岩石力学课程学习教案.pptx

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1、会计学1岩石岩石(ynsh)力学课程力学课程第一页，共102页。3.1 3.1 概述概述概述概述(i sh)i sh)qq强度强度强度强度(qingd)(qingd)的概念的概念的概念的概念中文：强度中文：强度英文：英文：strength定义：材料定义：材料(cilio)或结构在不同的环境条件下承受外载或结构在不同的环境条件下承受外载荷的能力，也可定义为材料荷的能力，也可定义为材料(cilio)在经受外力或其他作在经受外力或其他作用时抵抗破坏的能力。用时抵抗破坏的能力。岩石的强度：岩石的强度：第1页/共102页第二页，共102页。3.1 3.1 概述概述概述概述(i sh)i sh)qq 重要

2、性（涉及重要性（涉及重要性（涉及重要性（涉及(shj)(shj)工程的安全性和经济工程的安全性和经济工程的安全性和经济工程的安全性和经济性）性）性）性）o高坝等水工建筑物造在岩基上，岩基受到很大荷载，岩基是否能承受这么大的荷载呢?o高边坡陡峻矗立，它会不会发生坍滑呢?o在岩体内开挖地下洞室，例如开挖水工隧洞(su dn)、修建地下电站，洞周围岩石(围岩)的应力增大，围岩会不会破坏呢?这一系列问题都与岩石的强度有密切关系。因此，这一系列问题都与岩石的强度有密切关系。因此，研究岩石的破坏形式以及岩石抵抗外力破坏的能力研究岩石的破坏形式以及岩石抵抗外力破坏的能力岩石的强度，具有重要意义。岩石的强度，

3、具有重要意义。第2页/共102页第三页，共102页。大岗山水电站高边坡大岗山水电站高边坡3.1 3.1 概述概述概述概述(i sh)i sh)88岩体边坡岩体边坡岩体边坡岩体边坡稳定性评价稳定性评价稳定性评价稳定性评价(pngji)(pngji)，加固处理（锚固、浇注、抗滑桩设计），加固处理（锚固、浇注、抗滑桩设计），加固处理（锚固、浇注、抗滑桩设计），加固处理（锚固、浇注、抗滑桩设计）qq 重要性（涉及重要性（涉及重要性（涉及重要性（涉及(shj)(shj)工程的安全性和经工程的安全性和经工程的安全性和经工程的安全性和经济性）济性）济性）济性）88地下洞室地下洞室地下洞室地下洞室 开挖和运行

4、过程中的围岩稳定开挖和运行过程中的围岩稳定开挖和运行过程中的围岩稳定开挖和运行过程中的围岩稳定88坝基稳定（拱坝坝肩、重力坝坝基）坝基稳定（拱坝坝肩、重力坝坝基）坝基稳定（拱坝坝肩、重力坝坝基）坝基稳定（拱坝坝肩、重力坝坝基）节点数节点数16240单元数单元数14702武都重力坝坝基武都重力坝坝基第3页/共102页第四页，共102页。3.1 3.1 概述概述概述概述(i sh)i sh)qq 复杂性复杂性复杂性复杂性 岩块岩块(完整岩石完整岩石)转化为多节理岩转化为多节理岩体的过渡，突出表明体的过渡，突出表明(biomng)了决定岩体强度的难度。了决定岩体强度的难度。显然，岩体的强度不仅与组成

5、显然，岩体的强度不仅与组成岩体的岩石的性质有关，而且岩体的岩石的性质有关，而且与岩体内的结构面与岩体内的结构面(节理、裂隙节理、裂隙、层理、断层等、层理、断层等)有关；此外，有关；此外，还与其所受的应力状态有关。还与其所受的应力状态有关。第4页/共102页第五页，共102页。3.1 3.1 概述概述概述概述(i sh)i sh)结构面特别是软弱结构面是岩体结构面特别是软弱结构面是岩体最薄弱的地方，几组软弱结构面最薄弱的地方，几组软弱结构面将岩体分割成各种形状和大小不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。些岩块的强度和结构

