常见岩石的强度性质

之迟辟智美创作以后位置：课程学习/第四章岩块的变形与强度性质/第三节岩块的强度性质第三节岩块的强度性质岩块的强度是指岩块抵当外力破坏的能力.根据受力状态分歧，岩块的强度可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度等.一、单轴抗压强度σc1、界说在单向压缩条件下，岩块能接受的最年夜压应力，简称抗压强度（MPa）.2、研究意义（1）衡量岩块基本力学性质的重要指标.（2）岩体工程分类、建立岩体破坏判据的重要指标.（3）用来估算其他强度参数.3、测定方法抗压强度试验点荷载试验4、罕见岩石的抗压强度罕见岩石的抗压强度1、界说单向拉伸条件下，岩块能接受的最年夜拉应力，简称抗拉强度.2、研究意义（1）衡量岩体力学性质的重要指标（2）用来建立岩石强度判据，确定强度包络线（3）选择建筑石材不成缺少的参数3、测定方法直接拉伸法间接法（劈裂法、点荷载法）4、罕见岩石的抗拉强度罕见岩石的抗拉强度5岩石中包括有年夜量的微裂隙和孔隙，岩块抗拉强度受其影响很年夜，直接削弱了岩块的抗拉强度.相对而言，空隙对岩块抗压强度的影响就小很多，因此，岩块的抗拉强度一般远小于其抗压强度.通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度，用以表征岩石的脆性水平.岩块的几种强度与抗压强度比值1、界说在剪切荷载作用下，岩块抵当剪切破坏的最年夜剪应力，称为剪切强度.2、类型（1）抗剪断强度：指试件在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最年夜剪应力.（2）抗切强度：指试件上的法向应力为零时，沿预定剪切面剪断时的最年夜剪应力.（3）摩擦强度：指试件在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面（层面、节理等）再次剪切破坏时的最年夜剪应力.3、研究意义反映岩块的力学性质的重要指标.用来估算岩体力学参数及建立强度判据.4、抗剪断强度的测试方法直剪试验变角板剪切试验三轴试验5、罕见岩石的剪切强度罕见岩石的剪切强度1、界说试件在三向压应力作用下能抵当的最年夜的轴向应力.2、测定方法三轴试验3、利用三轴试验确定抗剪强度根据一组试件(4个以上)试验获得的三轴压缩强度σ1m和相应的σ3以及单轴抗拉强度σt.在σ-τ坐标系中可绘制出岩块的强度包络线.除极点外，包络线上所有点的切线与σ轴的夹角及其在τ轴上的截距分别代表相应破坏面的内摩擦角(φ)和内聚力(C).4、几种强度之间的换算根据应力摩尔圆可以进行几种强度之间的换算,已知其中某些强度，可以计算其他的强度值.假设强度包络线为直线（在σ3<10MPa的情况下，往往这样.），如下图，可以获得下面的公式：由此可以根据岩石的内摩擦角、内聚力和σ3计算岩石的三轴强度.同样，也可以获得下式：由此可以计算岩石的抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角.。

(E, ν) 与(K, G)的转换关系‎如下：)21(3ν-=EK)1(2ν+=EG （7.2）当ν值接近‎0.5的时候不‎能盲目的使‎用公式3.5，因为计算的‎K 值将会非‎常的高，偏离实际值‎很多。

最好是确定‎好K 值(利用压缩试‎验或者P 波‎速度试验估‎计)，然后再用K ‎和ν来计算‎G 值。

表7.1和7.2分别给出‎了岩土体的‎一些典型弹‎性特性值。

岩石的弹性‎（实验室值）（Goodm a n,1980） 表7.1土的弹性特‎性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2各向异性弹‎性特性——作为各向异‎性弹性体的‎特殊情况，横切各向同‎性弹性模型‎需要5中弹‎性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异‎性弹性模型‎有9个弹性‎模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G13和G 23。

