1、 1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：巖石物理力學(xué)性質(zhì)、巖體 強(qiáng)度、巖體變形、巖體應(yīng)力測試、巖石聲 波測試以及工程巖體觀測等 2 實(shí)驗(yàn)工作思路：在詳細(xì)了解工程規(guī)模、工 程地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)意圖、建筑物特點(diǎn)和施 工方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行，試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)方 法、試驗(yàn)數(shù)量應(yīng)與工程建設(shè)的各個(gè)勘察設(shè) 計(jì)階段的深度相適應(yīng)。 3 各階段應(yīng)符合的規(guī)定 規(guī)劃：充分參照類似工程，少量巖塊試驗(yàn)。 可研：對工程單元巖塊試驗(yàn)和現(xiàn)場巖體聲波測試 初設(shè)：定出關(guān)鍵巖石力學(xué)問題，深入試驗(yàn)研究 技施：對審后新發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)和新提出的巖石問題 以及加固處理需要，進(jìn)行專門性巖石試驗(yàn) 施工運(yùn)行：對主要建筑物部位巖體進(jìn)行原位觀 測 試驗(yàn)前收集分析地質(zhì)資料，結(jié)合設(shè)計(jì)勘察

2、編制巖 石試驗(yàn)大綱，執(zhí)行中可根據(jù)變化進(jìn)行調(diào)整修改 4 試驗(yàn)大綱內(nèi)容 工程概況及地質(zhì)條件 水工建筑物特點(diǎn)和主要巖石力學(xué)問題 試驗(yàn)?zāi)康摹⒃囼?yàn)內(nèi)容和技術(shù)要求（方法、數(shù)量等） 試驗(yàn)布置（代表性代表性） 儀器設(shè)備和人員安排 計(jì)劃進(jìn)度 提交的試驗(yàn)成果（試驗(yàn)報(bào)告） 試驗(yàn)成果的整理和分析要在了解建筑物布置方案、工程建筑類 型、持力方向、荷載大小以及地基、邊坡和地下洞室?guī)r體工程 地質(zhì)條件與設(shè)計(jì)技術(shù)要求基礎(chǔ)上，對資料逐項(xiàng)檢查核對，分析 其代表性、規(guī)律性和合理性，并按照巖體類別、工程地質(zhì)單元、 區(qū)段或?qū)游贿M(jìn)行歸類、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和綜合分析，提出試驗(yàn)成果標(biāo) 準(zhǔn)值。 5 標(biāo)準(zhǔn)值的選取 密度、單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、點(diǎn)荷載強(qiáng)度

3、、 波速等物理參數(shù)取算術(shù)平均值 巖體變形模量用原位變形試驗(yàn)成果算術(shù)平均值 軟巖承載力取極限承載力的1/3與比例界限二者的 小值，（無）取（1/5-1/10）RC飽和或三軸試驗(yàn)； 堅(jiān)硬巖、中硬巖（1/20-1/25、1/10-1/20） RC飽和 巖體抗剪斷強(qiáng)度對脆性破壞巖體取殘余和比例界 限二者的小值；塑性破壞用屈服強(qiáng)度參數(shù) 硬性結(jié)構(gòu)面抗剪斷強(qiáng)度用殘余強(qiáng)度參數(shù)平均值 軟性結(jié)構(gòu)面抗剪斷強(qiáng)度用峰值強(qiáng)度參數(shù)小值平均 巖石的強(qiáng)度是指荷載作用下巖石的抵抗破壞的能力。巖石的強(qiáng)度是指荷載作用下巖石的抵抗破壞的能力。 從廣義來分 巖石分為巖塊和巖體，談到巖石的強(qiáng) 度應(yīng)分清是巖塊的強(qiáng)度（完整巖石）和巖體（多節(jié)

4、理巖石）的強(qiáng)度。一般情況巖石的強(qiáng)度指巖石試件 實(shí)驗(yàn)所得出的，實(shí)際代表巖體內(nèi)巖塊的強(qiáng)度。 巖體的強(qiáng)度由以下三個(gè)因素決定巖體的強(qiáng)度由以下三個(gè)因素決定 1、巖石自身的強(qiáng)度。（、巖石自身的強(qiáng)度。（礦物組成和結(jié)晶狀況） 2、巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面狀況。（、巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面狀況。（節(jié)理、裂隙、層理、斷層 關(guān)系和影響程度） 3、結(jié)構(gòu)面與工程的相對關(guān)系。、結(jié)構(gòu)面與工程的相對關(guān)系。 具體是哪個(gè)因素起作用要具體情況具體分析：具體是哪個(gè)因素起作用要具體情況具體分析： A：堅(jiān)硬巖石，巖塊強(qiáng)度高，軟弱結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度低，：堅(jiān)硬巖石，巖塊強(qiáng)度高，軟弱結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度低， 巖體的強(qiáng)度由結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度和產(chǎn)狀決定。巖體的強(qiáng)度由結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度和產(chǎn)狀決定。 B

5、：巖性軟弱，巖塊強(qiáng)度低，軟弱結(jié)構(gòu)面顯的不：巖性軟弱，巖塊強(qiáng)度低，軟弱結(jié)構(gòu)面顯的不 突出，巖體的強(qiáng)度由巖石和軟弱結(jié)構(gòu)面兩者的差突出，巖體的強(qiáng)度由巖石和軟弱結(jié)構(gòu)面兩者的差 值來決定值來決定, 差值很小時(shí)，就由巖石強(qiáng)度決定。差值很小時(shí)，就由巖石強(qiáng)度決定。 C：巖體周圍受較大應(yīng)力時(shí)，與應(yīng)力方向有關(guān)，：巖體周圍受較大應(yīng)力時(shí)，與應(yīng)力方向有關(guān)， 情況復(fù)雜。情況復(fù)雜。 巖石具有不均勻特性,這是因?yàn)閹r塊內(nèi)也存在微結(jié) 構(gòu)面，所以巖石試樣結(jié)果具有分散性，一般要求 室內(nèi)試樣幾個(gè)為一組,將其所得到的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì) 分析后取值。 巖石的破壞形式分三種：脆性破壞、延性巖石的破壞形式分三種：脆性破壞、延性 破壞、弱面剪切破壞破

6、壞、弱面剪切破壞 A 脆性破壞（脆性破壞（水平面脆性、垂直面脆性、 脆性剪切破壞） 大多數(shù)堅(jiān)硬巖石在一定條件下都表現(xiàn)出脆 性破壞的性質(zhì)。也就是說，這些巖石在荷 載作用下沒有顯著覺察的變形就突然破壞。 產(chǎn)生這種破壞的原因可能是巖石中裂隙發(fā) 生和發(fā)展的結(jié)果。(地下洞室開挖洞頂?shù)膹埩严兜叵露词议_挖洞頂?shù)膹埩严? B 延性破壞延性破壞 巖石在破壞之前變形很大，且沒有明顯的破壞荷載，巖石在破壞之前變形很大，且沒有明顯的破壞荷載， 表現(xiàn)出顯著的塑性變形，流動或擠出，這種破壞稱表現(xiàn)出顯著的塑性變形，流動或擠出，這種破壞稱 為延性或韌性破壞。塑性變形是巖石內(nèi)結(jié)晶晶格錯為延性或韌性破壞。塑性變形是巖石內(nèi)結(jié)晶晶格