6、面的强度。当然，岩块本身也有一些微结构当然，岩块本身也有一些微结构面，但这些微结构面甚小，肉眼面，但这些微结构面甚小，肉眼不易觉察，一般不影响不易觉察，一般不影响(yngxing)供室内外试验用的完整岩石供室内外试验用的完整岩石的试件。的试件。qq 复杂性复杂性复杂性复杂性第5页/共102页第六页，共102页。3.1 3.1 概述概述概述概述(i sh)i sh)qq 复杂性复杂性复杂性复杂性 岩石的强度包括岩块岩石的强度包括岩块的强度和结构的强度和结构(jigu)面的强度，以及耦合面的强度，以及耦合效应地质环境因素效应地质环境因素影响（地应力、地下影响（地应力、地下水等）。水等）。第6页/共

7、102页第七页，共102页。3.2 3.2 岩石的破坏岩石的破坏岩石的破坏岩石的破坏(phui)(phui)形式形式形式形式 岩石发生破坏(phui)时，变形很小，明显声响，一般发生在单轴或低围压坚硬岩石（岩爆）。qq 脆性脆性脆性脆性(cuxng)(cuxng)破坏破坏破坏破坏 破坏时，变形较大，有明显的“剪胀”效应，一般发生在较软弱岩石或高围压坚硬岩石。qq 塑性破坏塑性破坏塑性破坏塑性破坏 由于岩层中存在节理、裂隙、层理、软弱夹层等软弱结构面，岩层整体性受到破坏；在外荷载作用下，当结构面上的剪应力大于该面上的强度时，岩体发生沿弱面的剪切破坏。qq 沿软弱结构面（原生）剪切破坏沿软弱结构面

8、（原生）剪切破坏沿软弱结构面（原生）剪切破坏沿软弱结构面（原生）剪切破坏第7页/共102页第八页，共102页。3.2 3.2 岩石的破坏岩石的破坏岩石的破坏岩石的破坏(phui)(phui)形式形式形式形式qq 沿软弱沿软弱沿软弱沿软弱(runru)(runru)结构面（原生）剪结构面（原生）剪结构面（原生）剪结构面（原生）剪切破坏切破坏切破坏切破坏qq 脆性脆性脆性脆性(cuxng(cuxng)破坏破坏破坏破坏qq 塑性破坏塑性破坏塑性破坏塑性破坏返回第8页/共102页第九页，共102页。3.3 3.3 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴

9、抗压强度 概念：岩石试件在单轴压力（无围压而轴向加压力）下概念：岩石试件在单轴压力（无围压而轴向加压力）下抵抗破坏的极限能力或极限强度，数值上等于抵抗破坏的极限能力或极限强度，数值上等于(dngy)破坏时的最大压应力。破坏时的最大压应力。意义：衡量意义：衡量(hng ling)岩块基本力学性质的重要指标；岩体工程分类岩块基本力学性质的重要指标；岩体工程分类、建立岩体破坏判据的重要指标；用来大致估算其、建立岩体破坏判据的重要指标；用来大致估算其他强度参数他强度参数。第9页/共102页第十页，共102页。3.3 3.3 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴抗压

10、强度的单轴抗压强度3.3.1 单轴抗压实验单轴抗压实验(shyn)装置装置qq 普通普通普通普通(ptng)(ptng)岩石三轴岩石三轴岩石三轴岩石三轴压力机压力机压力机压力机 长江长江500型型 最大轴压最大轴压500T，围压，围压1250K/cm 缺点：系统刚度低，试验中自身变形缺点：系统刚度低，试验中自身变形大，吸收大量能量，在岩样屈服，承大，吸收大量能量，在岩样屈服，承载力下降时，系统释放大量能量，岩载力下降时，系统释放大量能量，岩样急速破坏，使岩样在瞬间破坏（样急速破坏，使岩样在瞬间破坏（0.1-0.5s），这种失稳破坏造成试验的），这种失稳破坏造成试验的不完整性，很难获得理想的全应

11、力不完整性，很难获得理想的全应力应变曲线。应变曲线。第10页/共102页第十一页，共102页。MTS815MTS815岩石与混岩石与混岩石与混岩石与混凝土高温凝土高温凝土高温凝土高温高压试验高压试验高压试验高压试验系统（美系统（美系统（美系统（美国）国）国）国）3.3 3.3 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴抗压强度qq 刚性刚性刚性刚性(n(n xn)xn)压力机压力机压力机压力机MTSMTSMaterials Testing SolutionMaterials Testing Solution提高提高提高提高试验试验试验试验机的机的机

