岩石抗剪断强度的测试方法

岩石力学性质是指岩石在各种静、动力作用下所表现的性质，它包括岩石的强度、变形性质还有岩石的流变性等。岩石力学性质不仅与湿度、密度、成分、结构有关，还与受力条件有很大关系，因而可提供在工程作用下岩石力学性质的变化率，有助于岩体变形破坏规律的探讨，还可作为岩石建筑材料的质量评价。

1.岩石的强度

岩石受力作用破坏主要有压碎、拉断和剪断等形式，因此，岩石强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度

（1）抗压强度。岩石在单向压力作用下，抵抗压碎破坏的能力，称为岩石抗压强度，即

式中fr——岩石抗压强度（kPa） ；

PF——岩石受压破坏时总压力（kN）；

A——岩石受压而积（m2）。

岩石的抗压强度主要取决于岩石的结构和构造，以及矿物成分。

（2）抗拉强度。岩石单向拉伸时，抵抗拉断破坏的能力称为岩石的抗拉强度，即

式中δt——岩石的抗拉强度（kPa）；

Pt——岩石在受拉破坏时总拉力（kN）；

A——岩石受拉而积（m2）。

（3）抗剪强度。岩石抵抗剪切破坏的能力称为岩石的抗剪强度。它分为抗剪断强度、抗剪强度和抗切强度。

1）抗剪断强度。抗剪断强度是指在垂直压力作用下的岩石剪断强度，即

式中τ岩石抗剪断强度（kPa） ；

σ——破裂面上的法向应力（kPa） ；

φ——岩石的内摩擦角；

c——岩石的粘聚力（kPa）；

tanφ——岩石的摩擦系数。

坚硬岩石因结晶联结或胶结联结牢固，因此其抗剪断强度较高。

2）抗剪强度。抗剪强度是沿已有的破裂面发生剪切滑动时的指标，即

抗剪强度大大低于抗剪断强度。

3）抗切强度。抗切强度是指压应力等于零时的抗剪断强度，即

岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。岩石越坚硬，其值相差越大。岩石的抗剪强度和抗压强度是评价岩石稳定性的重要指标。

2.岩石的变形性

岩石的变形性是指岩石在外力作用下的应变性能。随着地下工程规模的不断扩大，开挖深度不断加大以及岩体高边坡工程的大量涌现，岩石的变形性受到越来越多的重视。岩石的变形既包括弹性变形，又包括塑性变形。在工程实践中最常用的变形指标有弹性模量、变形模量和泊松比三种。

（1）弹性模量。应力与弹性应变的比值称为岩石的弹性模量，即

式中E——弹性模量（MPa） ；

σ——正应力（MPa）；

εe——弹性正应变。

（2）变形模量。应力与总应变的比值，称为岩石的变形模量，即

式中Eo——变形模量（MPa） ；

σ——正应力（MPa）；

εe——弹性正应变；

εp——塑性正应变；

ε——正应变。

（3）泊松比。岩石在轴向压力作用下的横向应变和纵向应变的比值，称为泊松比，即

式中 μ——泊松比；

εx——横向应变；

εy——纵向应变。

岩石的泊松比一般在0.2～0.4之间。

常见岩石的物理、水理、力学性质经验数据分别归纳于表3-6和表3-7。

表3-6　常见岩石的物理性质和水理性质指标

表3-7　常见岩石力学性质指标

续表

3.岩石流变性

岩石流变性是指岩石在外力不变的条件下，应力或变形随时间而变化的性质。蠕变现象和松弛现象就是流变的两种宏观表现。其中蠕变是在外力不变的条件下变形随时间延续而不断增长，而松弛则是应力随时间延续而不断衰减。大量的试验结果和工程实践表明，软岩地下工程或高地应力环境下岩石工程大变形问题与其流变性密切相关，在这些岩石中建筑物的破坏往往并不是岩石强度不高，而是因为岩石在未达到破坏之前就发生流变。