7、錯 位的結(jié)果。在一些軟弱巖石中這種破壞較為常見。位的結(jié)果。在一些軟弱巖石中這種破壞較為常見。 (洞室的底部巖石隆起，兩側(cè)圍巖向洞內(nèi)膨脹洞室的底部巖石隆起，兩側(cè)圍巖向洞內(nèi)膨脹) C 弱面剪切破壞弱面剪切破壞 巖體中存在著許多軟弱結(jié)構(gòu)面，細(xì)微裂隙等弱面，巖體中存在著許多軟弱結(jié)構(gòu)面，細(xì)微裂隙等弱面， 在荷載作用下，弱面上的剪應(yīng)力一旦超過弱面的抗在荷載作用下，弱面上的剪應(yīng)力一旦超過弱面的抗 剪強(qiáng)度時(shí)，巖體將弱面剪切破壞，致使巖體產(chǎn)生滑剪強(qiáng)度時(shí)，巖體將弱面剪切破壞，致使巖體產(chǎn)生滑 移。（移。（節(jié)理巖體中的地下洞室頂部巖塊崩塌，洞側(cè)巖石的節(jié)理巖體中的地下洞室頂部巖塊崩塌，洞側(cè)巖石的 滑動、巖坡沿軟弱面的失

8、穩(wěn)滑動、巖坡沿軟弱面的失穩(wěn)） 巖石的三種破壞形式巖石的三種破壞形式 試驗(yàn)表明，巖石在破壞前后的應(yīng)力試驗(yàn)表明，巖石在破壞前后的應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系比應(yīng)變關(guān)系比 金屬材料復(fù)雜得多，巖石究竟屬于脆性材料還是金屬材料復(fù)雜得多，巖石究竟屬于脆性材料還是 屬于塑性材料，這不僅取決與巖性，且受應(yīng)力狀屬于塑性材料，這不僅取決與巖性，且受應(yīng)力狀 態(tài)，地溫，受荷時(shí)間等多種因素的影響。（例：態(tài)，地溫，受荷時(shí)間等多種因素的影響。（例： 堅(jiān)硬巖石一般屬于脆性破壞，但在兩向或三向受堅(jiān)硬巖石一般屬于脆性破壞，但在兩向或三向受 力較大的情況下，或者在高溫的影響下，也可能力較大的情況下，或者在高溫的影響下，也可能 延性破壞）延性

9、破壞） 實(shí)際的荷載形式是多種多樣的，它使任何單一的實(shí)際的荷載形式是多種多樣的，它使任何單一的 巖石破壞模式都不會居主要的地位。在荷載作用巖石破壞模式都不會居主要的地位。在荷載作用 下，巖體實(shí)際的破壞情況是相當(dāng)復(fù)雜的，它可能下，巖體實(shí)際的破壞情況是相當(dāng)復(fù)雜的，它可能 是由上述的一種或多種破壞模式是由上述的一種或多種破壞模式。 巖石的抗壓強(qiáng)度是巖石試件在單軸壓力下抵抗破巖石的抗壓強(qiáng)度是巖石試件在單軸壓力下抵抗破 壞的極限能力，或極限強(qiáng)度在數(shù)值上等于破壞時(shí)壞的極限能力，或極限強(qiáng)度在數(shù)值上等于破壞時(shí) 的最大壓應(yīng)力。的最大壓應(yīng)力。（分飽和和天然狀態(tài)分飽和和天然狀態(tài)） 巖石的抗壓強(qiáng)度：現(xiàn)場取樣巖石的抗壓強(qiáng)

10、度：現(xiàn)場取樣-入實(shí)驗(yàn)室入實(shí)驗(yàn)室-樣品成型樣品成型- 試件試件-壓力機(jī)壓力機(jī)-加壓試驗(yàn)測定加壓試驗(yàn)測定-結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析-取值。取值。 試件試件圓柱形、立方形。圓柱形、立方形。 試件尺寸：圓柱形試件尺寸：圓柱形直徑直徑D=5cm、7cm 立方狀立方狀5cm5cm、7cm7cm 試件高度試件高度h應(yīng)當(dāng)滿足下列條件應(yīng)當(dāng)滿足下列條件 圓柱體：圓柱體： 立方體：立方體： 試件兩端應(yīng)當(dāng)平整光滑，端面三相平行與試件兩端應(yīng)當(dāng)平整光滑，端面三相平行與 柱體軸線垂直。對于圓柱形試件，沿試件柱體軸線垂直。對于圓柱形試件，沿試件 各截面的直徑誤差應(yīng)不大于各截面的直徑誤差應(yīng)不大于0.3mm，兩端，兩端 面不平行

11、度最大不超過面不平行度最大不超過0.05mm，試驗(yàn)時(shí)以，試驗(yàn)時(shí)以 每秒每秒0.5MPa-0.8MPa的加荷速率加荷直至的加荷速率加荷直至 試件破壞，試驗(yàn)結(jié)果按下式計(jì)算抗壓強(qiáng)度：試件破壞，試驗(yàn)結(jié)果按下式計(jì)算抗壓強(qiáng)度： Rc-巖石單軸抗壓強(qiáng)度巖石單軸抗壓強(qiáng)度(MPa) P-巖石試件破壞時(shí)的荷載巖石試件破壞時(shí)的荷載(MN) A-試件的橫斷面面積試件的橫斷面面積(m2) 表3-1 巖石的單軸抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度 影響巖石的抗壓強(qiáng)度的因素很多，這些因影響巖石的抗壓強(qiáng)度的因素很多，這些因 素可分為兩方面：素可分為兩方面： 1 巖石本身的因素，如礦物成分、結(jié)晶程度巖石本身的因素，如礦物成分、結(jié)晶程度 顆粒大小

12、、顆粒聯(lián)接及膠結(jié)情況、密度、顆粒大小、顆粒聯(lián)接及膠結(jié)情況、密度、 裂隙的特性和方向、風(fēng)化程度和含水情況裂隙的特性和方向、風(fēng)化程度和含水情況 等。等。 2 試驗(yàn)方法上的因素或人為因素，如試件形試驗(yàn)方法上的因素或人為因素，如試件形 狀、尺寸、大小，試件加工情況和加荷速狀、尺寸、大小，試件加工情況和加荷速 率等率等 各因素的影響見書中各因素的影響見書中P33-34 巖石的抗拉強(qiáng)度就是巖石試件在單軸巖石的抗拉強(qiáng)度就是巖石試件在單軸 拉力作用下抵抗破壞的極限能力。或拉力作用下抵抗破壞的極限能力。或 者說極限強(qiáng)度在數(shù)值上等于破壞時(shí)的者說極限強(qiáng)度在數(shù)值上等于破壞時(shí)的 最大拉應(yīng)力。最大拉應(yīng)力。 巖石的抗拉強(qiáng)度

13、比其抗壓強(qiáng)度低得多。巖石的抗拉強(qiáng)度比其抗壓強(qiáng)度低得多。 測定巖石抗拉強(qiáng)度有兩種方法，即直測定巖石抗拉強(qiáng)度有兩種方法，即直 接拉伸法和劈裂法（也稱巴西試驗(yàn)接拉伸法和劈裂法（也稱巴西試驗(yàn) 法）。法）。 2 劈裂法試驗(yàn)：劈裂法試驗(yàn)：劈裂法是在圓柱體試樣的直徑方 向上，施加相對的線形荷載使試樣沿該直徑平面 破壞的試驗(yàn)。試驗(yàn)采用壓力機(jī)加壓，采用直徑 D=5cm，厚度l=(0.5-1)D的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體，以 0.29MPa/s-0.49MPa/s的加載速率沿某一直徑的 兩端施加相對的壓荷載，加壓前須在直徑兩端設(shè)加壓前須在直徑兩端設(shè) 置墊條，以便壓力沿墊條成均布線荷載作用于試置墊條，以便壓力沿墊條成均布線荷載作