12、的机的系统系统系统系统刚度刚度刚度刚度 配置配置配置配置先进先进先进先进的闭的闭的闭的闭环控环控环控环控制系制系制系制系统统统统 3.3.1 单轴抗压实验单轴抗压实验(shyn)装置装置第11页/共102页第十二页，共102页。3.3.2 单轴抗压强度单轴抗压强度(kn y qin d)根据水利水电工程岩石根据水利水电工程岩石根据水利水电工程岩石根据水利水电工程岩石(ynsh)(ynsh)试验规程：试验规程：试验规程：试验规程：3.3 3.3 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴抗压强度破裂角破裂角破裂角破裂角第12页/共102页第十三页，共

13、102页。qq 点荷载点荷载点荷载点荷载(hzi)(hzi)试验试验试验试验3.3 3.3 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴抗压强度3.3.2 单轴抗压强度单轴抗压强度(kn y qin d)第13页/共102页第十四页，共102页。3.3.2 单轴抗压强度单轴抗压强度(kn y qin d)3.3 3.3 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴抗压强度常见常见常见常见(chn jin)(chn jin)岩石的抗压强度岩石的抗压强度岩石的抗压强度岩石的抗压强度 岩石名称岩石名称岩石名称岩石

14、名称抗压强度（抗压强度（抗压强度（抗压强度（MPaMPaMPaMPa）岩石名称岩石名称岩石名称岩石名称抗压强度（抗压强度（抗压强度（抗压强度（MPaMPaMPaMPa）岩石名称岩石名称岩石名称岩石名称抗压强度（抗压强度（抗压强度（抗压强度（MPaMPaMPaMPa）辉长岩辉长岩辉长岩辉长岩180300180300180300180300辉绿岩辉绿岩辉绿岩辉绿岩200350200350200350200350页岩页岩页岩页岩10100101001010010100花岗岩花岗岩花岗岩花岗岩100250100250100250100250玄武岩玄武岩玄武岩玄武岩1503001503001503001

15、50300砂岩砂岩砂岩砂岩20200202002020020200流纹岩流纹岩流纹岩流纹岩180300180300180300180300石英岩石英岩石英岩石英岩150350150350150350150350砾岩砾岩砾岩砾岩10150101501015010150闪长岩闪长岩闪长岩闪长岩100250100250100250100250大理岩大理岩大理岩大理岩100250100250100250100250板岩板岩板岩板岩60200602006020060200安山岩安山岩安山岩安山岩100250100250100250100250片麻岩片麻岩片麻岩片麻岩5020050200502005020

16、0千枚岩、片岩千枚岩、片岩千枚岩、片岩千枚岩、片岩10100101001010010100白云岩白云岩白云岩白云岩80250802508025080250灰岩灰岩灰岩灰岩20200202002020020200第14页/共102页第十五页，共102页。3.3.2 岩石岩石(ynsh)的单轴抗压强的单轴抗压强度度3.3 3.3 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴抗压强度的单轴抗压强度矿物(kungw)成分结晶程度及颗粒大小胶结情况生成条件风化作用密度试件形状和尺寸水的作用加载速率影响岩石抗压强度的因素影响岩石抗压强度的因素影响岩石抗压强度的因素影响岩石抗压

17、强度的因素第15页/共102页第十六页，共102页。3.4 3.4 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗拉强度的抗拉强度的抗拉强度的抗拉强度 概念：岩石的抗拉强度是指岩石试件在单向拉伸概念：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条件下试件达到破坏(phui)的极限值，它在数值的极限值，它在数值上等于破坏上等于破坏(phui)时的最大拉应力。时的最大拉应力。意义：衡量岩体力学性质的重要指标；用来建立意义：衡量岩体力学性质的重要指标；用来建立岩石强度判据，确定强度包络线；选择建筑石材岩石强度判据，确定强度包络线；选择建筑石材(sh ci)不可缺少的参数不可缺少的参数 第16

18、页/共102页第十七页，共102页。3.4.1 试验试验(shyn)方法方法3.4 3.4 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗拉强度的抗拉强度的抗拉强度的抗拉强度q 直接直接(zhji)(zhji)拉伸拉伸法法q 三点弯曲法三点弯曲法q 劈裂法（巴西法）劈裂法（巴西法）q 点荷载试验点荷载试验第17页/共102页第十八页，共102页。3.4.1 试验试验(shyn)方方法法3.4 3.4 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗拉强度的抗拉强度的抗拉强度的抗拉强度qq 直接直接直接直接(zhji)(zhji)拉伸法拉伸法拉伸法拉伸法第18页/共102页第十九页，共102页。3.4

