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第7章 岩石的基本力学性质 ; 水利水电工程中，存在着与岩石强度密切相关的问题，如岩基的承载力，岩坡稳定性，地下洞室开挖洞周围岩石(围岩)的应力分布及其稳定等。 岩体是一个复杂的地质体，它的强度不仅与组成岩体的岩石性质有关，而且与岩体内的软弱结构面(节理、裂隙、层理、断层等)有关，此外还与岩体所受应力状态有关。 软弱结构面常常是岩体最薄弱的地方，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。岩体的强度决定于这些岩块的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试件的力学性质上。通常所讲的岩石强度，一般是指岩石试件的强度，它实际上代表岩体内岩块的强度。 ;脆性破坏 大多数坚硬岩石在一定的条件下都表现出脆性破坏的性质。这些岩石在荷载作用下没有显著觉察的变形就突然破坏。产生这种破坏的原因可能是岩石中裂隙的发生和发展的结果。 塑性破坏 在两向或三向受力情况下，岩石在破坏之前的变形较大，没有明显的破坏荷载，表现出显著的塑性变形、流动或挤出，这种破坏即为塑性破坏。塑性变形是岩石内结晶晶格错位的结果。 ;弱面剪切破坏 在荷载作用下，岩层中存在节理、裂隙、层理、软弱夹层等软弱结构面上的剪应力大于该面上的强度时，岩体就产生沿着弱面的剪切破坏，从而使整个岩体滑动。图7-1为几种破坏形式;岩石的抗压强度是岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限值，它在数值上等于破坏时的最大压应力。岩石的抗压强度一般在实验室内用压力机进行加压试验测定的。 试件通常用圆柱形(钻探岩心)或立方柱状(用岩块加工)。试件的断面尺寸，圆柱形试件采用直径D=5cm，也有采用D=7cm的；立方柱状试件，采用5×5cm或7×7cm。试件的高度h应当满足下列条件： 圆柱形试件： h=(2~2.5)D 立方柱形试件 ： h=(2~2.5)( A)1/2 这里D为试件的横断面直径，A为试件的横断面积 ;试验结果按右式计算抗压强度： ;表7-1 岩石的单轴抗压强度和抗拉强度;(1) 结晶程度和颗粒大小：岩石的结晶程度和颗粒大小对其抗压强度的影响是显著的。结晶岩石比非结晶岩石强度高，细粒结晶的岩石比粗粒结晶的岩石强度高。 （2）胶结情况：对沉积岩来说，胶结情况和胶结物对强度的影响很大。石灰质胶结的岩石强度较低，而硅质胶结的具有很高的强度，泥质胶结的岩石强度最低，软弱岩石往往属于这类。以粘土颗粒而论，由硅质胶结的泥板岩的强度可达200MPa，而由泥质胶结的泥质页岩的强度最高也不会超过100MPa。 ;（3）矿物成分：不同矿物组成的岩石，具有不同的抗压强度，这是由于矿物本身的特点，不同的矿物有着不同的强度。 （4）生成条件：岩石的生成条件直接影响着岩石的强度。在岩浆岩结构中，形成具有非结晶物质，则就要大大地降低岩石的强度。 （5）水的作用：水对岩石的抗压强度起着明显的影响。由于水分子的侵入改变了岩石物理状态，削弱了粒间联系，使强度降低。其降低程度取决于孔隙和裂隙的状况、组成岩石的矿物成分的亲水性和水分含量、水的物理化学性质等。 ;（6）块体密度的影响：块体密度也常常是反映强度的因素，如石灰岩的块体密度从1500kg/m3增加到2700kg/m3，其抗压强度就由5 MPa增加到180MPa。 （7）风化作用：风化作用对岩石的强度有重要影响。例如，未风化的花岗岩的抗压强度一般超过100MPa，而强风化的花岗岩的抗压强度可降至4MPa。 ; (8)试验方法：主要影响因素有试件形状、尺寸、岩样加工程度、压力机的加压板和岩样的加压面之间的接触情况、加荷速率等等。 (9）加荷速率对岩石强度也有影响，因为快速的加荷方式就具有动力的特性。加荷速率增加，其抗压强度也就增大。 ;岩石的抗拉强度是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值，它在数值上等于破坏时的最大拉应力。 岩石的直接抗拉试验的试件如图7-5所示。 在试验时将这种试样的两端固定的拉力机上。 然后对试样施加轴向拉力直至破坏，算出试样的抗拉强度： ;目前常用混凝土试验中的劈裂法测定岩石的抗拉强度。 试件多用圆柱体和立方体。试验时沿着圆柱体的直径方向施加集中荷载，这可以在试件与上、下承压板接触处各放一根钢丝来实现。这样试件受力后就有可能沿着受力的直径裂开;岩石的抗剪强度是岩石抵抗剪切滑动的能力 根据莫尔一库仑强度理论，岩石的抗剪强度可用凝聚力c和内摩擦角来表示，它们可以通过室内外的剪切试验确定。 岩石的剪切试验可分为抗剪断试验、抗剪试验(或称摩擦试验)以及抗切试验(在剪切面上不加法向荷载的情况下剪切)三种。 决定抗剪断(抗剪)强度的方法可分为室内和现场两大类。室内试验常用直接剪切仪(直接剪切试验)、楔形剪切仪(楔形剪切试验)、三轴压缩仪(三轴