定问题，窄小矿柱的破坏，此类破坏在工程中比较
少见；另一种是物理失稳破坏。
岩石力学的实验研究表明，典型的岩石应力一
应变曲线如图１所示。在荷载作用下，岩石由变形发
展到破坏的过程，分成两个主要阶段：在应力一应变
关系曲线的峰值以前是一个阶段，即应变硬化阶段；
峰值以后是另一个阶段，即应变软化阶段。
岩石在应变软化阶段的特征，近年来已引起岩
石力学工作者的注意。这可能是由于两方面的原因：
图１典型的岩石应力一应变曲线 其一是从实际的观察点来看，岩石在应变软化阶段
的变形特征更为重要；其二是已具备研究岩石应变
软化阶段变形特征的理论方法和实验手段闼。从岩
石的实际性质出发，进行岩石应变软化阶段变形特
征的理论研究和实验研究，对于解决岩石在所谓刚
性加载下的稳定性等问题具有非常现实的意义。岩
石变形的应变软化特征，实质上是岩石中缺陷（节
理、裂隙等）在荷载作用下生成、扩展和汇合，逐渐发
现场岩石抗剪(断)试验应力与应变关系分析
摘要：文章首先阐述影响岩石应力与应变关系的因素，重点深入现场进行岩石抗剪（断）试验破坏机理，以分析其应力与应变关系，并给出强度参数选取的一些建议，以为工程实践起到科学的指导意义，保证复杂地质条件下工程的安全性及设计合理性。
关键词：岩石；抗剪（断）试验；应力与应变；强度
一、现场岩石抗剪（断）试验概述
岩块抗剪试验，包括抗剪断试验（用于完整岩块）和结构面摩擦试验（用于岩体中的结构面），两者的强度参数均用摩擦角和内聚力表示，试验时需逐级施加法向应力以便获得剪应力～剪切位移关系曲线。此外，岩石变形，包括单向和三向条件下的变形曲线特性、弹性和塑性变形、流变（应力-应变-时间关系）和扩容。所谓流变指的是岩体的应力和变形与时间有关的特性，前者称应力松弛，后者称蠕变（或称徐变）。
岩体处于复杂的三维应力场中，是一种复杂的地质体，岩体破坏往往会因其所赋存的应力状态发生改变引起的，工程状态预报的可靠性较差，所以通过现场观测来鉴别岩体性态日益受到重视。工程上常用的现场测试与观测方法有：地应力量测，地应力也称原岩应力、天然应力、初始应力，均指地壳岩体中未经开挖扰动的应力（见岩体中应力）。目前，定量确定地应力大小和方向的有效方法是进行现场岩体应力量测。地应力量测包括绝对应力量测（常用于套孔和钻孔孔底应力解除技术）和应力变化量测两类（用于长期观
测）。30年代以来发展了多种应力量测方法，这些量测方法虽原理不同，但大多属于间接量测。岩体的变形观测结果，不但可以直接用于岩体力学作用监测，进行稳定性分析和预报，而且可以利用数值计算方法进行位移反馈分析，获得表征岩体特性的变形参数和岩体中的初始应力状态。
二、岩石应力与应变性质的主要影响因素
多个因素制约着表征岩石力学特性的应力～应变关系，但很大程度上还是取决于岩石本身的性质。岩石为一种弹塑性体，其性质复杂多变，岩石变形总是同时发生塑性变形和岩石变形发生，以下进一步分析岩石应力与应变关系的主要影响因素，如下：（1）岩石的均一性，节理裂隙发育程度，充填物的性质及数量，致密坚硬性，风化程度等。若岩石均一性好，无充填物的新鲜岩石，节理裂隙不发育，致密坚硬，浅风化，弹性变形为主，反之则塑性变形为主；（2）地下水的影响。地下水起润滑作用，易使节理裂隙的充填物软化而形成软弱结构面，使岩石的强度降低。所以做岩石抗剪（断）试验时，试验前应先将试件用水饱和后再进行；（3）岩石的初始应力状态。岩石的破坏强度应由两部分组成，即“自身强度和初始应力”，在开凿岩洞过程中，往往由于卸掉初始应力而造成岩崩现象的发生，而这一个因素常常是设计者容易忽略的；（4）适应变形能力。这是岩石本身一个重要特性。判断建筑物是否稳定，应要考虑两点：强度的高低和破坏变形的大小。有些建筑物强度虽较高，但破坏变形很小，一旦有意外应力出现，如地震应力，那么建筑物就
岩石的变形特性
岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之二)
一、内容提要：本讲主要讲述岩石的变形特性、强度理论
二、重点、难点：岩石的应力-应变曲线分析及岩石的各种强度理论。
三、讲解内容：
四、岩石的变形特性
