<井筒强化技术>各向异性岩石强度
本文摘要：（由ai生成）
岩石强度指外力下破坏的极限应力，通过实验室和现场试验确定。岩石应力-应变曲线受围压、温度和中间主应力影响。岩石分岩浆岩、沉积岩和变质岩，沉积岩占地表出露面积75%，具有层理构造导致各向异性。岩体和岩块强度受不同因素控制，岩体强度受结构面和构造特征影响，岩块强度取决于矿物间联结力和微裂隙。
岩石强度包括抗压、抗拉、抗剪（断）强度及岩石破坏、断裂的机理和强度准则。室内用压力机、直剪仪、扭转仪及三轴仪，现场做直剪试验和三轴试验，以确定强度参数（凝聚力和内摩擦角）。强度准则大多采用库伦－纳维准则。这个准则假定对破坏面起作用的正应力会增加岩石的抗剪强度，其增加量与正（压）应力的大小成正比。其次采用莫尔准则，也可采用格里菲思准则和修正的格里菲思准则。岩石在外力作用下达到破坏时的极限应力，岩石力学性质的主要属性之一。它是通过实验室内或现场的试验求得的。在岩石力学中，岩石一词是岩块和岩体的总称。岩块是指由地质构造因素割裂而成的不连续块体，是岩体的组成单元。实验室试验用的岩样就是岩块。岩体是指包括地质结构的地质体的一部分。虽然岩块和岩体具有相同的地质历史环境，经历过同样的地质构造作用，但它们的性质是有区别的。反映在强度方面，岩块的强度主要取决于构成岩石的矿物和颗粒之间的联结力和微裂隙的影响；而对岩体强度起控制作用的则是岩体中的结构面和构造特征。
岩石应力-应变曲线如上图所示，表征了岩石从开始变形，逐渐破坏，到最终失去承载能力的整个过程。根据岩石的变形把全应力应变曲线分为6个阶段， 各个阶段的特征和反映的物理意义如下：
（1）应力缓慢增加，曲线朝上凹，岩石试件内裂隙逐渐被压缩闭合而产生非线性变形，卸载后全部恢复，属于弹性变形。
（2）线弹性变形阶段，曲线接近直线，应力应变属线性关系，卸载后可完全恢复。
（3）曲线偏离线性，出现塑性变形。从B点开始，试件内部开始出现平行于最大主应力方向的微裂隙。随应力增大，数量增多，表征着岩石的破坏已经开始。
（4）岩石内部裂纹形成速度增快，密度加大，D点应力到达峰值，到达岩石最大承载能力。
（5）应力继续增大，岩石承载力降低，表现出应变软化特征。此阶段内岩石的微裂隙逐渐贯通。
（6）残余强度。强度不再降低，变形却不断增大。
围压、温度及中间主应力对岩石应力-应变曲线的影响如下图所示，围压和温度会使岩石由脆性破坏变为塑性破坏，中间主应力的增大导致岩石强度先增大后减小。
岩石根据其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。如果把变质岩分别包括在岩浆岩和沉积岩中,那么地壳里岩浆岩占95%,沉积岩仅占5%。但是以地表出露的面积计,前者只占25%,后者却占75%。沉积岩的主要构造特征是在沉积形成过程中产生的层理。层理反映岩石成分在垂直方向向上变化的情况。层理的发生主要决定于下列原因:成分相同时颗粒大小在垂直方向上的变化,不同成分颗粒的交替和某些矿物颗粒在一定方向上的定向。层理产生的原因：沉积岩在平行于和垂直于层理面方向上的岩石物理力学性质具有明显差异,即各向异性。变质岩的主要构造特征是片理。人们常常把它和层理相混起来。岩石沿平行平面分裂为薄片的能力叫做片理。片理面常常不与层理面一致。片理面发生在单向压力作用的方向,而这种单向压力可以和层理面成不同的角度。片理会引起岩石的各向异性。
