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岩石强度
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岩石强度(strength of rock)一般包括抗压强度(单轴抗压强度和三轴抗压强度)、抗拉强度、抗剪强度(包括直剪强度、双轴抗剪强度和三轴抗剪强度)，其中抗剪强度和抗压强度往往是确定岩石工程稳定性的主要因素。
基本信息
中文名
岩石强度
外文名
Strength of rock
目录
1概述
2单轴抗压强度
3抗拉强度
4抗剪强度
5岩石强度准则
折叠编辑本段概述
岩石强度包括抗压、抗拉、抗剪(断)强度及岩石破坏、断裂的机理和强度准则。室内用压力机、直剪仪、扭转仪及三轴仪，现场做直剪试验和三轴试验，以确定强度参数(凝聚力和内摩擦角)。强度准则大多采用库伦-纳维准则。这个准则假定对破坏面起作用的正应力会增加岩石的抗剪强度，其增加量与正(压)应力的大小成正比。其次采用莫尔准则，也可采用格里菲思准则和修正的格里菲思准则。
岩石在外力作用下达到破坏时的极限应力，岩石力学性质的主要属性之一。它是通过实验室内或现场的试验求得的。在岩石力学中，岩石一词是岩块和岩体的总称。岩块是指由地质构造因素割裂而成的不连续块体，是岩体的组成单元。实验室试验用的岩样就是岩块。岩体是指包括地质结构的地质体的一部分。虽然岩块和岩体具有相同的地质历史环境，经历过同样的地质构造作用，但它们的性质是有区别的。反映在强度方面，岩块的强度主要取决于构成岩石的矿物和颗粒之间的联结力和微裂隙的影响;而对岩体强度起控制作用的则是岩体中的结构面和构造特征。
折叠编辑本段单轴抗压强度
无围压岩样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度。室内单轴抗压强度试验通常在压力机上进行。现场岩体单轴抗压强度试验往往在岩柱或矿柱上进行。岩石受压后直到完全丧失其强度时的性质可用图1所示的载荷-变形全过程曲线来表示。但在普通试验机上不可能获得破坏后的曲线。因为当应力超过峰值，试验机组件本身在施压过程中所贮存的弹性能量便会释放出来，使试件受到很大的附加应变而迅速压坏，所以只能获得峰值应力以前的载荷变形曲线。70年代出现了伺服控制刚性试验机，一方面增大试验机的刚度，另方面可在试验过程中通过反馈系统控制样品的变形而求得载荷变形的全过程曲线。岩石破坏后表现出承载能力的降低，主要是样品破裂导致有效面积减少而引起的。载荷变形全过程曲线表明岩石破坏后仍具有一定承载能力这一特性，在研究岩石工程的稳定性中有重要价值。
抗拉强度
岩石样品在拉力作用下达到破坏时的极限应力值。岩石的抗拉强度远比抗压强度小，因此在岩石钻进、爆破等方面，拉伸破坏成为一种值得研究的重要现象。
岩石抗拉强度试验方法可分直接法和间接法两类。
折叠直接法
与用于金属试验的方法类似。这种试验要求夹持器不损伤试件表面，施加载荷应严格地与试件轴相平行，以免产生弯曲所导致的应力集中。
折叠间接法
此法种类较多，常用的有圆盘、圆柱体径向压裂法。圆盘径向压裂法是著名的"巴西试验"，即用一个实心圆盘，使之受径向压缩而破坏，求抗拉强度。圆柱体径向压裂法通常是用两个接触点对圆柱体加压求抗拉强度。
在工程实践中，由于岩体具有裂隙，一般不考虑抗拉强度。
折叠编辑本段抗剪强度
岩石在外力作用下达到破坏时的极限剪应力。抗剪强度试验方法包括室内试验和现场试验两类。
折叠室内试验
室内抗剪强度试验常用的方法有直接剪力试验、 扭转试验和三轴试验三种。