14、用于試 樣的厚度樣的厚度l上上，逐漸加大壓力直到試樣沿該直徑平 面裂開。 根據(jù)彈性力學(xué)知識，可以近似地計(jì)算巖樣的根據(jù)彈性力學(xué)知識，可以近似地計(jì)算巖樣的 抗拉強(qiáng)度為：抗拉強(qiáng)度為： 優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)簡單易行，僅用普通的壓力機(jī)即優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)簡單易行，僅用普通的壓力機(jī)即 可，可， 可廣泛應(yīng)用。可廣泛應(yīng)用。 缺點(diǎn)：試驗(yàn)結(jié)果與直接拉伸法存在差別。試缺點(diǎn)：試驗(yàn)結(jié)果與直接拉伸法存在差別。試 驗(yàn)可知，巖石的抗拉強(qiáng)度極限大致僅為同類驗(yàn)可知，巖石的抗拉強(qiáng)度極限大致僅為同類 巖石抗拉強(qiáng)度的巖石抗拉強(qiáng)度的1/10-1/30，最堅(jiān)硬的巖石的，最堅(jiān)硬的巖石的 抗拉強(qiáng)度也只有抗拉強(qiáng)度也只有29.6MPa左右，而許多巖石左右，而許多巖

15、石 的抗拉強(qiáng)度小于的抗拉強(qiáng)度小于1.96MPa。表。表3-1為某些巖石為某些巖石 的抗拉強(qiáng)度供參考。的抗拉強(qiáng)度供參考。 巖石的抗拉實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)原理、儀器構(gòu)造、數(shù)巖石的抗拉實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)原理、儀器構(gòu)造、數(shù) 據(jù)處理據(jù)處理 巖石抗剪強(qiáng)度是巖石抵抗剪切破壞的極限能力，常巖石抗剪強(qiáng)度是巖石抵抗剪切破壞的極限能力，常 以凝聚力以凝聚力C和內(nèi)摩擦角和內(nèi)摩擦角這兩個(gè)剪切參數(shù)表示這兩個(gè)剪切參數(shù)表示。抗剪 強(qiáng)度是巖石力學(xué)中重要的指標(biāo)之一。 工程上需要測定的抗剪強(qiáng)度大致有以下三種： 巖石巖體的抗剪強(qiáng)度巖石巖體的抗剪強(qiáng)度 巖體軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度巖體軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度 混凝土與巖石膠結(jié)面的抗剪強(qiáng)度混凝土與巖石膠結(jié)面的抗剪

16、強(qiáng)度 巖石的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)常用直剪試驗(yàn)、楔型剪切實(shí)驗(yàn)和 三軸試驗(yàn)三種，直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)其測定原理和方 法與土力學(xué)中的直剪、三軸試驗(yàn)完全相同。 1直剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn) 直剪試驗(yàn)的受力方式示意圖如下： 現(xiàn)場直接剪切實(shí)驗(yàn)示意圖 直接剪切實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)：直接剪切實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)： 1 對軟弱結(jié)構(gòu)面試樣，應(yīng)盡量保持原狀結(jié)構(gòu)，防止結(jié)對軟弱結(jié)構(gòu)面試樣，應(yīng)盡量保持原狀結(jié)構(gòu)，防止結(jié) 構(gòu)面被擾動構(gòu)面被擾動，而結(jié)構(gòu)面上下的巖石厚度，分別約為斷 面高度的1/2左右。 2 對于加工困難的試件，允許采用不規(guī)則試樣，節(jié)理加工困難的試件，允許采用不規(guī)則試樣，節(jié)理 裂隙發(fā)育的巖石，須用鐵絲捆扎并用泥漿保護(hù)裂隙發(fā)育的巖石，須用鐵絲捆扎

17、并用泥漿保護(hù)；對巖巖 塊試樣須用高強(qiáng)度的鋼筋或鋼型外框包裹塊試樣須用高強(qiáng)度的鋼筋或鋼型外框包裹。 3 試樣的數(shù)量試樣的數(shù)量：每組不得少于每組不得少于5對對(以便重復(fù)試驗(yàn))。 4 試驗(yàn)加荷方向及大小試驗(yàn)加荷方向及大小：應(yīng)使受剪面方向與建筑物的應(yīng)使受剪面方向與建筑物的 受力方向大致一致受力方向大致一致，在安裝法向和切向加荷系統(tǒng)時(shí)， 應(yīng)保證法向力和剪切力的合力通過剪切面的中心應(yīng)保證法向力和剪切力的合力通過剪切面的中心(以 免受附加矩的作用)。 5 選擇的法向應(yīng)力：一般應(yīng)大于或等于設(shè)計(jì)應(yīng)力選擇的法向應(yīng)力：一般應(yīng)大于或等于設(shè)計(jì)應(yīng)力。對 于充填夾泥的結(jié)構(gòu)面試驗(yàn)，法向應(yīng)力的選擇，以不法向應(yīng)力的選擇，以不 擠

18、出夾泥為原則擠出夾泥為原則，而法向荷重則分4-5級施加，每 5min加荷一次，加荷后立即測讀垂直變形，5min后 再測讀一次，達(dá)到預(yù)定荷重后，每5min觀測變形觀測變形一 次，直到相對穩(wěn)定開始能施加剪切荷載直到相對穩(wěn)定開始能施加剪切荷載。剪切荷載剪切荷載 亦是分級施加亦是分級施加，即每5min加荷一次，并測記加荷前 后的法向和剪切位移值。 6 剪切要求：剪切縫宜控制在剪切要求：剪切縫宜控制在0.5cm2.0cm之間之間在 試樣剪切過程中須采用恒壓裝置剪切過程中須采用恒壓裝置，使法向應(yīng)力保持使法向應(yīng)力保持 常數(shù)常數(shù)。 試驗(yàn)后計(jì)算各級法向荷載下的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力：試驗(yàn)后計(jì)算各級法向荷載下的法向應(yīng)力

19、和剪應(yīng)力： 式中式中: -法向應(yīng)力法向應(yīng)力(MPa) -剪應(yīng)力剪應(yīng)力(MPa) P-總法向力總法向力(包括荷載、設(shè)備重量及試塊重包括荷載、設(shè)備重量及試塊重)(MN) Q-剪切荷載剪切荷載(MN) A-剪切面積剪切面積(m) 根據(jù)剪切面上各級法向荷載作用下相應(yīng)的剪應(yīng)力與水根據(jù)剪切面上各級法向荷載作用下相應(yīng)的剪應(yīng)力與水 平剪切位移的關(guān)系曲線平剪切位移的關(guān)系曲線-h。取各條。取各條-h曲線上的峰值曲線上的峰值 剪應(yīng)力剪應(yīng)力f與對應(yīng)的法向應(yīng)力與對應(yīng)的法向應(yīng)力，點(diǎn)繪出，點(diǎn)繪出f-關(guān)系曲線，關(guān)系曲線， 這就是巖石的抗剪斷峰值強(qiáng)度曲線，此線與水平軸的這就是巖石的抗剪斷峰值強(qiáng)度曲線，此線與水平軸的 交角，即為

