第一章 绪论

岩石和岩体都是岩体力学的直接研究对象。但在岩体力学中，这是两个既有联系又有区别的两个基本概念。

所谓岩石就是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体；所谓岩体则是指在一定的地质条件下，含有诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面的复杂地质体。岩石就是指岩块，在一般情况下，不含有地质结构面。

因此，岩石和岩体的力学性质也是不同的，前者可在实验室条件下进行试验，而后者一般在野外现场的实验场地完成实验。从实验的精确度来看，后者更接近岩体的实际情况，反映了岩体的实际强度，前者则相差甚远。

第二章 岩石的基本物理力学性质

（一）岩石的基本物理性质

这部分内容比较直观、容易掌握，但要注意各性质指标的定义和归类，避免引起混淆。为便于记忆，列出基本物理力学性质的归类树，读者应将对应的公式（或注释）填充。

岩浆岩 １．岩石（按地质成因） 沉积岩

变质岩

２．岩体＝岩石（或岩块）＋结构面

天然密度

饱和密度 密度 （1）质量指标 干密度 比重 孔隙比 （2）孔隙性 孔隙率 相关式 ３．岩石的基本物理性质 含水量 含水性质 吸水率 （3）水理性质 渗透性 软化系数 （4）抗风化指标 耐崩解性指数 自由膨胀率 膨胀性 侧向约束膨胀率

膨胀压力

（二）岩石的强度特性

1． 强度试验基本内容

单向抗压强度试验 直接法 圆盘劈裂法 单向抗拉强度 间接法 三点弯曲法 点荷载试验法 抗剪断试验 抗剪强度 抗切试验

常规三轴?1??2??3 三轴抗压强度

真三轴?1??2??3

2． 单向抗压强度试验

（1）试件：直径D＝50mm?0.3mm；高H=(2～2.5)D?0.3mm；两端法线与试件轴线偏差不大于0.25；端面不平整度不大于0.5mm。

（2）单向抗压强度 ??0P AP－岩石试件无侧限条件下的破坏载荷 A－试件承载面积

（3）试件破坏形态

圆柱单向压缩有两种可能的破坏形态：圆锥形破坏和圆柱形劈裂破坏（见图２-1）

（a）圆锥形破坏 （b）柱状劈裂破坏 图２-1 单轴压缩破坏形态

破坏原因：

①圆锥形破坏形状是由于试件两端与试验机承压板之间摩擦力增大造成的。

②柱状劈裂破坏，如图２-1b所示。若采用有效方法消除岩石试件两端面的摩擦力，则试件的破坏形态成为柱状劈裂破坏。

（4）试件单向抗压强度的主要影响因素

①试验机铁板的刚度；②试件的形状；③试件的尺寸；③试件的高径比；④加载速度 3. 单向抗拉强度试验 （1）直接拉伸法

对岩石试件直接施加拉力至破坏，抗拉强度为?t?P A式中：P－试件破坏时承受的最大压力；A－与拉力垂直的横截面积。 （2）圆盘劈裂法

①试件：直径D=50mm，厚度??25mm。加工要求同单向拉压强度试验 ②加载方式见图２-２

③岩石抗拉强度?t?2P，其中：P－试件劈裂时的最大荷载；其它符号同前 ?D?

1. 承压板 2. 试件 3.钢丝 图２-2 劈裂试验加载示意图

（3）点荷载试验法

①试件 该试验方法最大的特点是可利用现场取得的任何从形状的岩块，可以是5cm的钻孔岩芯，也可以是开挖后掉落下的不规则岩块，不作任何岩样加工直接进行试验。

②加载与强度换算 施加点荷载，点荷载强度指数I可按下式求得：

I?P/D2(MPa)

式中：P－试件破坏的极限荷载；D－荷载与施加点之间的距离。 点荷载强度指数与岩石抗拉强度之间的关系如下：

Rt?0.96P/D2

要求：15个试件，最终按其平均值求得其强度指数并推算出岩石的抗拉强度。 4。抗剪强度试验

岩石的抗剪强度有三种：抗剪断强度、抗切强度和弱面抗剪强度（包括摩擦试验）这三种强度试验的受力条件不同，其示意图见图２-3。

图２-3 岩石的三种受剪方式示意图 重点应放在室内岩石抗剪切强度的试验上。 （1）室内抗剪试验试件 正六面体50mm?50mm?50mm,加工精度同单向压缩试件。 （2）加载方式

一般用楔行剪切仪，其主要装置如图２-4所示。 （3）岩石的抗剪断强度

??N/F?P?cos??fsin??/F

????Q/F?Psin??fcos?/F式中：?,?－剪切面上的正应力和剪应力；F－剪切面面积；?－试验模具的夹角；

P－压力机施加的总压力；f－圆柱形滚子与上下盘压板的摩擦系数。

图２-4 岩石抗剪断试验

（4）岩石剪切强度曲线的确定

用不同?的模具进行试验一般?为30至70，分别按上式求出相应的?,?值，再在

???坐标上做出其曲线，常岩石的强度曲线，如图２-5所示，通常把它简化为直线，并建立如下方程

???.tan??c

式中：tan?－岩石的抗剪断摩擦系数；c－岩石的粘结力（内粘聚力）

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