19、 3.4 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗拉强度的抗拉强度的抗拉强度的抗拉强度qq 劈裂劈裂劈裂劈裂(p(p li)li)法（巴西法）法（巴西法）法（巴西法）法（巴西法）一般来说，岩石一般来说，岩石一般来说，岩石一般来说，岩石(y(ynsh)nsh)：3.4.1 试验方法试验方法第19页/共102页第二十页，共102页。qq 点荷载点荷载点荷载点荷载(hzi)(hzi)试验试验试验试验3.4 3.4 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的单轴抗拉强度的单轴抗拉强度的单轴抗拉强度的单轴抗拉强度3.4.1 试验试验(shyn)方法方法上世纪发展起来的一种简便的现上世纪发展起来的一种

20、简便的现场试验方法。场试验方法。试件：任何形状，尺寸大致试件：任何形状，尺寸大致5cm，不，不做任何加工。试验：在直接带到做任何加工。试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂破现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。坏。第20页/共102页第二十一页，共102页。qq 点荷载点荷载点荷载点荷载(hzi)(hzi)试验试验试验试验3.4 3.4 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的单轴抗拉强度的单轴抗拉强度的单轴抗拉强度的单轴抗拉强度3.4.1 试验试验(shyn)方法方法计算：计算：（式中：（式中：P试件破坏时的极限；试件破坏时的极限；D加载点试件的厚度）加载点试件的厚度）统计公式：统计公式：

21、要求要求:（由于离散性大），每组（由于离散性大），每组15个，取均值，即个，取均值，即建议：用建议：用5cm的钻孔岩芯为试件。的钻孔岩芯为试件。第21页/共102页第二十二页，共102页。3.4 3.4 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的单轴抗拉强度的单轴抗拉强度的单轴抗拉强度的单轴抗拉强度常见岩石常见岩石(ynsh)的抗拉强度的抗拉强度 岩石名岩石名岩石名岩石名称称称称抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度（MPaMPa）岩石名岩石名岩石名岩石名称称称称抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度（MPaMPa）岩石名称岩石名称岩石名称岩石名称抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度（MPaMPa）辉长岩辉长

22、岩辉长岩辉长岩15361536花岗岩花岗岩花岗岩花岗岩725725页岩页岩页岩页岩210210辉绿岩辉绿岩辉绿岩辉绿岩15351535流纹岩流纹岩流纹岩流纹岩15301530砂岩砂岩砂岩砂岩425425玄武岩玄武岩玄武岩玄武岩10301030闪长岩闪长岩闪长岩闪长岩10251025砾岩砾岩砾岩砾岩215215石英岩石英岩石英岩石英岩10301030安山岩安山岩安山岩安山岩10201020灰岩灰岩灰岩灰岩520520大理岩大理岩大理岩大理岩720720片麻岩片麻岩片麻岩片麻岩520520千枚岩、千枚岩、千枚岩、千枚岩、片岩片岩片岩片岩110110白云岩白云岩白云岩白云岩15251525板岩板岩板

23、岩板岩715715第22页/共102页第二十三页，共102页。3.4 3.4 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的单轴抗拉强度的单轴抗拉强度的单轴抗拉强度的单轴抗拉强度3.4.2 影响影响(yngxing)因因素素结构面的影响（裂隙空隙）结构面的影响（裂隙空隙）结构面的影响（裂隙空隙）结构面的影响（裂隙空隙）岩石中包含有大量的微裂隙和孔隙，岩块抗拉强度受其影响很大，岩石中包含有大量的微裂隙和孔隙，岩块抗拉强度受其影响很大，岩石中包含有大量的微裂隙和孔隙，岩块抗拉强度受其影响很大，岩石中包含有大量的微裂隙和孔隙，岩块抗拉强度受其影响很大，直接削弱直接削弱直接削弱直接削弱(xuru)(xur

24、u)了岩块的抗拉强度。相对而言，空隙对岩块抗了岩块的抗拉强度。相对而言，空隙对岩块抗了岩块的抗拉强度。相对而言，空隙对岩块抗了岩块的抗拉强度。相对而言，空隙对岩块抗压强度的影响就小得多，因此，岩块的抗拉强度一般远小于其抗压强度的影响就小得多，因此，岩块的抗拉强度一般远小于其抗压强度的影响就小得多，因此，岩块的抗拉强度一般远小于其抗压强度的影响就小得多，因此，岩块的抗拉强度一般远小于其抗压强度。压强度。压强度。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，用以表征岩石的通常把抗压强