20、內(nèi)摩擦角交角，即為內(nèi)摩擦角，此線在縱軸上截矩，即為凝，此線在縱軸上截矩，即為凝 聚力聚力C。 直剪試驗(yàn)試樣破壞過程的三個(gè)階段：直剪試驗(yàn)試樣破壞過程的三個(gè)階段： 1 彈性階段：試樣內(nèi)開始產(chǎn)生張裂縫（彈性階段：試樣內(nèi)開始產(chǎn)生張裂縫（p） 2 裂縫發(fā)展增長階段：裂縫發(fā)展、增長，逐裂縫發(fā)展增長階段：裂縫發(fā)展、增長，逐 漸達(dá)到完全破壞（漸達(dá)到完全破壞（f） 3 強(qiáng)度降低階段：剪應(yīng)力降低，最終至剩余強(qiáng)度降低階段：剪應(yīng)力降低，最終至剩余 值（值（o） 如取各線的0與相應(yīng)的法向應(yīng)力，即可點(diǎn)繪 得剩余強(qiáng)度線剩余強(qiáng)度線，它相應(yīng)于巖石試樣發(fā)生裂縫它相應(yīng)于巖石試樣發(fā)生裂縫 之后的強(qiáng)度線，相當(dāng)于摩擦試驗(yàn)所得的強(qiáng)度之后的

21、強(qiáng)度線，相當(dāng)于摩擦試驗(yàn)所得的強(qiáng)度 線。它與縱軸交于坐標(biāo)原點(diǎn)，表示線。它與縱軸交于坐標(biāo)原點(diǎn)，表示C=0，此剩，此剩 余強(qiáng)度線與橫軸的交角余強(qiáng)度線與橫軸的交角r，即為剩余強(qiáng)度所，即為剩余強(qiáng)度所 對應(yīng)的內(nèi)摩擦角；由圖可見剩余強(qiáng)度也就是對應(yīng)的內(nèi)摩擦角；由圖可見剩余強(qiáng)度也就是 失去凝聚力而僅有內(nèi)摩擦力的強(qiáng)度失去凝聚力而僅有內(nèi)摩擦力的強(qiáng)度 。 優(yōu)點(diǎn)：簡單方便，設(shè)備不特殊優(yōu)點(diǎn)：簡單方便，設(shè)備不特殊 缺點(diǎn)：尺寸小，不易反映裂縫、層理和弱面缺點(diǎn)：尺寸小，不易反映裂縫、層理和弱面 2 楔形剪切實(shí)驗(yàn)楔形剪切實(shí)驗(yàn) 實(shí)際上是另一種形式的直接剪切試驗(yàn)，應(yīng)用楔實(shí)際上是另一種形式的直接剪切試驗(yàn)，應(yīng)用楔 形剪切儀，裝置見書中圖

22、形剪切儀，裝置見書中圖3-16。試件。試件 10105cm。實(shí)驗(yàn)時(shí)采用多個(gè)試件，分別以。實(shí)驗(yàn)時(shí)采用多個(gè)試件，分別以 不同的傾角進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。破壞時(shí)，不同的角度可不同的傾角進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。破壞時(shí)，不同的角度可 以得出一組以得出一組和和f，不同的傾角得出，不同的傾角得出f曲線，曲線， 即可求出即可求出c和和值。值。 優(yōu)點(diǎn)：可以模擬現(xiàn)場實(shí)際受力工況。優(yōu)點(diǎn)：可以模擬現(xiàn)場實(shí)際受力工況。 缺點(diǎn)：角度不能太大，不能反映低壓段情況，缺點(diǎn)：角度不能太大，不能反映低壓段情況， 需試件多，工作量大。需試件多，工作量大。 3三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn) 三軸壓縮試驗(yàn)是在三向應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的試驗(yàn)。三軸壓縮試驗(yàn)是在三向應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的

23、試驗(yàn)。 方法：在圓柱體周圍施加側(cè)限壓力方法：在圓柱體周圍施加側(cè)限壓力(3=2)，然后，然后， 在側(cè)限壓力保持為常數(shù)在側(cè)限壓力保持為常數(shù)3時(shí)施加軸向荷載時(shí)施加軸向荷載1，直至，直至 試件破壞，這樣得出破壞時(shí)的最大和最小主應(yīng)力試件破壞，這樣得出破壞時(shí)的最大和最小主應(yīng)力1 和和3; 得到一個(gè)巖樣破壞時(shí)的應(yīng)力圓，采用相同的巖得到一個(gè)巖樣破壞時(shí)的應(yīng)力圓，采用相同的巖 樣改變側(cè)壓力樣改變側(cè)壓力3，施加軸向壓力至試件，從而得到，施加軸向壓力至試件，從而得到 一個(gè)不同的應(yīng)力圓，繪出這些應(yīng)力圓的包絡(luò)線，即一個(gè)不同的應(yīng)力圓，繪出這些應(yīng)力圓的包絡(luò)線，即 可求得巖石的抗剪強(qiáng)度線，如圖可求得巖石的抗剪強(qiáng)度線，如圖3-1

24、9所示，圖所示，圖3-20 為角閃巖的三軸試驗(yàn)結(jié)果。為角閃巖的三軸試驗(yàn)結(jié)果。 像單軸壓縮試驗(yàn)一樣，三軸試驗(yàn)試件的破裂面與大像單軸壓縮試驗(yàn)一樣，三軸試驗(yàn)試件的破裂面與大 主應(yīng)力主應(yīng)力1方向間的夾角為方向間的夾角為45-/2。優(yōu)缺點(diǎn)：較好。優(yōu)缺點(diǎn)：較好 的模擬工程實(shí)際，儀器復(fù)雜難度大。的模擬工程實(shí)際，儀器復(fù)雜難度大。 對于節(jié)理裂隙發(fā)育的巖體或?qū)訝顜r體，其對于節(jié)理裂隙發(fā)育的巖體或?qū)訝顜r體，其 抗壓強(qiáng)度將隨裂隙與加壓的方向不同而呈抗壓強(qiáng)度將隨裂隙與加壓的方向不同而呈 明顯的各向異性。書中圖明顯的各向異性。書中圖3-22和圖和圖3-23分分 別表示巖石各向異性和具有軟弱面巖樣的別表示巖石各向異性和具有軟

25、弱面巖樣的 強(qiáng)度變化圖。強(qiáng)度變化圖。 表表3-4 巖石的凝聚力、內(nèi)摩擦角以及內(nèi)摩擦巖石的凝聚力、內(nèi)摩擦角以及內(nèi)摩擦 系數(shù)參考值系數(shù)參考值 4 現(xiàn)場強(qiáng)度試驗(yàn)的成果特征現(xiàn)場強(qiáng)度試驗(yàn)的成果特征： 現(xiàn)場試驗(yàn)對試體的尺寸一般根據(jù)裂隙的間距來決現(xiàn)場試驗(yàn)對試體的尺寸一般根據(jù)裂隙的間距來決 定，荷載的大小可根據(jù)巖體的受力狀態(tài)來選定。定，荷載的大小可根據(jù)巖體的受力狀態(tài)來選定。 現(xiàn)場所得的強(qiáng)度一般遠(yuǎn)比室內(nèi)完整巖塊所得的強(qiáng)現(xiàn)場所得的強(qiáng)度一般遠(yuǎn)比室內(nèi)完整巖塊所得的強(qiáng) 度要低。度要低。 現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn)時(shí)試體在垂直向存在壓縮區(qū)和現(xiàn)場直接剪切試驗(yàn)時(shí)試體在垂直向存在壓縮區(qū)和 膨脹區(qū)，由此在工程上可采取措施提高巖體的抗膨脹區(qū)