①直接剪力试验:这种试验特别适用于岩石结构面和软弱夹层抗剪强度的测定，装置如图2a。取一组试件分别在不同的正应力下进行试验，试验结果如图2b。图中C称为岩石的凝聚力,ф 称为岩石的内摩擦角。
图2 直接剪切试验
图2 直接剪切试验
②扭转试验:将圆柱状试件或两端为方形的柱状试件夹紧在扭转试验机上，施加扭力，最大剪应力发生在试件最外圈。
③三轴试验:天然岩体是处于三向应力状态下。在三向应力状态下的岩石强度，对于岩基承载力的计算、地下建筑物和坝工设计、褶皱和断层机理研究以及深孔钻探研究都很重要。三轴试验方法包括轴对称应力状态的普通三轴试验(σ1>σ2=σ3),真三轴试验(σ1厵σ2厵σ3),空心圆筒的压缩或扭转三轴试验。试验受力状态如图3所示。 图中粗箭头表示通过物体各个端面的压力或扭力;细箭头表示液压的压力。三轴试验需要一套专用加载装置、三轴压力室、稳压装置和变形测量设备。为了测定岩石应力达到峰值以后的应力与应变关系，必须采用伺服控制刚性压力机。现代岩石力学已逐步向地学领域发展。地壳岩石常处于高温高压状态，因而发展出高温高压三轴试验。目前国际上进行的高温高压三轴试验，侧压可达数万巴(1巴=105帕),温度高达1000℃。实验证明，随着围压的增大，岩石的强度增加并由脆性向韧性转化。图4为高压三轴试验结果(曲线上的数字为围压)。 图5为花岗岩在加载期间相对体积变化和平均压力的关系(曲线上的数字为围压)。在地壳下，温度随深度而增加，而温度对岩石强度也有很大影响。 图6是地壳中最常见的花岗岩和玄武岩的强度和温度的关系，所有曲线都是在相同的围压条件下获得的。可以看出，随着温度的增高，岩石强度下降，并由脆性向韧性转化。地壳的应变速率极低,约为10-14~1020秒-1。应变速率对岩石强度也有较大影响。 图7为岩盐在300℃、 2000巴围压下强度与应变速率的关系曲线。从图上可以看出，在高的应变速率下有明显的硬化阶段，且强度较高。随着应变速率的降低，岩石逐渐向韧性转化，强度也降低。
基本信息
中文名
岩石强度
外文名
Strength of rock
目录
1概述
2单轴抗压强度
3抗拉强度
4抗剪强度
5岩石强度准则
折叠编辑本段概述
岩石强度包括抗压、抗拉、抗剪(断)强度及岩石破坏、断裂的机理和强度准则。室内用压力机、直剪仪、扭转仪及三轴仪，现场做直剪试验和三轴试验，以确定强度参数(凝聚力和内摩擦角)。强度准则大多采用库伦-纳维准则。这个准则假定对破坏面起作用的正应力会增加岩石的抗剪强度，其增加量与正(压)应力的大小成正比。其次采用莫尔准则，也可采用格里菲思准则和修正的格里菲思准则。
岩石在外力作用下达到破坏时的极限应力，岩石力学性质的主要属性之一。它是通过实验室内或现场的试验求得的。在岩石力学中，岩石一词是岩块和岩体的总称。岩块是指由地质构造因素割裂而成的不连续块体，是岩体的组成单元。实验室试验用的岩样就是岩块。岩体是指包括地质结构的地质体的一部分。虽然岩块和岩体具有相同的地质历史环境，经历过同样的地质构造作用，但它们的性质是有区别的。反映在强度方面，岩块的强度主要取决于构成岩石的矿物和颗粒之间的联结力和微裂隙的影响;而对岩体强度起控制作用的则是岩体中的结构面和构造特征。
折叠编辑本段单轴抗压强度
