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岩石力学参数及其测定方法

2025-07-14

  岩石力学参数测定是评估岩石物理和机械性质的关键步骤,这些参数对于地质工程、矿山设计、土木工程建设(如隧道开挖、边坡稳定分析等)具有重要意义。以下是几种常用的岩石力学参数及其测定方法:

  常见岩石力学参数

  单轴抗压强度(UCS, Uniaxial Compressive Strength)描述岩石在单轴压力作用下的z大承载能力。

  弹性模量(Elastic Modulus)反映岩石在受力时的变形特性,即应力与应变之比。

  泊松比(Poisson’s Ratio)表示岩石横向应变与纵向应变的比例关系。

  抗拉强度(Tensile Strength)衡量岩石抵抗拉伸破坏的能力。

  剪切强度(Shear Strength)描述岩石抵抗剪切破坏的能力,通常通过直接剪切试验或三轴压缩试验获得。

  内摩擦角(Internal Friction Angle)和粘聚力(Cohesion)这两个参数是莫尔-库仑破坏准则中的关键因素,用于描述岩石材料的抗剪性能。

  测定方法

  单轴抗压强度测试

  实验设备:使用压力机对圆柱形岩样施加轴向载荷直至破坏。

  样品准备:岩样直径一般为50mm左右,高径比约为2:1。

  数据处理:记录破坏时的z大载荷,根据岩样的截面积计算得到单轴抗压强度。

  弹性模量和泊松比测定

  三轴压缩试验:除了提供更准确的抗压强度外,还可以测量岩石的弹性模量和泊松比。通过在不同围压条件下进行压缩试验,并记录加载过程中的应力-应变曲线来确定这些参数。

  超声波法:利用超声波传播速度的变化间接估算岩石的弹性模量,此方法快速且非破坏性。

  抗拉强度测试

  巴西劈裂试验:通过对圆盘状岩样施加径向压缩力导致其沿直径方向断裂,从而间接测定岩石的抗拉强度。

  直接拉伸试验:较少采用,因为制备合适的试样较为困难。

  剪切强度测试

  直剪试验:将岩样置于特定装置中,在垂直和平行于预定剪切面的方向上分别施加正应力和剪应力,直到发生剪切破坏。

  三轴压缩试验:不仅可以测得岩石的抗压强度,还能提供关于其抗剪强度的信息。

  注意事项

  样品代表性:确保采集的岩样能够代表实际工程地质条件下的岩石性质。

  环境控制:考虑到温度、湿度等因素可能影响岩石力学性能,必要时应在接近现场条件的情况下进行测试。

  标准遵循:按照国际或国家标准(如ISRM建议方法、ASTM标准等)执行测试,以保证结果的一致性和可靠性。

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