26、，由此在工程上可采取措施提高巖體的抗 剪強(qiáng)度。剪強(qiáng)度。 當(dāng)現(xiàn)場巖體的各向異性明顯時(shí)，試驗(yàn)的布置應(yīng)有當(dāng)現(xiàn)場巖體的各向異性明顯時(shí)，試驗(yàn)的布置應(yīng)有 利于測定工程需要而指定的那些面上的利于測定工程需要而指定的那些面上的C、值。值。 巖體內(nèi)往往有多組不同方向的不連續(xù)面,不同方向 的不連續(xù)面上的抗剪強(qiáng)度也不相同,當(dāng)加載方向正 交或接近正交于潛在不連續(xù)面時(shí)，其抗剪強(qiáng)度將 接近于完整無裂隙巖塊的抗剪強(qiáng)度值；當(dāng)加荷方 向平行或接近平行與不連續(xù)面時(shí)則其抗剪強(qiáng)度值 取決于該不連續(xù)面上抗剪能力。 如果將完整巖塊的抗剪強(qiáng)度參數(shù)用于不連續(xù)的工 程巖體，情況是危險(xiǎn)的，容易導(dǎo)致工程失事；所 以對巖體不連續(xù)面強(qiáng)度的研究受到普遍

27、重視。 工程實(shí)例之一：工程實(shí)例之一：三峽大壩混凝土與巖體接觸面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究三峽大壩混凝土與巖體接觸面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究 為研究三峽大壩與微風(fēng)化基巖接觸面抗剪強(qiáng)度參數(shù)以及利用弱風(fēng)為研究三峽大壩與微風(fēng)化基巖接觸面抗剪強(qiáng)度參數(shù)以及利用弱風(fēng) 化帶巖體作為大壩建基面的可行性，分別針對微風(fēng)化巖體和弱風(fēng)化帶巖體作為大壩建基面的可行性，分別針對微風(fēng)化巖體和弱風(fēng) 化帶巖體進(jìn)行了四組和五組混凝土與基巖接觸面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。化帶巖體進(jìn)行了四組和五組混凝土與基巖接觸面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。 試驗(yàn)成果表明：接觸面是比混凝土與巖石強(qiáng)度更弱的控制面，不試驗(yàn)成果表明：接觸面是比混凝土與巖石強(qiáng)度更弱的控制面，不 能用混凝土的抗剪強(qiáng)度代

28、替接觸面的強(qiáng)度。影響混凝土與巖體接能用混凝土的抗剪強(qiáng)度代替接觸面的強(qiáng)度。影響混凝土與巖體接 觸面強(qiáng)度的主要因素包括巖體結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程度、混凝土抗壓強(qiáng)度觸面強(qiáng)度的主要因素包括巖體結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程度、混凝土抗壓強(qiáng)度 以及接觸面的起伏差等。以及接觸面的起伏差等。 對塊狀結(jié)構(gòu)類型巖體，接觸面抗剪強(qiáng)度參數(shù)無明顯差異；對于鑲對塊狀結(jié)構(gòu)類型巖體，接觸面抗剪強(qiáng)度參數(shù)無明顯差異；對于鑲 嵌結(jié)構(gòu)巖體，接觸面抗剪強(qiáng)度參數(shù)略有降低（嵌結(jié)構(gòu)巖體，接觸面抗剪強(qiáng)度參數(shù)略有降低（f減低減低9%，c降低降低 7%）；弱風(fēng)化下部巖體與微風(fēng)化巖體比較，抗剪強(qiáng)度參數(shù)略有）；弱風(fēng)化下部巖體與微風(fēng)化巖體比較，抗剪強(qiáng)度參數(shù)略有 降低（降低（f減

29、低減低3%，c降低降低13%）。）。 混凝土抗壓強(qiáng)度對接觸面抗剪強(qiáng)度參數(shù)影響明顯；起伏差對抗剪混凝土抗壓強(qiáng)度對接觸面抗剪強(qiáng)度參數(shù)影響明顯；起伏差對抗剪 強(qiáng)度參數(shù)有較大影響，當(dāng)起伏差從強(qiáng)度參數(shù)有較大影響，當(dāng)起伏差從0.5 1.0cm增大到增大到2cm時(shí)，時(shí)， 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)f增加增加33%。 取一定的概率分位值（取一定的概率分位值（0.05） ，混凝土與弱風(fēng)化帶下部巖體接，混凝土與弱風(fēng)化帶下部巖體接 觸面抗剪強(qiáng)度參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值觸面抗剪強(qiáng)度參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值f=1.20，c=1.60MPa。 工程實(shí)例之二：工程實(shí)例之二：葛洲壩工程葛洲壩工程202202# #泥化夾層剪切強(qiáng)度試驗(yàn)研究泥化夾層剪切強(qiáng)度試驗(yàn)研究

30、葛洲壩水利樞紐工程主要巖性為黏土巖及粉砂質(zhì)黏土巖，巖層走葛洲壩水利樞紐工程主要巖性為黏土巖及粉砂質(zhì)黏土巖，巖層走 向與壩軸線夾角向與壩軸線夾角70，其間存在大量的軟弱夾層，尤其是，其間存在大量的軟弱夾層，尤其是202# #層層 間錯動泥化夾層為間錯動泥化夾層為0.10.5cm厚的塑泥層，上下兩側(cè)有厚的塑泥層，上下兩側(cè)有2 5cm的軟化帶和的軟化帶和10 20cm厚的破碎帶，力學(xué)強(qiáng)度低。如何確厚的破碎帶，力學(xué)強(qiáng)度低。如何確 定泥化夾層的剪切強(qiáng)度，成為大壩穩(wěn)定分析的主要巖石力學(xué)問題。定泥化夾層的剪切強(qiáng)度，成為大壩穩(wěn)定分析的主要巖石力學(xué)問題。 現(xiàn)場快剪（現(xiàn)場快剪（A=5060cm），強(qiáng)度參數(shù)），強(qiáng)度

31、參數(shù)f=0.225，c=0.063MPa。 現(xiàn)場剪切流變現(xiàn)場剪切流變t=3 4d（位移觀測），剪切時(shí)間（位移觀測），剪切時(shí)間1 1.5月月/個(gè)，個(gè)， 得長期剪切強(qiáng)度參數(shù)得長期剪切強(qiáng)度參數(shù)f=0.19，c=0MPa 現(xiàn)場大面積剪切（現(xiàn)場大面積剪切（A=18m2）剪切強(qiáng)度參數(shù)）剪切強(qiáng)度參數(shù)f=0.19， c=0.005MPa 根據(jù)試驗(yàn)成果的綜合分析，提出根據(jù)試驗(yàn)成果的綜合分析，提出202# #泥化夾層剪切強(qiáng)度參數(shù)設(shè)計(jì)泥化夾層剪切強(qiáng)度參數(shù)設(shè)計(jì) 值取值取f=0.20，c=0MPa。 巖石的應(yīng)力、應(yīng)變達(dá)到一定值時(shí)，巖石就發(fā)生破壞，巖石的應(yīng)力、應(yīng)變達(dá)到一定值時(shí)，巖石就發(fā)生破壞， 用以表征巖石破壞條件的函數(shù)

