图２-5岩体抗剪强度曲线

5。岩石的强度准则

常用岩石的强度准则有：库仑准则、Hoek-Brown准则和格里菲斯准则 （1）库仑准则

①基本思想：该准则认为岩石的破坏属于压剪破坏，在破坏面上，剪切破坏力的一部分用来克服与正应力无关的粘结力，使材料颗粒间相脱离；另一部分用来克服与正应力成正比的摩擦力，使面间发生错动而最终破坏。

②库仑准则的一般表达式

??c??tg?

式中：?,?－破坏面上的正应力和剪应力；其它符号同前。

③库仑准则的主应力表示

该准则在?,?坐标上是一条直线，若某点有一个斜面正好处于极限破坏状态，则该点应力圆与强度直线相切，如图２-6所示。由图的三角关系可以得出：

图２-6 库仑准则的几何表示

整理后，得：

?1?极限破坏角：??450?2ccos?1?sin???3

1?sin?1?sin??2，?为最大主应力与破坏面外法向的夹角；破坏面一般为一

对共轭面。

（2）Hoek-Brown强度准则

Hoek-Brown准则是通过统计分析提出的经验型强度准则，其表达式为：

2?1??3?mi?c?3??c

式中：mi－材料常数，回归系数（可查表求出）。其它符号同前。

该准则可用于任何应力条件下的强度验算。

（3）格里菲斯强度准则

①基本思想：格里菲斯认为，脆性材料是由于材料内的裂纹张拉、开裂引起的破坏。 ②格里菲斯强度准则

当?1?3?3?0时 ?3???t 当?1?3?3?0时

??1??3?2?1??3?8?t

??最先破裂的裂纹方向角?： co2s

?1??3

2??1??3?（三）岩石的变形特征

1。基本内容

岩石变形特征

单轴压缩 普通试验机中－峰值前应力-应变曲线 刚性试验机中－全过程应力-应变曲线 流变特性（变形与时间有关） 常规三轴 真三轴 三轴压缩 2。单轴压缩下岩石的变形特征

（1）典型岩石应力－应变全过程曲线

岩石应力－应变全过程曲线只有在刚性试验中才能做出，如图２-7所示，典型岩石应力－应变全过程曲线一般可以分为5个阶段来描述其性质：

①OA阶段，通常被称为压密阶段。其特征是应力－应变曲线呈上凹型，即应变随应力的增大而减小，形成这一特性的主要原因是：存在于岩石内部的微裂隙在外力作用下发生闭合所致。

②AB阶段，弹性变形阶段。这一阶段的应力－应变曲线基本呈直线。

③BC阶段，塑性变形阶段。当应力值超出屈服应力之后，随着应力的增大曲线呈下凹状，明显的表现出应变增大（软化）的现象。进入了塑性阶段，岩石将产生不可逆的塑性变

?1,??3将同时增大但最小主应变的应变速率??3的增大表现得更明显。形。同时?1,?3应变速率? ④CD阶段，为应变软化阶段。虽然此时已超出了峰值应力，但岩石仍具有一定的承载

能力，而这一承载力将随着应变的增大而逐渐减小，表现出明显的软化现象。

⑤D点以后为摩擦阶段。它仅表现了岩石产生宏观的断裂面之后，断裂面的摩擦所具有的抵抗外力的能力。

图２-7 岩石应力－应变全过程曲线

（2）普通试验机中岩石的单轴压缩特性 在普通试验机中，岩石的应力－应变曲线只有全过程应力－应变曲线中的①②③段。这三段也不是在每种岩石中都能出现，不同的岩石有不同的变形特性，其应力－应变曲线可归纳为如下四类：

（a） 塑弹性（只有图２-7中的①②段）； （b） 弹塑性（只有③④段）； （c） 弹脆性（只有②段）；

（d） 塑弹塑性（①②③段都有）

（3）单轴压缩试验中岩石试件爆裂的原因和防止爆裂的措施。

在普通试验机上，应力－应变曲线达到峰值点时，岩石试件就会爆裂。其原因主要是试验机的刚度比岩石试件的刚度小。

克服爆裂现象的途径主要有：（a）提高试验机刚度（刚性试验机）（b）改变峰值后的加载方式（c）通过伺服控制方式控制试件的位移。

3。岩石试件三轴压缩变形特性

重点了解常规三轴试验岩石的变形特性。常规三轴试验试件的应力－应变曲线随围压增加有如下特点：

① 弹性阶段斜率变化不大，与单轴压缩基本相同。

② 屈服应力，强化强度，峰值强度和残余强度等随围压的增大而增大。 ③ 围压达到一定值后，出现屈服平台，表现出塑性流动特性。 ④ 达到临界围压后，继续增加围压，也不再出现峰值强度。 ⑤ 剪胀现象随围压的提高逐渐减弱，围压越大，体积增加越少。

4。岩石的流变特性

岩石的流变特性包括三部分：岩石的蠕变，它是指在恒定的压力作用下应变随时间的增长而增长的特性；岩石的应力松弛，它是指岩石加至一定的荷载后，使应变不变应力随时间的增长而减小的特性；长期强度，是指应变率为零时的最高应力水平。通常主要研究其蠕变特性。典型的蠕变曲线（如图２-8所示）可分为三个阶段：

图２-8 典型的流变曲线

①初始蠕变阶段（AB段）,在此阶段存在瞬时弹性阶段和弹性后效等特性。 ②稳定蠕变阶段（BC段），在此阶段存在瞬时弹性变形，弹性后效和粘性流动（永久变形）

③加速蠕变阶段（C点以后），又称破坏蠕变阶段或非稳定蠕变阶段，一般过了C点以后岩石破坏（失稳）不可避免。

第五章 工程岩体分类

（一）分级的目的

1.为岩体的质量做出归类评价；

2.为工程设计、施工、成本预、结算，定额标准确定等方面提供必要的参数； 3.为岩体力学试验结果，施工经验，研究成果的交流提供参考标准

（二）分级的原则

1.不同的岩体工程应采用不同的分级方法或采取不同的修正参数，以正确的评价地质条件对各类工程的影响；

2.尽可能采用定性与定量相结合的方法确定分类指标综合评价岩体质量； 3.分级数不宜过多，一般5级为宜；

4.分级方法应简易、快速、便于实际操作； 5.尽可能采用相互独立因素作为分级的指标；

（三）我国工程岩体分级标准际（GB 50218-94）简介

工程岩体分级的基本方法

1．确定岩体基本质量

按定性、定量相协调的要求，最终定量确定岩体的坚硬与岩体完整性指数（Kv）。 岩石坚硬程度采用岩石单轴饱和抗压强度（Rc）。当无条件取得Rc时，亦可实测岩体的点荷载强度指数（Is(50)）进行换算，（Is(50)）指直径50mm圆柱形试件径向加压时的点荷载强度），Rc和Is(50)的换算关系见下式：