无围压岩样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度。室内单轴抗压强度试验通常在压力机上进行。现场岩体单轴抗压强度试验往往在岩柱或矿柱上进行。岩石受压后直到完全丧失其强度时的性质可用图1所示的载荷-变形全过程曲线来表示。但在普通试验机上不可能获得破坏后的曲线。因为当应力超过峰值，试验机组件本身在施压过程中所贮存的弹性能量便会释放出来，使试件受到很大的附加应变而迅速压坏，所以只能获得峰值应力以前的载荷变形曲线。70年代出现了伺服控制刚性试验机，一方面增大试验机的刚度，另方面可在试验过程中通过反馈系统控制样品的变形而求得载荷变形的全过程曲线。岩石破坏后表现出承载能力的降低，主要是样品破裂导致有效面积减少而引起的。载荷变形全过程曲线表明岩石破坏后仍具有一定承载能力这一特性，在研究岩石工程的稳定性中有重要价值。
抗拉强度
岩石样品在拉力作用下达到破坏时的极限应力值。岩石的抗拉强度远比抗压强度小，因此在岩石钻进、爆破等方面，拉伸破坏成为一种值得研究的重要现象。
岩石抗拉强度试验方法可分直接法和间接法两类。
折叠直接法
与用于金属试验的方法类似。这种试验要求夹持器不损伤试件表面，施加载荷应严格地与试件轴相平行，以免产生弯曲所导致的应力集中。
折叠间接法
此法种类较多，常用的有圆盘、圆柱体径向压裂法。圆盘径向压裂法是著名的"巴西试验"，即用一个实心圆盘，使之受径向压缩而破坏，求抗拉强度。圆柱体径向压裂法通常是用两个接触点对圆柱体加压求抗拉强度。
在工程实践中，由于岩体具有裂隙，一般不考虑抗拉强度。
折叠编辑本段抗剪强度
岩石在外力作用下达到破坏时的极限剪应力。抗剪强度试验方法包括室内试验和现场试验两类。
折叠室内试验
室内抗剪强度试验常用的方法有直接剪力试验、 扭转试验和三轴试验三种。
①直接剪力试验:这种试验特别适用于岩石结构面和软弱夹层抗剪强度的测定，装置如图2a。取一组试件分别在不同的正应力下进行试验，试验结果如图2b。图中C称为岩石的凝聚力,ф 称为岩石的内摩擦角。
图2 直接剪切试验
图2 直接剪切试验
②扭转试验:将圆柱状试件或两端为方形的柱状试件夹紧在扭转试验机上，施加扭力，最大剪应力发生在试件最外圈。
③三轴试验:天然岩体是处于三向应力状态下。在三向应力状态下的岩石强度，对于岩基承载力的计算、地下建筑物和坝工设计、褶皱和断层机理研究以及深孔钻探研究都很重要。三轴试验方法包括轴对称应力状态的普通三轴试验(σ1>σ2=σ3),真三轴试验(σ1厵σ2厵σ3),空心圆筒的压缩或扭转三轴试验。试验受力状态如图3所示。 图中粗箭头表示通过物体各个端面的压力或扭力;细箭头表示液压的压力。三轴试验需要一套专用加载装置、三轴压力室、稳压装置和变形测量设备。为了测定岩石应力达到峰值以后的应力与应变关系，必须采用伺服控制刚性压力机。现代岩石力学已逐步向地学领域发展。地壳岩石常处于高温高压状态，因而发展出高温高压三轴试验。目前国际上进行的高温高压三轴试验，侧压可达数万巴(1巴=105帕),温度高达1000℃。实验证明，随着围压的增大，岩石的强度增加并由脆性向韧性转化。图4为高压三轴试验结果(曲线上的数字为围压)。 图5为花岗岩在加载期间相对体积变化和平均压力的关系(曲线上的数字为围压)。在地壳下，温度随深度而增加，而温度对岩石强度也有很大影响。 图6是地壳中最常见的花岗岩和玄武岩的强度和温度的关系，所有曲线都是在相同的围压条件下获得的。可以看出，随着温度的增高，岩石强度下降，并由脆性向韧性转化。地壳的应变速率极低,约为10-14~1020秒-1。应变速率对岩石强度也有较大影响。 图7为岩盐在300℃、 2000巴围压下强度与应变速率的关系曲线。从图上可以看出，在高的应变速率下有明显的硬化阶段，且强度较高。随着应变速率的降低，岩石逐渐向韧性转化，强度也降低。