32、稱為強(qiáng)度準(zhǔn)則。用以表征巖石破壞條件的函數(shù)稱為強(qiáng)度準(zhǔn)則。 強(qiáng)度準(zhǔn)則的建立應(yīng)反映巖石的破壞機(jī)理。所有這些確強(qiáng)度準(zhǔn)則的建立應(yīng)反映巖石的破壞機(jī)理。所有這些確 定巖石破壞的原因，過程及條件的理論，稱強(qiáng)度理論。定巖石破壞的原因，過程及條件的理論，稱強(qiáng)度理論。 強(qiáng)度理論，不僅要能理解巖石破壞的原因、破壞的形強(qiáng)度理論，不僅要能理解巖石破壞的原因、破壞的形 態(tài)，而且要能確定巖石破壞時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)或變形狀態(tài)。態(tài)，而且要能確定巖石破壞時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)或變形狀態(tài)。 當(dāng)物體處于簡單應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，材料的強(qiáng)度可由簡單實(shí)當(dāng)物體處于簡單應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，材料的強(qiáng)度可由簡單實(shí) 驗(yàn)來決定，破壞準(zhǔn)則的建立較容易（抗拉、抗壓、抗驗(yàn)來決定，破壞準(zhǔn)則的

33、建立較容易（抗拉、抗壓、抗 剪）。但巖石在外荷作用下常常處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，剪）。但巖石在外荷作用下常常處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)， 許多實(shí)驗(yàn)表明：巖石的強(qiáng)度及其在荷載作用下的性狀許多實(shí)驗(yàn)表明：巖石的強(qiáng)度及其在荷載作用下的性狀 與巖石的應(yīng)力狀態(tài)有著很大的關(guān)系。見圖與巖石的應(yīng)力狀態(tài)有著很大的關(guān)系。見圖3-29（單（單 向向脆性；三向脆性；三向延性）延性） 材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下怎樣算是破壞呢，材料力學(xué)中有材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下怎樣算是破壞呢，材料力學(xué)中有 多種破壞理論解釋，這些理論是根據(jù)引起材料危險(xiǎn)狀態(tài)多種破壞理論解釋，這些理論是根據(jù)引起材料危險(xiǎn)狀態(tài) 的原因做了不同的假設(shè)而得出的。（應(yīng)力和應(yīng)變）的原因做了不

34、同的假設(shè)而得出的。（應(yīng)力和應(yīng)變） 目前，對于巖石在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的破壞性狀研究的不目前，對于巖石在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的破壞性狀研究的不 夠，這些理論的任何一個(gè)都不能無條件的用于巖石。書夠，這些理論的任何一個(gè)都不能無條件的用于巖石。書 中介紹了中介紹了9種主要的強(qiáng)度理論。需要指出的是：這些理種主要的強(qiáng)度理論。需要指出的是：這些理 論對巖石的適用性并不是等價(jià)的，有些對巖石比較適用，論對巖石的適用性并不是等價(jià)的，有些對巖石比較適用， 有些對巖石適用性差，介紹的目的是讓大家對這一問題有些對巖石適用性差，介紹的目的是讓大家對這一問題 的現(xiàn)狀有一個(gè)總的了解。（莫爾庫倫強(qiáng)度理論、格里菲的現(xiàn)狀有一個(gè)總的了解。（莫

35、爾庫倫強(qiáng)度理論、格里菲 斯強(qiáng)度理論及霍克斯強(qiáng)度理論及霍克-布朗強(qiáng)度理論（經(jīng)驗(yàn)破壞準(zhǔn)則），布朗強(qiáng)度理論（經(jīng)驗(yàn)破壞準(zhǔn)則）， 是在巖石力學(xué)界較有影響工程上常用的強(qiáng)度理論）。是在巖石力學(xué)界較有影響工程上常用的強(qiáng)度理論）。 1 最大正應(yīng)力理論（朗肯理論最大正應(yīng)力理論（朗肯理論） 假設(shè)材料的破壞只取決于絕對值最大的正應(yīng)力， 因此當(dāng)巖石內(nèi)的三個(gè)主應(yīng)力中只要有一個(gè)達(dá)到 單軸抗壓強(qiáng)度或單軸抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖石就算破 壞。準(zhǔn)則為： 或 適用條件：單向應(yīng)力狀態(tài)及脆性巖石在二向應(yīng) 力狀態(tài)中受拉的情況，對復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)不適用。 C R 1 C R 1 C R 1 t R 3 0 22 3 22 2 22 1 RRR C R

36、1 2 最大正應(yīng)變理論最大正應(yīng)變理論 材料的破壞只取決于最大的正應(yīng)變。材料 內(nèi)任一方向的正應(yīng)變達(dá)到單軸壓縮或單軸 拉伸中的破壞數(shù)值，材料就發(fā)生破壞。準(zhǔn) 則為： max-材料內(nèi)發(fā)生的最大應(yīng)變值 u-單軸壓縮或單向拉伸試驗(yàn)材料破壞時(shí)的極限應(yīng)變值 解析表達(dá)式為： 適用條件：脆性巖石，對塑性材料不適用。 u max 0 2 2 213 2 2 132 2 2 321 RRR 3 最大剪應(yīng)力理論最大剪應(yīng)力理論(為解釋塑性破壞) 假設(shè)材料的破壞取決于最大的剪應(yīng)力， 當(dāng)最大剪應(yīng)力達(dá)到單軸壓縮或單軸拉伸 中的危險(xiǎn)值時(shí)，材料就達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)。 準(zhǔn)則為： 或在單向壓縮或拉伸時(shí): 解析表達(dá)式見(3-24) 適用條件：

37、塑性材料,對脆性巖石不適用, 未考慮中主應(yīng)力的影響。 u max R 31 4 八面體剪應(yīng)力理論（八面體剪應(yīng)力理論（帽子模型） 考慮中主應(yīng)力的影響考慮中主應(yīng)力的影響。理論假設(shè)：材料的危險(xiǎn) 狀態(tài)，取決于八面體剪應(yīng)力，準(zhǔn)則為： 在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的八面體剪應(yīng)力為： 在單向應(yīng)力狀態(tài)下： 適用條件：塑性材料,是塑性力學(xué)中常用的一種理論。 02 2 2 23 2 32 2 21 R soct R s3 2 2 13 2 32 2 21 3 1 OCT 5 摩爾理論及摩爾摩爾理論及摩爾庫侖準(zhǔn)則庫侖準(zhǔn)則 材料內(nèi)某一點(diǎn)的破壞主要決定于它的大主應(yīng)力材料內(nèi)某一點(diǎn)的破壞主要決定于它的大主應(yīng)力 和小主應(yīng)力而與中主應(yīng)力無

38、關(guān)。可研究平面應(yīng)和小主應(yīng)力而與中主應(yīng)力無關(guān)。可研究平面應(yīng) 變狀態(tài)（單軸壓縮、單軸拉伸、純剪，三軸壓變狀態(tài)（單軸壓縮、單軸拉伸、純剪，三軸壓 縮等）。縮等）。 每一莫爾應(yīng)力圓都反映一種達(dá)到破每一莫爾應(yīng)力圓都反映一種達(dá)到破 壞極限壞極限(危險(xiǎn)狀態(tài)危險(xiǎn)狀態(tài))的應(yīng)力狀態(tài)。這種應(yīng)力圓稱的應(yīng)力狀態(tài)。這種應(yīng)力圓稱 為極限應(yīng)力圓，然后這一系列極限應(yīng)力圓的包為極限應(yīng)力圓，然后這一系列極限應(yīng)力圓的包 絡(luò)線叫莫爾包絡(luò)線，這根包絡(luò)線代表了材料的絡(luò)線叫莫爾包絡(luò)線，這根包絡(luò)線代表了材料的 破壞條件或強(qiáng)度條件，在包絡(luò)線上的所有點(diǎn)都破壞條件或強(qiáng)度條件，在包絡(luò)線上的所有點(diǎn)都 反映了材料破壞時(shí)的剪應(yīng)力反映了材料破壞時(shí)的剪應(yīng)力f與

