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【正文】 圓柱體 ??t =?2 pt ??DL 2 點荷載強度 I s =?pt D2 點荷載試驗 ： 抗拉強度 ??t =?KI s ~ 巖石 名稱 c 抗壓強度 (MPa) t 抗拉強度 (MPa) 摩擦角 (176。 ) 內聚力 (MPa) 巖石 名稱 c 抗壓強度 (MPa) t 抗拉強度 (MPa) 摩擦角 (176。 ) 內聚力 (MPa) 花崗巖 100~250 7~25 45~60 14~50 片麻巖 50~200 5~20 30~50 3~5 流紋巖 180~300 15~30 45~60 10~50 千枚巖、片巖 10~100 1~10 26~65 1~20 閃長巖 100~250 10~25 53~55 10~50 板巖 60~200 7~15 45~60 2~20 安山巖 100~250 10~20 45~50 10~40 頁巖 10~100 2~10 15~30 3~20 砂巖 20~200 4~25 35~50 8~40 輝長巖 180~300 15~36 50~55 10~50 礫巖 10~150 2~15 35~50 8~50 輝綠巖 200~350 15~35 55~60 25~60 石灰巖 50~200 5~20 35~50 10~50 玄武巖 150~300 10~30 48~55 20~60 白云巖 80~250 15~25 35~50 20~50 石英巖 150~350 10~30 50~60 20~60 大理巖 100~250 7~20 35~50 15~30 ? 常見巖石的抗拉強度 單軸抗拉強度 ? 影響巖石抗拉強度的因素 抗拉強度 與抗壓強度的影響因素基本相同，報告巖石本身的性質和 試驗條件。 微結構面的影響（裂隙、空隙）： 巖石中包含有大量的微裂隙和孔隙，使巖石的實際受拉面 積減小、局部拉應力集中，巖塊抗拉強度受其影響很大， 直接削弱了巖塊的抗拉強度。相對而言，空隙對巖塊抗壓 強度的影響就小得多，因此，巖塊的抗拉強度一般遠小于 其抗壓強度。 通常把抗壓強度與抗拉強度的比值稱為脆性度，用以表征 巖石的脆性程度。 ? 定義 巖石試件在三軸壓縮荷載作用下直到破 Pm A ?1m =? 壞所能承受的最大壓應力，簡稱三軸抗壓強度 （ uniaxial pressive strength）， 或限制性抗壓強度 （ confined pressive strength）（ MPa） ? 測定方法 ： ?1 ?2 =?3 ?2 =?3 triaxial pressive strength 三、三軸抗壓強度 ?1m 1 1 試驗儀器： 常規三軸壓力試驗儀和真三軸試驗儀 triaxial pressive strength 試驗儀器： TYX— 500型巖石三 軸壓力機 2. 美國 MTS公司的 MTS多功能巖石伺服試驗機 試驗類型：靜力學試驗、動力學試驗、常溫常壓試驗、高溫高壓試驗、破壞力學 試驗、全過程試驗 主要試驗項目：單軸壓縮、三軸壓縮、三點彎曲、直接拉伸、間接拉伸 特殊功能：孔隙水、滲透、彈性波、聲發射 ????????????????????? 巖石強度包絡線及巖石抗剪強度參數 巖石莫爾強度包絡線 ?? 2 在 ??????坐標系中繪制出 一組破壞應力圓及公切線， 所得到的公切線即為 巖石莫爾強度包絡線 一組試件： 4個以上巖樣 三軸壓縮試驗： (??1m , ??3 )?和 ??t 莫爾應力圓： 圓心： ?1m +???3 ???? ? ? ,0 ???????2 ???? 半徑： ?1m ????3 ????t ??t ??t o ? 1 ?1 ?1 ??c ??3 ??3 ??c ??1 ??c 莫爾強度包絡線曲線 ? 2 ??巖石抗剪強度參數 (?C , ??)?1）當圍壓大時 ,莫爾強度包絡線為曲線 ,破壞面上的內聚力和內 摩擦角并非常量。當應力低時，內摩擦角大，內聚力小；當應力 高時，內摩擦角小，內聚力大。 2）當圍壓不大時 ,莫爾強度包絡線近似直線 ,破壞面上的內聚力 和內摩擦角為常量。 ????t ??t ??t ?1 ??c ??3 ??3 ? 1 ?1 o ??c ??1 ??c 莫爾強度包絡線曲線 ????2 ?根據巖石莫爾強度包絡線，可 以得到巖石的抗剪強度參數 內聚力 C 內摩擦角 ???圍巖大小對巖石莫爾強度包絡 線和巖石的抗剪強度參數的影響： (?1m ????3 ) / 2 A ??3 o 39。 2C cos ??1 ??sin ??2 o ??????????????????o ???? 2 2 ??C ?1m ?1m ????3 ?1m、 (C,??)和 ??3之間的關系 以直線型莫爾強度包絡線為例來 研究它們之間的關系 破壞面的 內摩擦角 (υ)－－包絡線上所 有點的切線與 σ軸的夾角 破壞面的 內聚力 (C) －－包絡線所有點 2 ?1m +????3 Cctg??????????????2 直線型 莫爾強度包絡線 B ?1m ??3 =???????????????+?1 +?sin ??1 ??sin ?? 