巖體力學性質

巖體變形性質的物理量主要是變形模量、彈性模量和泊松比等。具有彈性和非彈性性能的巖體在加荷時應力與應變的比值，稱為變形模量。巖體在彈性變形階段內，應力與應變的比值，稱為彈性模量或楊氏模量。軸向加荷的巖體試件的側向應變與軸嚮應變的比的負值，稱為泊松比。巖體的變形模量值普遍低於巖塊的變形模量值，兩者的比值一般為0.2～0.6。巖體變形模量與其彈性模量的比值，也多為0.2～0.6。巖體的變形性質普遍具有各向異性，不同方向的模量值不相同，在有些情況下，高達1∶10,通常為1∶2。此外，巖體變形模量與彈性模量的比值，也常常隨着方向不同而變化。

巖體在各種壓力狀態下所能承受的最大應力，稱為巖體的強度。它可分為單軸抗壓強度、單軸抗拉強度、三軸抗壓強度以及剪切強度等。單軸抗壓強度是巖體在單向壓縮時所能承受的最大壓應力。巖體的單軸抗壓強度總是低於巖塊的單軸抗壓強度。二者的比值變化較大，通常為0.05～0.65。單軸抗拉強度是巖體在單向拉伸時所能承受的最大拉應力。巖體單軸抗拉強度很難實測，一般認為其值很小或接近於零。巖體在三向受壓狀態下所能承受的最大壓應力，稱為巖體三軸抗壓強度。原位巖體三軸壓縮試驗的開展，有益於更好地評價巖體的各向異性。巖體內任一方向切面在任一法向壓應力下所能抵抗的最大剪應力，稱為巖體該方向切面在該法嚮應力下的剪切強度。它可分為剪斷強度、重剪強度和抗切強度。剪斷強度是巖體中先前沒有破壞的面在任一法嚮應力下能抵抗的最大剪應力。剪切面上法嚮應力等於零時的剪斷強度，稱為抗切強度。巖體中先前存在的破壞面在任一法向壓應力下能抵抗的最大剪應力，稱為重剪強度。巖體剪切強度的大小，通常用庫侖強度參數，即內聚力和內摩擦角的大小來説明。巖體的剪切強度遠小於巖塊的剪切強度。巖體重剪強度的內聚力值一般在0～0.3兆帕，內摩擦角多為10°～48°。巖體剪斷強度的內聚力值一般在0.05～4兆帕,內摩擦角多為20°～55°。巖體剪切強度具有各向異性。沉積岩體的各向異性最為顯著，火成岩體的各向異性表現不明顯，變質岩體的各向異性則介於沉積岩體和火成岩體之間。

原位巖體的力學性質較巖塊的力學性質更為複雜。巖體的力學性質除受巖塊力學性質的影響外，還受巖體結構和環境因素的影響和控制。因此，巖體的力學性質通常不能根據實驗室小岩石試件試驗的結果來預測，而必須通過原位巖體力學試驗來測定。這類試驗有承壓板載荷試驗、水壓洞室試驗、鑽孔變形試驗、原位巖體單軸抗壓強度試驗、原位直剪試驗以及原位三軸壓縮試驗等（見岩土試驗）。進行原位巖體力學性質試驗時要注意試驗巖體的代表性、比例尺效應以及試驗方法的選擇。