对岩石抗压强度与不同影响因素的关系探讨

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文献标 志码 ： Ｂ
文章 编 号 ： １ ０ ０ ８— ０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４— ０ １ ６ １ 一 Ｏ １
在岩 石 力 学 中 ， 岩石 是 岩 块 和 岩 体 的 总称 。岩 块 是 一 种不 连续 的块 状 物 ， 是 由于 地 质 构 造 因 素形 成 的 ， 是 岩 体 的组 成 单 元 。 由于 受 到 外 力 的作 用 ， 岩 石 会 达 到一种受压的极限 ， 一旦超过这个极限 ， 岩石就会被破
摘 要： 岩石 的抗 压强度与其性质有着很大关 系。影响岩石抗压强度 的因素有 很多 ， 不同影响 因素之 间的个中关 系也是值得探 讨 的。岩石 主要是由矿物组成 的。现存 的大 量实验数据证明 ， 组 成物质不同的岩石所具有 的抗压 强度 也存 在差别。由于矿 物自身特 点而导 致了这种差别的 出现是 ， 不同强度 的矿物通过不 同方式联结从而构 成了特性不 同的岩 石 ， 因此 ， 即使构成物相 同 ， 这 些岩石也 会 受到自身和外在的影响而拥 有不同的抗压强度。本文主要讨论岩石 本身的因素与抗压强度的关 系。 关键词 ： 岩石 ； 抗压强 度 ； 影响因素
一
进行 试验 时 所 使 用 的 方 法 ， 比如岩石样本 的大 小、 尺 寸、 比例 、 形状、 试验机 的加荷速率等。在大量反复 的 试验 中也证 明 了抗压 强度 与 这 些影 响 因 素之 间确 实存 在一 定 的 内在 相关 性 。不 同矿 物 组成 的 岩石 其 抗压 强 度也是不 同的 ， 这是 由于岩石 中所存在 的层理和裂 隙、 岩石 总 体 的风 化 程 度 、 岩 石 的含 水 状 况 的不 同 而对 岩 石所 造 成 的影响 。 通过 对 大量 试 验 数 据 的 整理 和 分 析 ， 下 面 将 找 出 岩石 抗压 强度 与岩 石 容重 、 岩块波速、 矿 物成 分 等 诸 多 因素之间的相关性。
收稿 日期 ： ２ ０ １ ５—０ ２— ０ ５
般来说， 在众多影响岩石抗压强度的因素之 中， 有两 方面 因素值得 引起 注 意 。 第一 种 就 是岩 石 自身 的 物理 性状 和 自身 因 素 ， 比 如构 成 岩 石 的矿 物 成分 、 颗 粒 大小、 矿 物质 的 颗 粒 联 结 情 况 、 颗粒 的胶结情况、 岩 石 的风 化程 度 、 岩石所 包含的裂 隙大小 、 岩 石 的含 水 量 等； 另一方面是人为的因素， 尤其是在对岩石抗压强度
能够 承受 住 在 岩 石 的 极 限 应 力 到来 之 后 的 全 部 压 力 ， 从而 使得 在 实验过 程 中拿 到 岩石 的载 荷变 形 的 全过 程 曲线 。 ２岩石 抗压 强度 的不 同影 响 因素