25、度与抗拉强度的比值称为脆性度，用以表征岩石的脆性程度。脆性程度。脆性程度。脆性程度。第23页/共102页第二十四页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.1 基本概念基本概念 岩石的抗剪强度就是岩石抵抗剪切滑动的能力(nngl)，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。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。第24页/共102页第二十五页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.1

26、 基本概念基本概念qq 抗剪断抗剪断抗剪断抗剪断(jin(jin dun)dun)强度强度强度强度 完整岩块、岩石被剪断时，表现完整岩块、岩石被剪断时，表现(bioxin)出的出的“抵抗剪切破坏抵抗剪切破坏”的强度。的强度。qq 抗剪强度抗剪强度抗剪强度抗剪强度 岩石沿原生结构面或已被剪断的破裂面，剪切滑动时的岩石沿原生结构面或已被剪断的破裂面，剪切滑动时的“摩擦阻摩擦阻力力”n 岩石实体抗剪断岩石实体抗剪断；n 岩体中软弱结构面抗剪；岩体中软弱结构面抗剪；n 砼与基岩胶结面抗剪强度（砼坝建基面）；砼与基岩胶结面抗剪强度（砼坝建基面）；qq 工程上三种实验工程上三种实验工程上三种实验工程上三种

27、实验第25页/共102页第二十六页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度 决定抗剪断决定抗剪断(抗剪抗剪)强度的方法可分为室内和现场强度的方法可分为室内和现场(xinchng)两大类。两大类。室内试验常用直接剪切仪室内试验常用直接剪切仪(直接剪切试验直接剪切试验)、抗切、抗切强度、楔形剪切仪强度、楔形剪切仪/变角板剪切试验变角板剪切试验(楔形剪切试验楔形剪切试验)、三轴压缩仪三轴压缩仪(三轴压缩试验三轴压缩试验)测定岩石的抗剪断测定岩石的抗剪断(抗剪抗剪)指指标。标。现场现场(xinchng)试验主要以直接剪切试验为主，试

28、验主要以直接剪切试验为主，有时也可做三轴强度试验。有时也可做三轴强度试验。第26页/共102页第二十七页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.2 室内试验室内试验(shyn)方方法法qq 直剪试验直剪试验直剪试验直剪试验(shy(shyn)n)仪器：岩石直剪仪仪器：岩石直剪仪仪器：岩石直剪仪仪器：岩石直剪仪第27页/共102页第二十八页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.2 室内室内(sh ni)试验方法试验方法qq 直剪试验直剪试验

29、直剪试验直剪试验(shy(shyn)n)库伦库伦库伦库伦CoulombCoulomb方程方程方程方程第28页/共102页第二十九页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.2 室内试验室内试验(shyn)方法方法qq 直剪试验直剪试验直剪试验直剪试验(sh(shyn)yn)失稳阶段，晶失稳阶段，晶格滑移格滑移裂纹发展、裂纹发展、增长阶段增长阶段弹性阶段，裂弹性阶段，裂纹产生纹产生第29页/共102页第三十页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.

30、5.2 室内试验室内试验(shyn)方法方法qq 直剪试验直剪试验直剪试验直剪试验(sh(shyn)yn)峰值强度曲线峰值强度曲线峰值强度曲线峰值强度曲线残余强度曲线残余强度曲线残余强度曲线残余强度曲线第30页/共102页第三十一页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.2 室内试验室内试验(shyn)方法方法优点：优点：优点：优点：简单方便简单方便简单方便简单方便(fngbin)(fngbin)、无需特殊、无需特殊、无需特殊、无需特殊设备，采用普通岩石压力机即可设备，采用普通岩石压力机即可设备，采用普通岩石压力机即

31、可设备，采用普通岩石压力机即可。缺点：缺点：缺点：缺点：试件较小，不易反映岩石裂缝、试件较小，不易反映岩石裂缝、试件较小，不易反映岩石裂缝、试件较小，不易反映岩石裂缝、层理等结构面；剪切面上的受力层理等结构面；剪切面上的受力层理等结构面；剪切面上的受力层理等结构面；剪切面上的受力不均匀等。不均匀等。不均匀等。不均匀等。第31页/共102页第三十二页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.2 室内室内(sh ni)试验方法试验方法qq 楔形剪切（交角楔形剪切（交角楔形剪切（交角楔形剪切（交角(jio(jio jio)j