这些常量的‎定义见理论‎篇。

均质的节理‎或是层状的‎岩石一般表‎现出横切各‎向同性弹性‎特性。

一些学者已‎经给出了用‎各向同性弹‎性特性参数‎、节理刚度和‎空间参数来‎表示的弹性‎常数的公式‎。

表3.7给出了各‎向异性岩石‎的一些典型‎的特性值。

流体弹性特‎性——用于地下水‎分析的模型‎涉及到不可‎压缩的土粒‎时用到水的‎体积模量K ‎f ，如果土粒是‎可压缩的，则要用到比‎奥模量M 。

纯净水在室‎温情况下的‎K f 值是2‎ Gpa 。

其取值依赖‎于分析的目‎的。

分析稳态流‎动或是求初‎始孔隙压力‎的分布状态‎（见理论篇第‎三章流体-固体相互作‎用分析），则尽量要用‎比较低的K ‎f ，不用折减。

这是由于对‎于大的Kf ‎流动时间步‎长很小，并且，力学收敛性‎也较差。

在FLAC ‎3D 中用到‎的流动时间‎步长,∆ tf 与孔隙 度n ，渗透系数k ‎以及Kf 有‎如下关系：'f f kK nt ∝∆ （7.3） 对于可变形‎流体（多数课本中‎都是将流体‎设定为不可‎压缩的）我们可以通‎过获得的固‎结系数来决‎νC 定改变Kf ‎的结果。

岩石天然强度与饱和强度岩石天然强度与饱和强度是岩石力学性质的两个重要指标。

岩石天然强度是指岩石在未受到外力作用下的强度，而饱和强度则是指岩石在饱和状态下的强度。

这两个指标对于岩石的工程应用具有重要意义。

岩石天然强度是岩石的基本力学性质之一，它是指岩石在未受到外力作用下的强度。

岩石天然强度的大小与岩石的成分、结构、质地等因素有关。

一般来说，岩石的天然强度越高，其抗压、抗拉、抗剪等力学性能就越好，其在工程应用中的可靠性也就越高。

因此，在进行岩石工程设计时，需要对岩石的天然强度进行充分的了解和评估。

饱和强度是指岩石在饱和状态下的强度。

饱和状态是指岩石中的孔隙被水或其他液体充满的状态。

在饱和状态下，岩石的强度会受到一定程度的影响。

一方面，水分子会填充岩石中的孔隙，使得岩石的体积增大，从而导致岩石的强度降低。

另一方面，水分子会对岩石中的矿物质产生化学反应，从而导致岩石的强度发生变化。

因此，在进行岩石工程设计时，需要对岩石的饱和强度进行充分的了解和评估。

在岩石工程设计中，岩石天然强度和饱和强度都是非常重要的指标。

在进行岩石工程设计时，需要对岩石的天然强度和饱和强度进行充分的了解和评估，以确保工程的可靠性和安全性。

同时，在进行岩石工程设计时，还需要考虑岩石的其他力学性质，如岩石的弹性模量、泊松比、破坏模式等，以综合评估岩石的力学性能。

总之，岩石天然强度和饱和强度是岩石力学性质的两个重要指标，对于岩石的工程应用具有重要意义。

在进行岩石工程设计时，需要对岩石的天然强度和饱和强度进行充分的了解和评估，以确保工程的可靠性和安全性。

同时，还需要考虑岩石的其他力学性质，以综合评估岩石的力学性能。

第四章岩石的强度岩石强度是岩石的一种重要的力学特性。

是指岩石抵抗载荷（外力）而不受屈服或破裂的能力,是岩石承受外力的极限应力值。

岩石受力后会发生变形，一旦应力达到岩石的极限应力值，岩石就会发生破坏。

在岩石强度应力值之前，存在屈服点(应变明显增大，而应力不再需要明显增大时的应力)，超过屈服点和达到极限强度(岩石破裂要达到的最大应力值)前，一般仍有一些抵抗应变而恢复原形的能力，但达到极限强度后岩石破裂，就完全失去恢复能力。

