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四川大学岩石力学3.ppt

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第三章 岩石的强度 Chapter 3 Strength of Rock,目的:学习岩石强度概念及其工程实际意义;概述岩石破坏的几种主要形式及特点和岩石材料特性。要求:掌握岩石的破坏形式与岩石材料之间的关系,岩石强度的测试方法与计算公式。,重点:影响岩石抗压强度的因素分析、补充的非标准岩样的抗压强度换算及测试方法。用劈裂法测定抗拉强度的理论解释。,难点:牢记并理解和掌握各种计算强度的公式、参数含义及单位。。,学习提示 Learning Hints,§3.1 概述,岩体边坡→稳定性评价 ,加固处理(锚固、浇注、抗滑桩设计),重要性(涉及工程的安全性和经济性),地下洞室 开挖和运行过程中的围岩稳定,坝基稳定(拱坝坝肩、重力坝坝基),节点数16240 单元数14702,§3.1 概述,岩石的强度包括岩块的强度和结构面的强度,以及耦合效益+地质环境因素影响(地应力、地下水等)。,复杂性,§3.2 岩石的破坏形式,岩石发生破坏时,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) 。,脆性破坏,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。,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。,沿软弱结构面(原生)剪切破坏,§3.2 岩石的破坏形式,沿软弱结构面(原生)剪切破坏,脆性破坏,塑性破坏,§3.3 岩石的单轴抗压强度,概念:岩石试件在单轴压力(无围压而轴向加压力)下抵抗破坏的极限能力或极限强度,数值上等于破坏时的最大压应力。,§3.3 岩石的单轴抗压强度,3.3.1 单轴抗压实验装置,普通岩石三轴压力机,长江500型 最大轴压500T,围压1250K/cm,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,承载力下降时,系统释放大量能量,急速岩样破坏,使岩样在瞬间破坏(0.1-0.5s),这种失稳破坏造成试验的不完整性,很难获得理想的全应力~应变曲线。,MTS815岩石与混凝土高温高压试验系统(美国),§3.3 岩石的单轴抗压强度,刚性压力机,3.3.1 单轴抗压实验装置,3.3.2 单轴抗压强度,根据《水利水电工程岩石试验规程》:,§3.3 岩石的单轴抗压强度,,破裂角=,3.3.2 岩石的单轴抗压强度,§3.3 岩石的单轴抗压强度,矿物成分,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,§3.4 岩石的抗拉强度,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。,3.4.1 试验方法,§3.4 岩石的抗拉强度,直接拉伸法,§3.4 岩石的抗拉强度,劈裂法(巴西法),一般来说,岩石:,3.4.1 试验方法,§3.5 岩石的抗剪强度,3.5.1 基本概念,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。,§3.5 岩石的抗剪强度,3.5.1 基本概念,抗剪断强度,——完整岩块、岩石被剪断时,表现出的“抵抗剪切破坏”的强度。,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“摩擦阻力”,岩石实体抗剪断 ;岩体中软弱结构面抗剪; 砼与基岩胶结面抗剪强度(砼坝建基面);,工程上三种实验,§3.5 岩石的抗剪强度,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(三轴压缩试验)测定岩石的抗剪断(抗剪)指标。现场试验主要以直接剪切试验为主,有时也可做三轴强度试验。,§3.5 岩石的抗剪强度,3.5.2 室内试验方法,直剪试验,仪器:岩石直剪仪,§3.5 岩石的抗剪强度,3.5.2 室内试验方法,直剪试验,失稳阶段,晶格滑移,裂纹发展、增长阶段,弹性阶段,裂纹产生,§3.5 岩石的抗剪强度,3.5.2 室内试验方法,直剪试验,——库伦Coulomb方程,§3.5 岩石的抗剪强度,3.5.2 室内试验方法,直剪试验,峰值强度曲线,残余强度曲线,§3.5 岩石的抗剪强度,3.5.2 室内试验方法,优点:简单方便、无需特殊设备,采用普通岩石压力机即可。,缺点:试件较小,不易反映岩石裂缝、层理等结构面;剪切面上的受力不均匀等。,§3.5 岩石的抗剪强度,3.5.2 室内试验方法,楔形剪切(交角剪)试验,,,§3.5 岩石的抗剪强度,3.5.2 室内试验方法,楔形剪切(交角剪)试验,采用不同的α角进行试验,则每个α对应一组σ和τf。,当σ变化范围较大时,σ~τf为曲线关系,当σ10MPa时, σ~τf可视为直线,求得c、 。,§3.5
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