与岩石的强度特性一样，岩石的变形特性也是岩石的重要力学特性。只有对岩石的变形特性的变化规律有了足够的了解，才能应用某些数学表达式描述岩石的变形特性，进而运用这些表达式计算岩石在外荷载作用下所产生的变形特性，并评价其稳定性。在实际的工程中，经常遇到岩石在单轴和三轴压缩状态下的变形问题。
(一)岩石在单向压缩应力作用下的变形特性
1. 岩石在普通试验机中进行单向压缩试验时的变形特性
岩石的变形特性通常可从试验时所记录下来的应力-应变曲线中获得。岩石的应力-应变曲线反映了各种不同应力水平下所对应的应变(变形)规律。以下先介绍具有代表性的典型的应力-应变曲线。
1)典型的岩石应力-应变曲线分析
图15-1-17例示了典型的应力-应变曲线。根据应力-应变曲线的变化，可将其分成OA，AB，BC三个阶段。三个阶段各自显示了不同的变形特性。
(1)OA阶段，通常被称为压密阶段。其特征是应力-应变曲线呈上凹型，即应变随应力的增加而减少。形成这一特性的主要原因是存在于岩石内的微裂隙在外力作用下发生闭合所致。
(2)AB阶段，也就是弹性阶段。从图15-1-17可知，这一阶段的应力-应变曲线基本呈直线。若在这一阶段卸荷的话，其应变可以恢复，由此可称为弹性阶段。这一阶段常用两个弹性常数来描述其变形特性。即弹性模量E和泊松比。所谓弹性模量，是指应力—应变曲线中呈直线阶段的应力与应变之比值(或者是该曲线在直线段的斜率)被称作平均模量。就模量的概念而言，岩石的模量还有初始模量、切线模量、割线模量等。在岩石力学中比较常用的是平均弹性模量E和割线模量E50，E50是指岩石峰值应力一半的应力、应变之比值，其实质代表了岩石的变形模量。所谓泊松比，是指在弹性阶段中，岩石的横向应变与纵向应变比之值。这是描述岩石侧向变形特性的一个参数。最近几年来，经过大量的试验发现，在AB阶段，由于岩石受荷后不断地出现裂纹扩展，将产生一些不可逆的变形。因此从某种意义上来说，它并不属于真正的弹性特性，只能是
构造应力对岩石蠕变变形特征的影响机理
引言
岩石中的蠕变是指在持续应力作用下，随时间发生的非弹性形变。蠕变是岩石力学中的一个重要现象，对工程建设、资源开发和地震等方面具有重要影响。在岩石蠕变中，构造应力是一个重要的控制因素。本文将就构造应力对岩石蠕变变形特征的影响机理进行探讨。
岩石力学基础
岩石是由不同大小和形状的矿物颗粒通过胶结物质相互连接而成的。岩石具有一定的强度和刚度，但在持续应力作用下，岩石仍然会发生可逆或不可逆的形变。
构造应力的作用机制
构造应力主要来源于地球内部的板块运动和地壳运动，包括挤压、拉伸、剪切等作用方式。构造应力的作用会改变岩石内部的应力状态并引发岩石蠕变。
岩石蠕变的变形特征
岩石蠕变的变形特征包括蠕变速率、蠕变应变、蠕变时间等。蠕变速率是指岩石在单位应力下发生蠕变的速度。蠕变应变是岩石在蠕变作用下所发生的总应变量。蠕变时间是指岩石在持续应力作用下，经过一定时间后所发生的蠕变。
构造应力对岩石蠕变的影响
构造应力对岩石蠕变的影响可通过以下几个方面来说明。
1. 构造应力对岩石黏滞性的影响
构造应力作用下，岩石内部微观结构的变化会导致岩石的黏滞性增加。黏滞性是岩石在受力作用下发生蠕变的重要因素。 2. 构造应力对岩石结构的改变
构造应力作用下，岩石的孔隙结构、晶格结构和组分结构会发生改变。这些结构的改变会导致岩石在应力作用下更容易发生蠕变。
3. 构造应力对岩石的断裂破坏
构造应力作用下，岩石内部的裂纹和孔隙会因应力的进一步作用而扩展，最终导致岩石的断裂破坏。断裂破坏会进一步促使岩石的蠕变发展。
4. 构造应力对岩石的蠕变速率的影响
构造应力的大小和作用方式会影响岩石的蠕变速率。一般来说，构造应力越大，岩石的蠕变速率越快。
结论
构造应力对岩石蠕变变形特征的影响是多方面的，包括对岩石的黏滞性、结构改变、断裂破坏和蠕变速率的影响。了解和研究构造应力对岩石蠕变的影响机理对工程建设、地震预测等有重要意义，它可以帮助我们更好地评估和防范可能发生的岩石蠕变带来的危害。通过深入研究和实践，我们可以进一步掌握构造应力对岩石蠕变变形特征的影响机理，为相关领域的发展提供科学依据。
