中文名 | 岩石抗剪强度 | 外文名 | shear strength of rock |
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学 科 | 水利工程 | 领 域 | 工程技术 |
研究岩石抗剪强度的目的主要是为大坝、边坡和地下洞室岩体稳定性分析提供抗剪强度参数。获得岩石抗势强度的常规试验方法主要有直剪试验和三轴试验。
岩石直剪试验在实验室或现场进行,分为岩块(或岩体)抗剪强度试验、结构面(或软弱夹层)抗剪强度试验、混凝土与基岩接触面抗剪强度试验,现场直剪试验是测定岩体抗剪强度最常用的方法,在平硐、基坑、甚至在大口径钻孔中均可进行。试验前可预先选择破坏面的位置,(或软弱夹层)抗剪强度试验、混凝土与基岩接触面抗剪强度试验。现场直剪试验是测定岩体抗剪强度最常用的方法,在平硐、基坑、甚至在大口径钻孔中均可进行。试验前可预先选择破坏面的位置,剪切载荷可按所需要的方向施加,试验方法比较简单,因此特别适用于测定岩体软弱结构面的抗剪强度 。
岩石抗剪强度是指岩石在剪切载荷作用下破坏时所能承受的最大剪应力。
岩石抗剪强度按试验方法的不同分为岩石直剪强度和岩石三轴抗剪强度。岩石直剪强度分为抗剪断强度和抗剪(摩擦)强度。抗剪断强度指岩石受剪断破坏时的强度,抗剪(摩擦)强度则是岩石剪断后所进行摩擦试验时所具有的抗剪强度。
根据岩石试件在不同侧向压力下取得的轴向抗压强度,在剪应力与正应力的坐标系中,绘制莫尔应力圆簇和莫尔强度包络线。按莫尔——库仑准则确定岩石的三轴抗剪强度参数。岩石三轴抗剪强度试验在一定的程度上消除了直剪试验时剪切面上的应力分布不均匀的缺点,成果的规律性较好,且反映了实际岩体的受力状况。但三轴抗剪强度试验和直剪试验的意义和结果不尽相同,这主要是由于直剪试验是预先确定剪切面,而三轴抗剪强度试验破坏有主要由应力控制。
按剪切变形过程中强度的变化,抗剪强度又分峰值强度和残余强度。 前者是随着剪切变形出现的最大强度值,后者是不断变形后的最终值。在达到峰值应力后的剪切过程中,剪切面上的黏聚力破坏以及粒间咬合力减弱,因而强度降低。资用强度在峰值强度与残余强度之间 。2100433B
重庆市岩石抗剪强度参数统计分析及应用——岩土具有很强的空间变异性但又具有明显的区域性。对重庆市主城区泥岩和砂岩的抗剪强度参数的概率特征进行了统计分析。以统计得出的概型分布为先验分布,具体工程小样本参数的概型为似然函数,利用Bayes方法得到验后分...
为了分析岩体的长期力学行为,揭示断裂岩体失稳破坏的机理,对岩石断裂面的粗糙性进行了实验研究。将边长为50mm的砂岩试件,分别通过纯剪破坏方式和巴西劈裂拉破坏方式,制作出2类存在粗糙面的断裂岩石,每类选取3个试件进行剪切蠕变实验。对加载过程中的断裂岩石进行激光扫描,计算岩石断裂面的粗糙度和起伏度。实验研究表明:剪切蠕变过程中,断裂表面有粗糙化或光滑化的趋势。构成断裂岩石长期抗剪强度的机制主要有两个:一是细观凹凸体的抗剪断能力,另一个是宏观凹凸体的抗摩擦能力。无论哪种破坏方式,在加载过程中,这两种机理都是交织在一起共同作用于受载岩体上,并随时间或剪位移的增加而相互转换的,而且所发挥作用的主次也有所不同。
岩石强度抗剪强度
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。
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。
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。
a 普通三轴试验 b 三个实心活塞加压 c 空心圆筒的压缩或扭转 d 双轴实心活塞和侧限液压组成的三轴试验
现场岩体抗剪强度试验一般在平洞中进行,通常分为直剪试验和三轴试验。直剪试验较多用于软弱岩石、结构面或软弱夹层。这两种试验的方法与室内的试验方法大体相同。①现场岩体直剪试验:试件受剪面积一般不小于2500平方厘米。国际上最大的试验面积达100平方米。 这种试验较多用于软弱岩石结构面或软弱岩层。②现场岩体三轴试验:试件多为棱柱体,试验方法与室内三轴试验大体相同。
根据岩石试件在不同侧向压力下取得的轴向抗压强度,在剪应力与正应力的坐标系中,绘制莫尔应力圆簇和莫尔强度包络线。按莫尔——库仑准则确定岩石的三轴抗剪强度参数。岩石三轴抗剪强度试验在一定的程度上消除了直剪试验时剪切面上的应力分布不均匀的缺点,成果的规律性较好,且反映了实际岩体的受力状况。但三轴抗剪强度试验和直剪试验的意义和结果不尽相同,这主要是由于直剪试验是预先确定剪切面,而三轴抗剪强度试验破坏有主要由应力控制 。
岩石直剪试验在实验室或现场进行,分为岩块(或岩体)抗剪强度试验、结构面(或软弱夹层)抗剪强度试验、混凝土与基岩接触面抗剪强度试验,现场直剪试验是测定岩体抗剪强度最常用的方法,在平硐、基坑、甚至在大口径钻孔中均可进行。试验前可预先选择破坏面的位置,(或软弱夹层)抗剪强度试验、混凝土与基岩接触面抗剪强度试验。现场直剪试验是测定岩体抗剪强度最常用的方法,在平硐、基坑、甚至在大口径钻孔中均可进行。试验前可预先选择破坏面的位置,剪切载荷可按所需要的方向施加,试验方法比较简单,因此特别适用于测定岩体软弱结构面的抗剪强度 。