坏 。这个极限被称 为是岩石 的极限应 力， 属于其 力学 的主 要属 性 ， 可 以通过 两 种 方 法进 行 测 量 ， 即 实 验 室 内 实验 或进 行现 场 的试 验 。实 验 室 试验 用 的岩 样 就是 岩 块 。而岩 体是 地 质体 的 一 部分 ， 属 于 地 质 结 构 的一 种 。 虽然 岩 体和岩 块所 经 历 的地 质 历 史 以及 环 境 因 素是 十 分相似乃至相 同的 ， 但是在性质方面 ， 二者的差别度 却 很大 ， 尤 其是 强 度 方 面 。岩 块 的 抗 压 强 度 是 由构 成 岩 石 的矿物 和颗 粒 之 间的 联 结 力的 影 响 以及 微 裂 隙 来决 定的， 但是岩体之 中的结构面 和岩体的构造特征 的不 同会 导 致岩 体强 度 的不 同 。 １岩石 的 抗压 强度 及其 测定 要测 出岩 石 的抗 压 强度 ， 必须 使 用 岩 石样 本 ， 并且 测 出样本 在 受 到 单 轴 压 力之 后 达 到 破 坏 的 强 度 极 限 点， 才能 得 出岩 石 的 抗 压 强 度 。在 纵 向 压 力 下 岩 石 一 般 容 易出现 压 缩 性 破 坏 ， 此 时 在 岩石 单 位 面 积 上 承 载 的重量强度 被称 为是岩 石的单轴 抗压 强度。一般来 说， 在室 内都 是 使 用压 力机 来 对 岩石 的 单 轴 抗 压 强度 进行测试 ， 而在现 场的测试 一般都 使用岩 柱 或矿柱 。 岩石 在受 压 后直 到完 全 丧失 其 强度 时 的性 质 可 用 曲 线 来表示 ， 这种曲线被称 为载荷变形 曲线。然而， 使用普 通试验机进行检测时 ， 不可能获得破坏 后的曲线。这 是 由于 当岩 石 的 极 限 应 力超 过 峰 值 ， 试 验 机 自身 的 组 件 在 受 到这种 压 力 的过程 之 中也 会 释放 一 定 的 弹 性能 量， 从 而 使得 使 试件 受 到 很 大 的 压 强 而迅 速 压 坏 。 因 此， 在岩石 的极限应 力到来之 前的载荷变形 曲线可 以 得到 ， 超越极限之 后的曲线是不可能 出现 的。在二 十 世纪 ７ ０年 代 出现 了一 种 新型 的试 验 机 ， 这 种 试 验机 叫 作伺服控制刚性试验机。其好处有二 ： 一方面 ， 这种试 验 机 的 刚度非 常 大 ， 能 够 承 受 住 更 大 的压 迫 和 压 强 而 不 至于损坏 ； 另一方面 ， 由于 承 受 力 变 大 ， 这 种 试 验 机
２ ． １岩 石 抗 压 强 度 与 矿 物 成 分 的 关 系
岩石 是 由多 种 矿 物 组成 的 ， 不 同矿 物 使 用 不 同 组 成方 法都 会 对岩石 的抗压 强 度 产 生不 同的 影 响 。其 中 最重要的矿物包括石英、 水 云母 、 方解石 以及含沙量 。 实验表明， 岩石抗压强度 与构成岩石 的不 同矿物成 分 有关 ， 尤其是石英 、 方解石含量以及其含沙量都是有一 定相 关性 的 ， 而且 这 种 相关 性 是 正 向 的 。而 与水 云 母 的含量相关性却不大 ， 而且是成线性负相关的关系。 当然 ， 岩 石 的抗 压 强 度 与 其 结 晶 粒 子 也 有 很 大 关 系， 而且是呈现 出负相关 的情况。岩石 的结晶粒子越 小， 抗压 强 度 越 大 。细 粒 的 岩 石 ， 其 分 子 结 构 较 为 紧 密， 其抗 压程 度 就 会 提 升 。而 火 成 岩 和 变 质 岩 的晶 体
3总结岩石的抗压强度与其矿物成分有一定相关而存在着软弱结构面的岩石强度的决定因素主要包括软弱结构面的强度和产生情况胶结物以及其胶结情况对于岩石的强度都有着十分巨大的影响岩石的含沙量和含水量对其强度的影响也十分明显
对岩石 推 强 度与 不同 影响因 素的 关系
吴铭 （ 河 北 煤 田地 质 研 究 所 ， 河北 邢 台 ０ ５ ４ ０ ２ ２ ）