无围压岩石试件在单轴压力作用下出现压缩破坏时,单位面积上所承受的荷载称为岩石的单轴抗压强度。室内单轴抗压强度试验通常在压力机上进行。现场岩体单轴抗压强度试验一般在岩柱上进行。岩石受压后直到完全丧失其强度时的力学性质可用图1所示的载荷-变形全过程曲线来表示,但在普通试验机上不能获得破坏后的曲线。图中虚线是逐级加载,实线是在强度破坏后循环加载因为当应力超过峰值,试验机组件本身在施压过程中所贮存的弹性能量便会释放出来,使试件受到很大的附加应变而迅速压坏,所以只能获得峰值应力以前的载荷变形曲线。20世纪70年代以后出现了伺服控制刚性试验机,一方面增大试验机的刚度,另一方面可在试验过程中通过反馈系统控制试样的变形而求得荷载作用下变形的全过程曲线。岩石破坏后表现出承载能力的降低,主要是样品破裂导致有效面积减少而引起的。荷载变形全过程曲线表明岩石破坏后仍具有一定的承载力,这种特性在研究岩石工程的稳定性中有重要价值。
按照《工程岩体试验方法标准》(GB/T 50266),试件一般采用直径为48~54毫米的圆柱体试样,高度为直径的2.0~2.5倍。试验时以0.5~1.0兆帕每秒的加荷速率加载直至试件破坏,试验结果按照下式计算:
式中为岩石单轴抗压强度;
为岩石试件破坏时的荷载;
为试件的截面积。
图2为岩石单轴压缩试验时的典型破坏形式。下表为常见岩石的抗压强度和抗拉强度值。大量试验证明,影响岩石抗压强度的因素很多,内因方面主要有矿物成分、结晶程度、颗粒大小、颗粒联结、胶结情况、密度、层理、裂隙的特性及方向、风化程度、含水情况等,外因主要是试验方法上的因素,包含试件大小、尺寸相对比例、形状、试件加工情况和加荷速率等。
岩石名称 | 抗压强度 (MPa) | 抗拉强度 (MPa) | 岩石名称 | 抗压强度 (MPa) | 抗拉强度 (MPa) |
花岗岩 | 100~250 | 7~25 | 石灰岩 | 30~250 | 5~25 |
闪长岩 | 180~300 | 15~30 | 白云岩 | 80~250 | 15~25 |
粗玄岩 | 200~350 | 15~35 | 煤 | 5~50 | 2~5 |
辉长岩 | 180~300 | 15~30 | 石英岩 | 150~300 | 10~30 |
玄武岩 | 150~300 | 10~30 | 片麻岩 | 50~200 | 5~20 |
砂岩 | 20~170 | 4~25 | 大理岩 | 100~250 | 7~20 |
页岩 | 10~100 | 2~10 | 板岩 | 100~200 | 7~20 |