通常所讲的岩石强度，一般是指岩石样件的测量强度，它仅代表岩体内岩块的强度，不能代表整个岩体的强度。

但在涉及岩石强度的工程问题中，一般是针对岩体的强度，而岩体往往包含一些软弱的结构面。

几组软弱结构面可以将岩体分割成各种形状和大小不同的岩块。

因此，岩体的强度取决于这些岩块强度和结构面的强度，岩块内微结构面的作用将直接反映到岩石的力学性质上。

岩石受力方式的不同，表现出的强度特性不尽相同。

如在张力、压力和剪切力的作用下，同种岩石会呈现出不同的强度特性。

因此岩石具有抗张、抗压和抗剪切强度等之分。

岩石受力条件的不同，可表现出变形、破裂、蠕变等现象，这些现象有着一定的规律性。

岩石的强度是衡量岩石基本力学性质的重要指标，是建立岩石破坏判据的重要指标，还可估计其他力学参数。

岩石的这些力学特性广泛用于建筑行业、水利水电工程、地质灾害研究与预防、断裂构造研究等方面。

4.1影响岩石强度的主要因素1)岩石成分和结构组成岩石的矿物种类及含量、矿物颗粒大小、固结程度、胶结物种类、矿物形态与分布等均影响到岩石的各种强度。

固结程度高、硅质胶结、细粒、交错结构的强度大。

2)岩石中不连续面和间断面岩石中微裂缝、微小断裂、节理层理等的发育程度和分布情况直接影响到岩石的强度，这些不连续或间断面会降低岩石在不同方向上的强度。

3)岩石孔隙度及流体性状岩石的孔隙度以及其中所含流体种类、饱和度、渗透率等因素以较复杂的关系影响着岩石强度。

花岗岩属火成岩,由地下岩浆喷出和侵入冷却结晶，以及花岗质的变质岩等形成。

具有可见的晶体结构和纹理。

它由长石（通常是钾长石和奥长石）和石英组成，搀杂少量的云母（黑云母或白云母）和微量矿物质，譬如:锆石、磷灰石、磁铁矿、钛铁矿和榍石等等。

花岗石主要成分是二氧化硅，其含量约为65%—85%。

花岗石的化学性质呈弱酸性。

通常情况下，花岗岩略带白色或灰色，由于混有深色的水晶，外观带有斑点，钾长石的加入使得其呈红色或肉色。

花岗岩由岩浆慢慢冷却结晶形成，深埋于地表以下，当冷却速度异常缓慢时,它就形成一种纹理非常粗糙的花岗岩，人们称之为结晶花岗岩。

花岗岩以及其它的结晶岩构成了大陆板块的基础，它也是暴露在地球表面最为常见的侵入岩。

尽管花岗岩被认为是由融化的物质或者岩浆形成的火成岩，但是有大量证据表明某些花岗岩的形成是局部变形或者先前岩石的产物，它们未经过液态或者融化过程而重新排列和重结晶花岗岩的比重在到之间，其抗压强度为1,050~14,000千克/平方厘米（15,000~20,000磅/平方英寸）。

