岩石的强度及测量方法

岩石在外力作用下，当达到或超过某一极限时，便发生破坏。其破坏类型可分为拉断破坏和剪断破坏两种基本形式。通常把岩石抵抗外力破坏的能力称为强度，因为外力性质不同又可分为抗压强度、抗拉强度及剪切强度等。

1.岩石的抗压强度

岩石单向受压时能承受的最大压应力即单轴抗压强度，简称抗压强度，即

σc＝P/A

式中　σc——抗压强度（MPa）；

　　　P——岩石试件受压破坏时的荷载（N）；

　　　A——试件断面面积（mm2）。

岩石的抗压强度是反映岩石力学性质的主要指标之一。它被广泛应用于岩体工程分类、建材选择及工程岩体稳定性评价计算中。实验证明岩石的抗压强度受一系列因素影响与控制，这些因素包括两方面：一是岩石自身的因素，如矿物组成、结构构造及含水状态等；另一方面是实验条件，如试件形状、大小以及加工精度、加荷速率等。

2.岩石的抗拉强度

岩石试件单向受拉时所能承受的最大拉应力即为岩石的抗拉强度。岩石的抗拉能力较低，易被拉断而破坏，所以抗拉强度是一个非常重要的岩石力学指标。

测量岩石抗拉强度的方法有直接拉伸法和间接拉伸法两种。由于直接法试件制备困难、实验技术复杂，故多采用间接法，以劈裂法和点荷载实验最为常用。

劈裂法（见图 6.10），以一定加荷速率对试件加压，直至破坏，并按下式计算岩石的抗拉强度：

图6.10　劈裂法试验装置

式中　σt——岩石抗拉强度（MPa）；

　　　Pt——试件破坏荷载（N）；

　　　D——试件直径（mm）；

　　　l——试件长度（mm）。

因为岩石是一种多空隙材料，而抗拉强度受空隙特别是裂隙的影响远比抗压强度大，而且拉应力条件下，仅有内聚力起作用（压应力条件下还有内摩擦阻力起作用），所以岩石的抗拉强度远远低于抗压强度。

测定岩石抗拉强度的方法有材料力学法、圆形薄片法、劈裂法（巴顿法）。但由于制样困难和试验技术复杂，并存在不少问题需要进一步解决，因此目前除有条件者外，一般利用它与抗压强度的比例关系，间接确定（表6.1、表6.2）。(www.xing528.com)

表6.1　常见岩石的抗压强度值（σc）、抗拉强度值（σt）

表6.2　某些岩石抗拉强度和抗压强度间的经验关系

3.岩石的剪切强度（τ）

岩石受剪切力作用时抵抗剪切破坏的最大剪应力，称为剪切强度，由内聚力 C 和内摩擦阻力σtan φ 组成。按实验方法不同，可以分为3种剪切强度：

（1）抗剪断强度：在一定法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。它反映了岩石的内聚力和内摩擦阻力和的大小（图6.11），即

τφ=σtanφ+C

图6.11　岩石抗剪断试验示意图

（2）抗剪（摩擦）强度：在一定法向应力作用下，沿已有破裂面再次剪坏时的最大剪应力。它反映了内摩擦阻力的大小（见图6.12），即

τφ=σtanφ

图6.12　岩石抗剪（摩擦）试验示意图

（3）抗切强度：法向应力为零时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。它反映了岩石的内聚力大小（见图6.13），即

τφ=C

通常用来测定岩石的抗剪断强度的方法有直剪法、变角剪切及三轴剪切等实验方法。实验表明，各类岩石的内摩擦角多在30°～60°，内聚力多在1～50 MPa之间变化。

图6.13　岩石抗切（断）试验示意图

以上对岩石的变形、流变和强度做了简单介绍，其中变形和强度只介绍了单向应力条件下的岩石的性状，但作为建筑物地基或建筑物环境的工程岩体，经常承受包括围压在内的三向应力的作用，为此研究岩石在三向应力作用下的变形和强度非常重要。