的切線在 τ軸上的截距 用 ??3 和 (??, C )?表示的巖石的三軸抗壓強度 ⊿ ABO’ sin ??=??? (?1m +???3 ) / 2 +?Cctg???1m ??3 2C cos ????1 +?sin ??1 ??sin ??1 ??sin ???1m =??3tg (45 +??) +?2Ctg(45 +??) ??c =??1m 2C cos ??1 ??sin ?? ?1m +????3 2 o ????????????????o ???? 2 2 當 ??3 =?0 =????c =??1m =?2Ctg (?45。 +???2 )?用 (C , ??)?表示的巖石單軸抗 壓強度 =??????????????+???C ?1m ?1m ????3 2 A ??3 o 39。 Cctg??????????????2 直線 型莫爾強度包絡線 B sin ??=?????????????=???t c c tg (45 ????) =??? =?????c ????t ??c ????t (?c+ ?t)/2 ????c ????t 2 ??c +???t ??c ????t ??c +???t ??=?arctg ( ) 2 ??c??t 2 1 ??sin ????????????2 o ??? ? 1 +?sin ????????????????????????2 用 ?、 ?c 表示 ?t tg??=?? ? ?2 ??c??t D o2 o1 (?c ?t)/2 ?c ?t ??c??t C A B O ?c?t 2 C =?用 ??c、 ??t 表 示 C、 ??(MPa)1mσ MPa) 1σ σ3 ( 灰巖 6 σ3 MPa) ? 影響巖石三軸抗壓強度的因素 ( 400 200 300 100 0 1000 800 600 400 200 7 蛇紋巖 9花崗巖 灰綠色塊 白云質 8 狀鋁土礦 5 大理巖 2 4砂巖 3 砂頁 巖 1硬煤 巖石自身的性質、圍壓、溫度、 濕度、空隙壓力、試件高徑比等。 圍壓對巖石三軸壓縮強度的影響： ； 增加速率，即兩者間呈非線性關系； 應變硬化 塑性 ??2 =???3 流動 塑性 ??3 =?0 脆性 ??(%) 不同圍壓下大 理巖應力－應變曲線 巖石三軸抗壓強度與圍壓的關系 ，巖塊的殘余強度很 小；圍壓增大，巖塊的殘余強度也增大。 +???抗剪斷強度 沿預定剪切面剪斷時的最大剪應力 ??=?C ??? 定義 在剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪 shear strength 四、剪切強度 ??沿次剪切破壞時的最大剪應力 ??n ??n 應力，稱為剪切強度 （ MPa） ? 組成 內聚力 C 內摩擦阻力 ??n tg???? 類 型 指試件在一定的法向應力作用下， ??=???n tg??+?C 直剪試驗、變角板剪切試驗、三軸試驗 抗切強度 指試件上的法向應力為零時，沿 ??????預定剪切面剪斷時的最大剪應力 單（雙）面剪切試驗等 摩擦強度 指試件在一定的法向應力作用下， ??=???ntg??j +?C j 已有破裂面（層面、節理等）再 摩擦試驗 一組試件： 4～ 6個巖樣 ? 抗剪斷強度 直剪試驗 圖 直 剪儀直剪試驗 按庫侖定律求巖塊的抗剪斷強 度參數 C、 υ值。 ??=??tg??+?C 剪切強度參數 (C ,??)?T N 測力計 ???? ???圖 強度包絡線曲線 C , ?值的確定示意圖 o C 變 ??=? (sin ????f cos??) ? 抗剪斷強度 變角板剪切試驗 一組試件： 4～ 6個立方體試件 參數 C、 υ值。 ??=??tg??+?C (C , ??)?剪切強度參數 變角度剪切試驗儀 ??P 3 板 4 2 角 4 1 C , υ值 的確定示意圖 強度包絡線曲線 ????o C P A (cos??+?f sin ??) 剪切面上 的應力： ??=? P A ??式中 ,p 為試件破壞時的荷載； A 為剪切面面積； ??為剪切面與水平面的夾角； f 為壓力機壓板與剪切夾具間的滾動 摩擦系數。 按庫侖定律求巖塊的剪切強度 σ1 (MPa) b 剪切強度參數： ??=?sin b(1 ??sin ??) 2cos??? 抗剪斷強度 三軸試驗 ?1 m ?1 m +?1 C =?(C , ??)?剪切強度參數 按庫侖定律求巖塊的剪切強度 參數 C、 υ值。 ??=??tg??+?C arctgm 40 300 200 100 0 10 20 30 σ3 (MPa) 巖石強度包絡線 一組試件： 4～ 6個試件 在 ?1 ??3 曲線上取最佳直線 段，求出 m, b 巖石 名稱 c 抗壓強度 (MPa) t 抗拉強度 (MPa) 摩擦角 (176。 ) 內聚力 (MPa) 巖石 名稱 c 抗壓強度 (MPa) t 抗拉強度 (MPa) 摩擦角 (176。 ) 內聚力 (MPa) 花崗巖 100~250 7~25 45~60 14~50 片麻巖 50~200 5~20 30~50 3~5 流紋巖 180~300 15~30