因为花岗岩的强度比沙岩、石灰石和大理石大，因此比较难于开采。

由于花岗石形成的特殊条件和坚定的结构特点，使其具有如下独特性能：（1）具有良好的装饰性能，可适用公共场所及室外的装饰。

（2）具有优良的加工性能：锯、切、磨光、钻孔、雕刻等。

其加工精度可达Um以下，光度达1600以上。

（3）耐磨性能好，比铸铁高5-10倍。

（4）热膨胀系数小，不易变形，与铟钢相仿，受温度影响极微。

(5)弹性模量大，高于铸铁。

(6)刚性好，内阻尼系数大，比钢铁大15倍。

能防震，减震。

(7)花岗石具有脆性，受损后只是局部脱落，不影响整体的平直性。

(8)花岗石的化学性质稳定，不易风化，能耐酸、碱及腐蚀气体的侵蚀，其化学性与二氧化硅的含量成正比，使用寿命可达200年左右。

(9)花岗石具有不导电、不导磁，场位稳定。

通常，花岗岩分成三个不同的类别：1.细粒花岗岩：长石晶体的平均直径为1/16~1/8英寸。

岩石的力学特性及强度准则岩石力学性质主要是指岩石的变形特征及岩石的强度。

由于在石油工程中，并壁稳定、出砂分析、水力压裂、储层物性变化等都与岩石力学性质亲密相关，因此有必要讨论岩石的力学性质及其在物理环境下应力场中的反映。

影响岩石力学性质的因素许多，例如岩石的类型、组构、围压、温度、应变率、含水量、载荷时间以及载荷性质等。

要讨论这些简单因素对岩石力学性质的影响，只能在试验艾博希室内严格掌握某些因素的状况下进行。

岩石的变形特性，最直观的表达方法是通过应力一应变关系曲线及应变随时间变化的曲线来表示。

通常首先讨论在常温、常压（即室温与通常大气压）条件下岩石的力学性质，然后再考虑其他影响因素下岩石的力学性质。

这样才能渐渐弄清在地质条件下，综合因素对岩石力学性质的影响。

岩石在常温、常压下一般产生脆性破坏，但深埋地下的岩石却表现为明显的延性。

，岩石这一性质的变化是由于所处物理环境的转变造成的。

所谓脆性与延性至今尚无非常明确的定义。

一'般所谓脆性破坏是指由弹性变形发生急剧破坏，破坏后塑性变形较小。

延性是指弹性变形之后产生较大的塑性变形而导致破坏，或直接进展为延性流淌。

所谓延性流淌IC现货商是指有大量的永久变形而不至于破坏的性质* 对于岩石而言，破坏前的应变或永久应变在3%以下可作为脆性破坏，5%以上作为延性破坏，3% 一5%为过渡状况。

由于地下的岩体和井壁围岩均处于三向应力状态，所以对岩石力学性态的测定不能靠简单的单轴压缩试验方法，而必需在肯定的围压作用厂（必要时还要考虑温度的作用）进行试验测定。

真三轴试验（岩石上三个主方向的作用力均不等）非常简单，一般均不采纳。

普退采纳的是常规三轴压缩试验方法，一般用圆柱形岩样，在其横向施加液体围压，即在水平的两个主方向上的应力相等且等于围压久，如图1—1所示。

假如上下垫块是带孔可渗透的，亦可通入孔隙流体压力以讨论孔隙压力的影响。

在试验过程中把岩样放在高压室中先对岩样四周用围压油加压至所需的值9c（需要时亦可加孔隙压至所需的夕。

常见岩石力学参数岩石力学参数是指描述岩石在外力作用下的力学行为的物理性质，包括弹性模量、剪切模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。

这些参数对于岩石的力学性质和工程应用具有重要意义。

本文将详细介绍这些常见的岩石力学参数。

1. 弹性模量（Young's modulus）：弹性模量是衡量岩石弹性性质的一个重要参数，表示岩石在外力作用下产生弹性变形的能力。

弹性模量越大，岩石的刚度越大，抗弯和抗变形能力越强。

2. 剪切模量（Shear modulus）：剪切模量是衡量岩石抗剪切性质的参数，表示岩石在剪切应力作用下产生剪切变形的能力。

剪切模量越大，岩石的抗剪强度越高，稳定性越好。

3. 泊松比（Poisson's ratio）：泊松比是衡量岩石体积变形性质的参数，表示岩石在受到压缩应力时，横向收缩的程度。

泊松比一般介于0.1到0.4之间，数值越大，岩石的蠕变性越强。

5. 抗拉强度（Tensile strength）：抗拉强度是衡量岩石抗拉性质的参数，表示岩石在受到拉伸应力时的最大承载能力。

抗拉强度一般比抗压强度要小，岩石在受到拉伸时易发生断裂。

6. 抗剪强度（Shear strength）：抗剪强度是衡量岩石抗剪切性质的参数，表示岩石在受到剪切应力时的最大承载能力。

抗剪强度主要与岩石内部的粘聚力和内摩擦角有关。

除了上述常见的岩石力学参数外，还有一些与岩石稳定性有关的参数：7. 断裂韧性（Fracture toughness）：断裂韧性是衡量岩石抗断裂性质的参数，表示岩石在受到裂纹扩展时的抵抗能力，能够反映岩石的破坏扩展能力。

8. 孔隙度（Porosity）：孔隙度是衡量岩石孔隙结构的参数，表示岩石内部的孔隙空间占总体积的比例。

孔隙度能够影响岩石的密实程度和渗透性，对工程建筑的渗流和稳定性有重要影响。

9. 饱和度（Saturation）：饱和度是衡量岩石孔隙中被水、气体或其他流体填充的程度。