32、io)剪）试验剪）试验剪）试验剪）试验N、Q除以剪切面积除以剪切面积A第32页/共102页第三十三页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.2 室内试验室内试验(shyn)方法方法qq 楔形剪切（交角楔形剪切（交角楔形剪切（交角楔形剪切（交角(jio(jio jio)jio)剪）试验剪）试验剪）试验剪）试验 采用不同的采用不同的角进角进行试验，则每个行试验，则每个对应对应一组一组和和f。当当变变化化范范围围较较大大时时，f为为曲曲线线关关系系，当当10MPa时时，f可可视视为为直直线线，求求得得c、。第33页/共10

33、2页第三十四页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.2 室内试验室内试验(shyn)方方法法qq 三轴压缩三轴压缩三轴压缩三轴压缩(y su)(y su)试验试验试验试验真三轴试验真三轴试验真三轴试验真三轴试验OrOr常规常规常规常规(假假假假)三轴试验三轴试验三轴试验三轴试验第34页/共102页第三十五页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.2 室内室内(sh ni)试验方法试验方法qq 三轴压缩三轴压缩三轴压缩三轴压缩(y su)(

34、y su)试验试验试验试验试验步骤试验步骤先将试件施加侧压力先将试件施加侧压力3逐渐增加垂直压力逐渐增加垂直压力1；试件破坏，得到大主应力试件破坏，得到大主应力1，即获破坏应力圆；即获破坏应力圆；改变侧压力改变侧压力3，获得对应的，获得对应的1，和破坏应力圆；和破坏应力圆；第35页/共102页第三十六页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.2 室内试验室内试验(shyn)方法方法qq 三轴压缩三轴压缩三轴压缩三轴压缩(y su)(y su)试验试验试验试验 绘制试验对应绘制试验对应1和和3的应力圆（或称莫尔圆），以

35、及这些应的应力圆（或称莫尔圆），以及这些应力圆的包络线，即求得岩石的抗剪强度曲线。力圆的包络线，即求得岩石的抗剪强度曲线。第36页/共102页第三十七页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.2 室内室内(sh ni)试验方法试验方法qq 三轴压缩三轴压缩三轴压缩三轴压缩(y su)(y su)试验试验试验试验 对于三轴试验获得的应力圆，除了用正应力和剪应力表示（即对于三轴试验获得的应力圆，除了用正应力和剪应力表示（即Coulomb形式）形式）外，还可用第一、第三主应力（即外，还可用第一、第三主应力（即Mohr形式）

36、表示，即：形式）表示，即：单轴试验作为三轴试验的特殊情形。单轴试验作为三轴试验的特殊情形。单轴压缩：单轴压缩：单轴拉伸：单轴拉伸：请同学们课后进行推导证明。请同学们课后进行推导证明。第37页/共102页第三十八页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.3 现场强度现场强度(qingd)试试验验qq 现场现场现场现场(xinchng)(xinchng)岩体压缩试岩体压缩试岩体压缩试岩体压缩试验验验验注意：注意：1.加载方向与层理的关系；加载方向与层理的关系；2.剪切面一般剪切面一般70cm70cm（min:50cm50

37、cm）在平硐或坑道内进行在平硐或坑道内进行在平硐或坑道内进行在平硐或坑道内进行第38页/共102页第三十九页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.3 现场现场(xinchng)强度试强度试验验qq 现场现场现场现场(xinchng)(xinchng)直剪试验直剪试验直剪试验直剪试验(大大大大剪剪剪剪)在平硐或坑道中进行，采用双千斤顶法，从铅在平硐或坑道中进行，采用双千斤顶法，从铅在平硐或坑道中进行，采用双千斤顶法，从铅在平硐或坑道中进行，采用双千斤顶法，从铅直向和水平向进行加力。直向和水平向进行加力。直向和水平向进

38、行加力。直向和水平向进行加力。平推法：平推法：平推法：平推法：斜推法：斜推法：斜推法：斜推法：第39页/共102页第四十页，共102页。3.5 3.5 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度的抗剪强度3.5.3 现场强度现场强度(qingd)试验试验qq 现场现场现场现场(xinchng)(xinchng)岩体三轴强岩体三轴强岩体三轴强岩体三轴强度试验度试验度试验度试验 大型岩体三轴强度试验是采大型岩体三轴强度试验是采用同直剪试验一样的方法制用同直剪试验一样的方法制备试件；垂直荷载是用扁千备试件；垂直荷载是用扁千斤顶通过传力柱传到上部围斤顶通过传力柱传到上部围岩