39、正應(yīng)力與正應(yīng)力之關(guān)之關(guān) 系，即系，即 就是莫爾理論破壞準(zhǔn)則的普遍形式 由此可知，對于材料的破壞與否，一方面 與材料內(nèi)的剪應(yīng)力有關(guān)，同時(shí)與正應(yīng)力也 有很大的關(guān)系，因?yàn)檎龖?yīng)力直接影響著抗 剪強(qiáng)度的大小。 巖石的強(qiáng)度條件可用庫侖方程式來表示: 這個(gè)方程式為庫倫首先提出，后為莫爾采 用新的理論加以解釋，因而上述方程式通 常稱為莫爾-庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則，它是目前巖石 力學(xué)中用得最多的強(qiáng)度理論。 tgc f 圖3-30中繪出了純剪試驗(yàn)、抗拉試驗(yàn)、抗 壓試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)?zāi)枅A以及強(qiáng)度包絡(luò)線。 圖3-31描述了如何用包絡(luò)線判別巖石材料 破壞與不破壞（彈性狀態(tài)、極限平衡狀態(tài) 或塑性平衡狀態(tài)和破壞狀態(tài)） 巖石包絡(luò)線的形狀

40、（拋物線、雙曲線或擺 線、直線） 用大小主應(yīng)力表示的破壞準(zhǔn)則： 3方向與滑動所在面的夾角 單軸抗壓3=0 則 另一表達(dá)式： 圖3-34帶有抗拉強(qiáng)度的摩爾-庫侖包絡(luò)線以及公式的推導(dǎo)簡化。 2 45 2cos 22 3131 2sin 2 31 sin1 cos2 1 c Rc sin 2 31 31 cctg 6 格里菲斯理論格里菲斯理論 以上所述幾個(gè)理論將巖石看作連續(xù)的均勻以上所述幾個(gè)理論將巖石看作連續(xù)的均勻 介質(zhì)。格里菲斯理論則不同，它針對脆性介質(zhì)。格里菲斯理論則不同，它針對脆性 材料的破壞，提出了格里菲斯強(qiáng)度理論，材料的破壞，提出了格里菲斯強(qiáng)度理論， 認(rèn)為材料內(nèi)具有細(xì)微裂隙的脆性材料，與認(rèn)

41、為材料內(nèi)具有細(xì)微裂隙的脆性材料，與 一般連續(xù)介質(zhì)固體理論的破壞強(qiáng)度是有很一般連續(xù)介質(zhì)固體理論的破壞強(qiáng)度是有很 大區(qū)別的。這種差異起因于巖石等脆性材大區(qū)別的。這種差異起因于巖石等脆性材 料內(nèi)普遍存在細(xì)微裂痕。料內(nèi)普遍存在細(xì)微裂痕。 格里菲斯認(rèn)為具有細(xì)微裂痕的脆性材料在力場的格里菲斯認(rèn)為具有細(xì)微裂痕的脆性材料在力場的 作用下，裂痕周邊將激起切向拉應(yīng)力，一旦裂痕作用下，裂痕周邊將激起切向拉應(yīng)力，一旦裂痕 周邊端部附近某處的切向拉應(yīng)力高度集中，達(dá)到周邊端部附近某處的切向拉應(yīng)力高度集中，達(dá)到 材料的分子內(nèi)聚強(qiáng)度值，則材料就將從該處開始材料的分子內(nèi)聚強(qiáng)度值，則材料就將從該處開始 沿一定的方向發(fā)生脆性破壞。

42、這一理論首先被應(yīng)沿一定的方向發(fā)生脆性破壞。這一理論首先被應(yīng) 用于玻璃，試驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)，后來又被引用用于玻璃，試驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)，后來又被引用 于巖石力學(xué)，用以闡明脆性巖石的破裂機(jī)制。于巖石力學(xué)，用以闡明脆性巖石的破裂機(jī)制。 格里菲斯假定材料內(nèi)部存在許多雜亂的細(xì)微裂痕，格里菲斯假定材料內(nèi)部存在許多雜亂的細(xì)微裂痕， 形狀類似扁單狀橢圓，其長短軸分別為形狀類似扁單狀橢圓，其長短軸分別為2a和和2b， 軸比軸比(m=b/a)很小，且假定相鄰裂痕之間不能互很小，且假定相鄰裂痕之間不能互 相影響，并忽略材料特性的局部變化，這樣就可相影響，并忽略材料特性的局部變化，這樣就可 將橢圓裂隙作為半無限介質(zhì)中的

43、單孔情況來處理將橢圓裂隙作為半無限介質(zhì)中的單孔情況來處理 了。圖了。圖3-35為裂隙的受力示意圖，圖為裂隙的受力示意圖，圖3-36為橢圓為橢圓 裂痕周圍材料的應(yīng)力。裂痕周圍材料的應(yīng)力。 當(dāng)裂隙處的極限應(yīng)力達(dá)到巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖當(dāng)裂隙處的極限應(yīng)力達(dá)到巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖 石將處于破壞狀態(tài)，因此根據(jù)彈性理論知識，可石將處于破壞狀態(tài)，因此根據(jù)彈性理論知識，可 得到格里菲斯強(qiáng)度理論破壞準(zhǔn)則如下：（得到格里菲斯強(qiáng)度理論破壞準(zhǔn)則如下：（3-64、 3-65） 1 當(dāng) 方位角： 2 當(dāng) 方位角：=0 在-平面： 03 31 08 31 2 31 t R 31 31 2 arccos 2 1 03 31 t

44、 R 3 0 yttxy RR 4 7 修正的格里菲斯強(qiáng)度理論修正的格里菲斯強(qiáng)度理論 格里菲斯強(qiáng)度理論是以張開橢圓裂隙為前 提，在壓應(yīng)力占優(yōu)勢的情況下，裂隙會產(chǎn) 生閉合。縫壁間會產(chǎn)生摩檫。裂隙的增長 和發(fā)展就有所不同。麥克林托克等考慮這 一影響(主要是裂隙間的摩擦)對格里菲斯強(qiáng) 度理論進(jìn)行了修正，結(jié)果如式3-68： t Rffff411 2 1 2 1 2 3 2 1 8 倫特堡理論倫特堡理論 根據(jù)對大量的巖石實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析認(rèn)為:當(dāng)巖 石內(nèi)正應(yīng)力達(dá)到相應(yīng)于巖石的晶體強(qiáng)度時(shí)， 由于晶體破壞，繼續(xù)增加法向荷載，抗剪 強(qiáng)度不會增加。建議用3-69表示巖石在荷 載下的破壞狀態(tài)。 和研究面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)

45、力 0正應(yīng)力為0時(shí)巖石的抗切強(qiáng)度，A為系數(shù) 該理論適用于較為破碎的巖石。 11 0 1 0 A i 9 經(jīng)驗(yàn)破壞準(zhǔn)則（主要介紹霍克和布朗經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則） 霍克-布朗發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)巖石材料(完整的巖 塊)的三軸壓縮試驗(yàn)破壞時(shí)的主應(yīng)力之間滿 足下列方程式： 式中：S,m-常數(shù)，取決于巖石的性質(zhì)， 在承受1和3以前,巖石擾動或損傷的程度。 m與巖石的性質(zhì)有關(guān)，S與巖石完整性有關(guān) (完整巖塊S=1)。Rc-完整巖塊的單軸抗壓 強(qiáng)度(MPa)。 若式中若式中3=0，可得巖石的單軸抗壓強(qiáng)度：，可得巖石的單軸抗壓強(qiáng)度： 若式中若式中1=0，可得巖石的單軸抗拉強(qiáng)度：，可得巖石的單軸抗拉強(qiáng)度： 這兩個(gè)方程式定出了這兩個(gè)

