03第3次课-岩石的力学性质-强度性质.pptVIP

岩体力学 专 业: 采矿工程 授课教师: 秦 涛 电话岩石的基本物理性质 2.4 岩石的力学性质 岩石的性质与组成岩石的矿物颗粒以及其间的胶结物性质有关。分为固结性岩石和松散性岩石。 固结性岩石：矿物颗粒是固结在一起的，如基岩。 松散性岩石：颗粒间的结合力破坏，如粘土，砂土等。 岩石的力学性质 强度特性：岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够 承受的最大应力。 变形性质：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积） 变化。 岩石的力学性质 工程师对材料提出两个问题 1 最大承载力——许用应力[ ] ？ 2 最大允许变形——许用应变[ ]？ 本节讨论[ ]问题 强度：材料受力时抵抗破坏的能力。 一 岩石的单轴抗压强度 2.试验方法 (钻机) 非标准试件的对试验结果的影响及其修正 3.实验原理 4.影响单轴抗压强度的主要因素 （1）承压板端部的摩擦力及其刚度（加垫块的依据） （2）试件的形状和尺寸 形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工 尺寸：大于矿物颗粒的10倍； φ50的依据 高径比：研究表明；L/D≥(2.5－3)较合理 （3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高 我国规定加载速度为0.5～0.8MPa/s （4）环境 含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的2－3倍。 温度：180℃以下不明显：大于180℃，温度越高强度越小。 二 岩石的抗拉强度 定义：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破 坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的 单轴抗拉强度(Tensile strength)。 试件在拉伸荷载作用下的破 坏通常是沿其横截面的断裂破坏。 1.直接拉伸试验加载和试件示意图 计算公式：破坏时的最大 轴向拉伸荷载(Pt)除以试件 的横截面积(A)。即： σt=Pt/A 直接拉伸试验加载和试件示意图－限制性 2. 间接方法 （2）劈裂法（巴西法） a.试件:为一岩石圆盘，加载方式如图所示。实际上荷载是沿着一条弧线加上去的，但孤高不能超过圆盘直径的1/20。 b.应力分布：圆盘在压应力的作用下，在边缘处，沿圆盘直径y—y的应力分布和x—x方向均为压应力。而离开边缘后，沿y—y方向仍为压应力，但应力值比边缘处显著减少。并趋于均匀化；x—x方向变成拉应力。并在沿y—y的很长一段距离上呈均匀分布状态。 c.破坏原因：由于岩石的抗拉强度很低，所以试件还是由于x方向的拉应力而导致试件沿直径的劈裂破坏。破坏是从直径中心开始，然后向两端发展，反映了岩石的抗拉强度比抗压强度要低得多的事实。 （3）点荷载试验法 三 岩石的抗剪强度 定义 岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度（Shear strength）。所能抵抗的最大剪应力常用 表示 1 四种典型的非限制性剪切强度试验： a.单面剪切试验， b.冲击剪切试验, c.双面剪切试验， d.扭转剪切试验， 1）非限制性剪切强度记为So计算公式： （a）单面剪切试验 So=Fc/A （b）冲击剪切试验 So=Fc/2πra r-冲击孔半径 a-试件厚度 （c）双面剪切试验 So=Fc/2A （d）扭转剪切试验 So=16Mc /πD3 式中：Mc—试件被剪断前达到的最大扭矩（N?m） D—试件直径（m） 2 四种典型的限制性剪切强度试验 a.直剪仪（剪切盒）压剪试验（单面剪） b.立方体试件单面剪试验 c.试件端部受压双面剪试验 d.角模压剪试验（变角剪切试验） 1）Hoek直剪仪试验装置 2）角模压剪试验及受力分析示意图 在压力P的作用下，剪切面上可分解为: a.沿剪切面的剪应力Psinα/A b.垂直剪切面的正应力Pcosα/A 3）限制性剪切强度试验结果及其分析 ①试验结果：剪切面上正应力越大，试件被剪破坏前所能承受的剪应力也越大。 原因：剪切破坏一要克服内聚力，二要克服摩擦力，正应力越大，摩擦力也越大。 将破坏时的剪应力和正应力标