39、产生的反力供给；侧向荷岩产生的反力供给；侧向荷载分别由载分别由x轴、轴、y轴上的两对扁千斤顶组产生轴上的两对扁千斤顶组产生。第40页/共102页第四十一页，共102页。3.6 3.6 岩石的强度岩石的强度岩石的强度岩石的强度(qingd)(qingd)理论（破坏准则）理论（破坏准则）理论（破坏准则）理论（破坏准则）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，则材料的强度应力状态等，材

40、料的危险点处于简单应力状态，则材料的强度应力状态等，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可以由简单的试验可以由简单的试验可以由简单的试验(shyn)(shyn)来决定来决定来决定来决定(单向抗压强度试验单向抗压强度试验单向抗压强度试验单向抗压强度试验(shyn)(shyn)，单向抗拉强度试验单向抗拉强度试验单向抗拉强度试验单向抗拉强度试验(shyn)(shyn)，纯剪试验，纯剪试验，纯剪试验，纯剪试验(shyn)(shyn)等等等等)。在单向应力状态下表现出脆性的岩石，在三向应力状态下在单向应力状态下表现出脆性的岩石，

41、在三向应力状态下在单向应力状态下表现出脆性的岩石，在三向应力状态下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可以可以可以(ky)(ky)具有塑性性质，同时它的强度极限也大大提高具有塑性性质，同时它的强度极限也大大提高具有塑性性质，同时它的强度极限也大大提高具有塑性性质，同时它的强度极限也大大提高；在各向压缩的情况下，岩石能够承受很大的荷载，而没；在各向压缩的情况下，岩石能够承受很大的荷载，而没；在各向压缩的情况下，岩石能够承受很大的荷载，而没；在各向压缩的情况下，岩石能够承受很大的荷载，而没有可觉察到的破坏（如在隧洞开挖后，三向应力状态转化有可觉察到的破坏（如在隧洞开挖后，三向应力

42、状态转化有可觉察到的破坏（如在隧洞开挖后，三向应力状态转化有可觉察到的破坏（如在隧洞开挖后，三向应力状态转化为平面应力状态）为平面应力状态）为平面应力状态）为平面应力状态）第41页/共102页第四十二页，共102页。3.6 3.6 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的强度理论（破坏准则）的强度理论（破坏准则）的强度理论（破坏准则）的强度理论（破坏准则）判断材料在复杂应力状态下是否破坏的理论判断材料在复杂应力状态下是否破坏的理论判断材料在复杂应力状态下是否破坏的理论判断材料在复杂应力状态下是否破坏的理论(lln)(lln)和准则。和准则。和准则。和准则。强度强度强度强度(qi(qingd)

43、ngd)理理理理论论论论研究岩石在各种应力状态下的破坏的理论和准则。研究岩石在各种应力状态下的破坏的理论和准则。研究岩石在各种应力状态下的破坏的理论和准则。研究岩石在各种应力状态下的破坏的理论和准则。岩石强度理论岩石强度理论岩石强度理论岩石强度理论第42页/共102页第四十三页，共102页。3.6 3.6 岩石的强度岩石的强度岩石的强度岩石的强度(qingd)(qingd)理论（破坏准则）理论（破坏准则）理论（破坏准则）理论（破坏准则）n 最大正应力理论（第一最大正应力理论（第一(dy)强度理论）强度理论）n 最大正应变理论（第二最大正应变理论（第二(d r)强度理论）强度理论）n 最大剪应力

44、理论（最大剪应力理论（第三强度理论第三强度理论）n 八面体剪应力理论（八面体剪应力理论（第四强度理论第四强度理论）n Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则n Griffith强度理论强度理论n Drucker-Prager强度理论强度理论古典强度古典强度理论与岩理论与岩石强度表石强度表现不符现不符第43页/共102页第四十四页，共102页。3.6 3.6 岩石的强度理论（破坏岩石的强度理论（破坏岩石的强度理论（破坏岩石的强度理论（破坏(phui)(phui)准则）准则）准则）准则）3.6.1 Mohr理论理论(lln)及及Mohr-Coulomb准则准则qq Mohr Mohr