46、方程式定出了S的界限值，若的界限值，若S=1，則，則 Rcm=Rc，即為完整巖塊的值；若，即為完整巖塊的值；若S=0，則，則 Rcm=Rtm=0，這就是完全破損的巖石。因此，對，這就是完全破損的巖石。因此，對 于完整巖石和破損巖的中間階段，于完整巖石和破損巖的中間階段，S值必定在值必定在1與與 0之間，對于之間，對于S=1的情況，大理巖、石灰?guī)r及泥巖的情況，大理巖、石灰?guī)r及泥巖 的常數(shù)的常數(shù)m從從5到到7，粗粒巖漿巖的，粗粒巖漿巖的m從從23到到28，霍，霍 克等對某些典型巖體求得的克等對某些典型巖體求得的m和和S值見表值見表3-6和圖和圖 3-38。 10 對強(qiáng)度理論的評價(jià)對強(qiáng)度理論的評價(jià)

47、目前使用的有關(guān)巖石的各種強(qiáng)度理論和強(qiáng) 度準(zhǔn)則都有一定的局限性，因而有一定的 使用范圍。 庫侖庫侖莫爾準(zhǔn)則理論的評價(jià)莫爾準(zhǔn)則理論的評價(jià)： 庫侖莫爾準(zhǔn)則較全面地反映了巖石的強(qiáng) 度特點(diǎn)，不僅適用于塑性材料，也適用于 脆性材料的剪切破壞；由于巖石大多是剪 切破壞，故適用性較廣、簡單實(shí)用。莫 爾庫侖準(zhǔn)則不能說明強(qiáng)度的非線性變化， 因此還比較粗糙. 格里菲斯理論格里菲斯理論 可以說明裂隙開始時(shí)的情況。但對巖石這 樣的非均勻材料，裂隙開始時(shí)的應(yīng)力要低 于破壞時(shí)的應(yīng)力，而且兩者之間的關(guān)系復(fù) 雜，因此還不能用來說明巖石的拉伸破壞。 經(jīng)驗(yàn)破壞準(zhǔn)則經(jīng)驗(yàn)破壞準(zhǔn)則 由于結(jié)果來自于實(shí)測的實(shí) 驗(yàn)結(jié)果，有一定的參考價(jià)值。 實(shí)

48、踐表明巖石的破壞是一個(gè)漸進(jìn)破壞過程。 巖石存在非均勻性，巖體內(nèi)某一點(diǎn)的應(yīng)力 達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)就在該點(diǎn)發(fā)生破壞，這時(shí) 該點(diǎn)會將應(yīng)力轉(zhuǎn)移到相臨的周圍巖體，導(dǎo) 致周圍巖體應(yīng)力增大，于是破壞依次發(fā)展， 直至形成宏觀破裂面，最終表現(xiàn)為整個(gè)巖 體發(fā)生破壞。 一方面：水對巖石強(qiáng)度的影響一方面：水對巖石強(qiáng)度的影響軟化系數(shù)。軟化系數(shù)。 機(jī)理：水分子進(jìn)入粒間間隙而削弱了粒間連接機(jī)理：水分子進(jìn)入粒間間隙而削弱了粒間連接 造成的。造成的。 （巖石遇水巖石遇水膠結(jié)物破壞膠結(jié)物破壞強(qiáng)度降低強(qiáng)度降低） 另一方面：也是對巖石強(qiáng)度影響較多的情況另一方面：也是對巖石強(qiáng)度影響較多的情況 是是孔隙和裂隙中的水壓力影響。孔隙和裂隙中的水

49、壓力影響。 （飽和巖石受荷載（飽和巖石受荷載不能或不易排水不能或不易排水孔隙水孔隙水 壓力壓力巖石固體顆粒承受的壓力減小巖石固體顆粒承受的壓力減小強(qiáng)度降強(qiáng)度降 低）。低）。 圖圖3-39實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 研究認(rèn)為：巖石中有連通的孔隙存在-太沙 基有效應(yīng)力定理適用于巖石。 根據(jù)摩爾-庫侖強(qiáng)度理論：飽和多孔巖石的 抗剪強(qiáng)度可表示為3-76。 強(qiáng)度降低的程度視孔隙水壓力的大小確定。 為了在摩爾-庫侖破壞準(zhǔn)則中考慮孔隙水壓 力的影響，將3-44式變?yōu)?-77式。 w p tgpc wf )( C RN 31 進(jìn)而可得巖石從初始作用應(yīng)力1和3 達(dá)到破 壞時(shí)所需的孔隙水壓力計(jì)算公式3-80。 圖解可見

50、圖3-40表示。如果結(jié)構(gòu)面內(nèi)有水壓力， 那么由于這種水壓力使有效正應(yīng)力降低，結(jié)構(gòu) 面強(qiáng)度也相應(yīng)降低。當(dāng)結(jié)構(gòu)面內(nèi)的水壓力達(dá)到 一定數(shù)值時(shí)，結(jié)構(gòu)面的有效正應(yīng)力也降低到一 定程度使結(jié)構(gòu)面開始破壞。 1 31 3 N R p c w 靠近水庫附近的巖石中初始應(yīng)力接近強(qiáng)度 時(shí)，巖石內(nèi)產(chǎn)生孔隙水壓力，這種孔隙水 壓力可能造成巖石破壞或引起地震。 巖石材料表現(xiàn)出由脆性到延性的變化，其 中孔隙水壓力的作用是增加材料的脆性性 質(zhì)。見圖3-41。 如果把有效應(yīng)力的概念引入格里菲思破壞 準(zhǔn)則，則式3-64和3-65變?yōu)?-81和3-82式： 這個(gè)結(jié)果也是工程上常需用的“水力劈裂” 方法的理論基礎(chǔ)。 巖體可分為兩種情

51、況： 1、接近均質(zhì)的接近均質(zhì)的：各種軟弱結(jié)構(gòu)面對巖體強(qiáng) 度的影響不占主導(dǎo)地位或巖性堅(jiān)硬并未組 成分離的塊體。 這時(shí)巖體強(qiáng)度可用實(shí)驗(yàn)室?guī)r塊的強(qiáng)度指標(biāo) 進(jìn)行分析(巖塊實(shí)驗(yàn))。 常用摩爾-庫侖準(zhǔn)則或霍克或布朗的經(jīng)驗(yàn)破 壞準(zhǔn)則。見式3-833-94或3-71。 2、非均質(zhì)的非均質(zhì)的：巖體強(qiáng)度主要由結(jié)構(gòu)面的特征 （強(qiáng)度、產(chǎn)狀、粗糙度、充填物等）所決定。 這時(shí)節(jié)理或其它結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度指標(biāo)通過室內(nèi) 外抗剪實(shí)驗(yàn)求得（剪切面必須為節(jié)理面或結(jié) 構(gòu)面） 。 實(shí)際中會遇到： 節(jié)理面與主應(yīng)力面的法線相平行（平面問題） 節(jié)理面與主應(yīng)力面的法線斜交（三維空間問題） 無論那一種情況，節(jié)理面處于平衡狀態(tài)時(shí)摩爾庫 侖強(qiáng)度條件成立： jjf tgc 同樣可運(yùn)用摩爾-庫侖強(qiáng)度條件來判定節(jié)理 面的穩(wěn)定情況。見圖3-43和圖3-44