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岩石的基本概念与破坏形式

１．基本概念 1）岩石的强度岩石强度：在外荷载作用下，岩石抵抗破坏的能力。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。 2）岩石和岩体的重要区别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。岩石和岩体的重要区别是岩体包含若干不连续面。由于不连续面的存在岩体强度远低于岩石强度，所以工程中所关心的岩体稳定问题起决定作用的是岩体强度而不是岩石强度。

岩石的抗压强度及影响因素

岩石的抗压强度指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。岩石的抗压强度是衡量岩块基本力学性质的重要指标；是岩体工程分类、建立岩体破坏判据的重要指标；可用于大致估算其他强度参数。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)。试验结果按下式计算抗压强度：式中：Rc-----岩石单轴抗压强度(MPa)；

岩石的抗拉强度

图7-4 岩石的直接抗拉试验的试件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。和岩石的抗压强度相比较，抗拉强度的研究要少得多。这可能是直接进行抗拉强度试验比较困难，目前大多是进行各种各样的间接试验，再通过理论公式算出抗拉强度。岩石的直接抗拉试验的试件如右图所示。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。

岩石的抗剪强度

岩石的抗剪强度就是岩石抵抗剪切滑动的能力，它是岩石力学中需要研究的最重要指标之一，往往比抗压和抗拉强度更有意义。岩石的抗剪强度可用凝聚力c和内摩擦角φ来表示，它们可以通过室内外的剪切试验确定。这两个指标是沿用土力学中的术语。其实，岩石的抗剪强度，说得更确切些，应当是抗剪断强度。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。前两种试验是在试件内没有现成的破裂面条件下进行的，后一种试验可以用来确定软弱结构面上的抗剪强度。

岩石的强度准则

图7-16 三向应力状态下大理岩的强度曲线当物体处于简单的受力情况时，如杆件的拉伸和压缩处于单向应力状态等，材料的危险点处于简单应力状态，则材料的强度可以由简单的试验来决定(单向抗压强度试验，单向抗拉强度试验，纯剪试验等)。但是，岩石在外荷作用下常常处于复杂的应力状态。许多试验研究指出，岩石的强度及其在荷载作用下的性状与岩石的应力状态有着很大的关系。在单向应力状态下表现出脆性的岩石，在三向应力状态下可以具有塑性性质，同时它的强度极限也大大提高，如右图所示。

岩石的强度分析

１．均质岩体强度分析岩体大体上可分为两种情况：一种是接近均质的，例如，岩性十分软弱，以致岩体内各种软弱结构面)对岩体强度的影响甚微；又如岩体非常坚硬，但结构面远未能组成分离的块体或者结构面所处位置及产状不致造成不利于岩体稳定的情况等等。另一种是岩体的强度主要由结构面的特征所决定，例如岩石很坚硬，但结构面已将岩体切割成各种分离块体，或其产状造成不利于岩体稳定的情况等等，这些就不能把它们视作为均质岩体来强度分析了。

岩石变形性质的室内测定

岩石变形指标以及应力-应变关系，可以在实验室内测定，也可在现场测定。目前用得较多的方法是：实验室的单轴压缩试验、室内三轴试验、实验室或现场的波速测定法等，有时候还可以做弯曲试验、现场水压试验等。 1）单轴压缩试验在单轴压缩试验时，试样大多采用圆柱形，一般要求试样的直径为5cm，高度为10cm，两端磨平光滑，按照实验要求，在侧面粘贴电阻应变片，以便观测变形，然后用压力机对试样加压，见图。在任何轴向压力下都测量试样的轴向应变和侧向应变。设试样的长度为

岩石的现场变形试验

现场变形试验也称原位变形试验，它比实验室变形试验更能反映天然岩体的性质(例如裂隙、节理等地质缺陷)，所以有条件最好做这种试验。但是现场试验所需工作量大、时间长、费用高，故这种试验并不是所有工程都能采用的，一般对于一些重要的建筑物如等级高的水工隧洞、地下厂房、大坝地基，采用这种方法。 1）承压板法图7-26 承压板试验装置图试验可以在平地上或在平硐中进行，通过刚性或柔性承压板将荷载加在岩面上以测定其变形。先在已选择好的地段上，清除爆破影响深度内的破碎岩石，并且把岩面整平，然后安装油压千斤顶，通过承压板对岩面施加静荷载，定时测量岩体表面的变形。

岩石的蠕变曲线

岩石的蠕变就是指在应力不变的情况下岩石变形(或应变)随着时间t而增长的现象。工程实践发现，在岩石开挖洞室以后一段很长的时间内，支护或衬砌上的压力一直在变化的，这可解释为由蠕变的结果。岩石的蠕变曲线(曲线)： 1）花岗岩的蠕变，其特点是蠕变变形甚小，荷载施加后，在不长的时间内变形就趋稳定，这种蠕变一般可以忽略不计。 2）砂岩的蠕变，在蠕变的开始阶段，变形增长较快，以后就趋于稳定，稳定后的变形量可能比原始变形量(即t=0时的瞬时弹性变形量) 增大30～40%。由于这种蠕变最终是稳定的，所以在多数情况下可能对工程不致造成危害。

垂向自重应力与水平向自重应力

自重应力是由于地基土体本身的有效重量而产生的。研究地基的自重应力是为了确定地基土体的应力状态。计算地基中的自重应力时，一般将地基作为半无限弹性体来考虑，地基中的自重应力状态属于侧限应力状态，其内部任一水平面和垂直面上，均只有正应力而无剪应力。 1. 垂向自重应力 1）基本假定 a）水平地基→半无限空间体 b）半无限弹性地基内的自重应力只与Z有关 c）土单元没有侧向位移 2）计算公式

土的物理性质

◎请大家先区分岩土体、岩体和土体的概念岩土体是地壳的物质组成。岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成的具一定组分和结构的地质体。它赋存于一定的地质环境之中，并随着地质环境的演化和地质作用的持续，仍在不断的变化着。土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。由于岩土材料组成的复杂性，其性质在许多方面不同于其它材料，具有其特有的多变性及复杂性。 1. 土的三相物质组成图1-1土的三相组成

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