45、理论理论理论理论(lln)(lln)理论假设：材料内某一点的破坏主理论假设：材料内某一点的破坏主要决定于它的大主应力和小主应力要决定于它的大主应力和小主应力，而与中间主应力无关，而与中间主应力无关(可研究平面应力状态可研究平面应力状态)。Mohr Mohr理论破坏准则的普遍形式：理论破坏准则的普遍形式：理论破坏准则的普遍形式：理论破坏准则的普遍形式：第44页/共102页第四十五页，共102页。3.6 3.6 岩石的强度理论岩石的强度理论岩石的强度理论岩石的强度理论(l(l ln)ln)（破坏准则）（破坏准则）（破坏准则）（破坏准则）qq Mohr Mohr理论理论理论理论(lln)(lln)3

46、.6.1 Mohr理论理论(lln)及及Mohr-Coulomb准则准则 通过不同的强度试验资料，例通过不同的强度试验资料，例如单轴拉伸、压缩、纯剪、三如单轴拉伸、压缩、纯剪、三轴试验等。可以绘制一系列的轴试验等。可以绘制一系列的莫尔圆，获得包络线。莫尔圆，获得包络线。通过绘制某点的应力状态（通过绘制某点的应力状态（1、3）绘制的莫尔圆，与包络线的）绘制的莫尔圆，与包络线的关系判断岩体的破坏状态。关系判断岩体的破坏状态。第45页/共102页第四十六页，共102页。3.6 3.6 岩石的强度理论（破坏岩石的强度理论（破坏岩石的强度理论（破坏岩石的强度理论（破坏(phui)(phui)准则）准则）

47、准则）准则）qq Mohr-Mohr-CoulombCoulomb准则准则准则准则(zhnz)(zhnz)1.基本观点基本观点(gundin)：认为岩石破坏属于剪切破坏，剪切面剪应：认为岩石破坏属于剪切破坏，剪切面剪应力超过其抗剪强度；力超过其抗剪强度；2.对于对于Mohr圆包络线，存在多种假设（抛物线、双曲线或摆线），一般认为圆包络线，存在多种假设（抛物线、双曲线或摆线），一般认为，当，当 t，与岩石力学性质符合。l强度曲线倾斜向上说明抗剪强度与压应力成正比。l受拉区闭合，说明受三向等拉应力时岩石破坏；受压区开放，说明三向等压应力不破坏l缺点:忽略了中间主应力的影响（中主应力对强度影响在15

48、%左右）l未考虑结构面影响；l不适用于拉断破坏和膨胀、蠕变破坏。第51页/共102页第五十二页，共102页。3.6 3.6 岩石的强度理论岩石的强度理论岩石的强度理论岩石的强度理论(l(l ln)ln)（破坏准则）（破坏准则）（破坏准则）（破坏准则）3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度）强度(qingd)理论理论对MC准则(zhnz)而言：将岩石视为连续均匀介质，属于宏观强度理论。对Griffith准则而言：岩石中存在许多空隙、裂缝等在外部应力作用下 缝端产生应力集中缝端扩展（破裂）串通形成宏观破坏，属于微观强度理论。第52页/共102页第五十三页，共102页。3.6 3.6

49、 岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)的强度理论（破坏准则）的强度理论（破坏准则）的强度理论（破坏准则）的强度理论（破坏准则）3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度）强度(qingd)理理论论qq 推导推导推导推导(tudo)(tudo)思路思路思路思路1.从岩石中取出任一条裂缝，简化从岩石中取出任一条裂缝，简化为椭圆裂纹（长轴为椭圆裂纹（长轴a、短轴、短轴b），外部应力场），外部应力场1、3；2.分析裂纹周边的切向应力分析裂纹周边的切向应力b，取，取bmax；3.求危险裂纹方向求危险裂纹方向（从若干条（从若干条裂纹中挑出最危险裂纹）；裂纹中挑出最危险裂纹）；4.与材料参数

50、建立联系，导出强与材料参数建立联系，导出强度准则；度准则；第53页/共102页第五十四页，共102页。按岩石力学按岩石力学按岩石力学按岩石力学(l(l xu)xu)的习惯规定，应力以压为主，以拉为负，的习惯规定，应力以压为主，以拉为负，的习惯规定，应力以压为主，以拉为负，的习惯规定，应力以压为主，以拉为负，1 2 31 2 33.6 3.6 岩石的强度理论（破坏岩石的强度理论（破坏岩石的强度理论（破坏岩石的强度理论（破坏(phui)(phui)准则）准则）准则）准则）qq 主要主要主要主要(zhyo)(zhyo)推导过程推导过程推导过程推导过程3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）