巖石的力學(xué)性質(zhì)_工程地質(zhì)認(rèn)識與分

第二節(jié)　巖石的力學(xué)性質(zhì)

巖石的力學(xué)性質(zhì)是指巖石在外力作用下所表現(xiàn)出來的性質(zhì)，巖石的力學(xué)性質(zhì)包括巖石的變形性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)。巖石的變形性質(zhì)所表現(xiàn)的是巖石對外力的尺寸響應(yīng)，而強(qiáng)度性質(zhì)所表現(xiàn)的是巖石抵抗外力破壞的能力。

在外力作用下巖石首先產(chǎn)生變形，隨著力的不斷增加，達(dá)到或超過某一極限值時(shí)，便產(chǎn)生破壞，巖石遭受破壞時(shí)的應(yīng)力稱為巖石的強(qiáng)度。研究巖石的力學(xué)性質(zhì)，主要是要研究巖石的變形、破壞與強(qiáng)度等性質(zhì)。

研究巖石的變形性質(zhì)，主要是研究巖石在外力作用下所表現(xiàn)出來的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，而巖石的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系又與巖石的受力狀態(tài)有關(guān)，下面就巖石的變形性質(zhì)加以闡述。

一、巖石的變形性質(zhì)

（一）單向受壓條件下的巖石變形

在外力作用下，巖石內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，由于質(zhì)點(diǎn)位置的改變，引起巖石變形。巖石的變形可分為彈性變形和塑性變形兩種。按固體力學(xué)定義，彈性變形是指物體受力發(fā)生相應(yīng)的全部變形，并在外力解除的同時(shí)，變形立即消失，因而是可逆變形。塑性變形是指物體受力變形，在外力解除后，變形不再恢復(fù)，是不可逆變形，又稱為永久變形或殘余變形。

巖石的變形規(guī)律，可通過外力作用下的變形過程及變形參數(shù)說明。所以，首先來研究巖石的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。

1．巖石的應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征

巖石在連續(xù)加載條件下的應(yīng)變，可分為軸向應(yīng)變（ε_L）、橫向應(yīng)變（ε_d）和體積應(yīng)變（ε_v）。前兩者可用電阻應(yīng)變儀測量。體積應(yīng)變則用ε_v＝ε_L-2ε_d來進(jìn)行計(jì)算求得。求得了各級應(yīng)力下的這三種應(yīng)變值，就可繪出相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，也有的是由繪圖儀直接自動(dòng)繪出。該曲線是分析研究巖石變形機(jī)理的主要依據(jù)，其中以壓應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線應(yīng)用最廣。

根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)研究，在單向壓力作用下，典型的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)糖€，即反映單軸壓縮巖石試件在破裂前后全過程的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的曲線如圖3-1所示。

圖3-1　巖石典型全程應(yīng)力-應(yīng)變曲線

從圖3-1可以將巖石的變形過程劃分為六個(gè)階段。

（1）微裂隙及孔隙閉合階段（OA段）。在載荷作用初期，巖石中的裂隙及孔隙被逐漸壓密，形成早期非線性變形。曲線呈上凹型，即斜率隨著應(yīng)力增大而逐漸增大，表明裂隙、孔隙壓密開始較快，隨后逐漸減慢。本階段變形對裂隙化巖石來說比較明顯，但對堅(jiān)硬少裂隙的巖石則不明顯，甚至不顯現(xiàn)。

（2）可恢復(fù)彈性變形階段（AB段）。隨載荷增加，軸向變形成比例增長，斜率保持不變，并在很大程度上是可恢復(fù)的彈性變形。這一階段的上界應(yīng)力稱為彈性極限，其值約等于峰值強(qiáng)度的30%～40%。此階段中有微量新型隙隨之產(chǎn)生。

（3）部分彈性變形至微裂隙擴(kuò)展階段（BC段）。這一階段的特點(diǎn)可由開始膨脹和近似性增長的體積應(yīng)變來表征。這是由于巖石連續(xù)壓縮所造成的。曲線σ-ε_L仍呈近似直線，而曲線σ-ε_v則明顯偏離直線。這一階段的上界應(yīng)力稱為屈服極限，這時(shí)巖石壓密至最密實(shí)狀態(tài)，體積應(yīng)變趨于零，該點(diǎn)出現(xiàn)在80%峰值強(qiáng)度處。

（4）非穩(wěn)定裂隙擴(kuò)展至巖石結(jié)構(gòu)破壞階段（CD段）。這一階段的特點(diǎn)是微裂隙迅速增加和不斷擴(kuò)展，形成局部拉裂或剪裂面。體積變形由壓縮轉(zhuǎn)變?yōu)榕蛎洠罱K導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)完全破壞。本階段的上界應(yīng)力稱為峰值強(qiáng)度或單軸抗壓強(qiáng)度。

（5）微裂隙聚結(jié)與擴(kuò)展階段（DE段）。巖石通過峰值應(yīng)力階段，雖然其內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全破壞，但巖石仍呈整體。到本階段裂隙擴(kuò)展成分叉狀，并相互聯(lián)合形成宏觀斷裂面。此時(shí)由于應(yīng)變軟化效應(yīng)，應(yīng)力隨著應(yīng)變增加而降低。

（6）沿破斷面滑移階段（EF段）。本階段巖石基本上已經(jīng)分離成一系列碎塊體，并在外力作用下相互滑移，隨之變形不斷增加。而應(yīng)力則降低到某一穩(wěn)定值，這一穩(wěn)定值稱為殘余強(qiáng)度，其大小等于塊體間的摩擦阻力。

通過各種巖石的實(shí)驗(yàn)研究，將巖石在單向壓力作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線歸納為六種類型（圖3-2）。

圖3-2　單軸壓縮巖石直至破壞的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線

類型Ⅰ（彈性），表現(xiàn)為近似于直線的特點(diǎn)，直到發(fā)生突發(fā)性破壞。如玄武巖、石英巖、輝綠巖、白云巖及堅(jiān)硬石灰?guī)r等的特征變形曲線。

類型Ⅱ（彈—塑性），開始為直線，末端出現(xiàn)非彈性屈服段。較軟而少裂隙的巖石，如石灰?guī)r、粉砂巖和凝灰?guī)r等，常呈這種變形曲線。

類型Ⅲ（塑一彈性），開始為上凹型曲線，然后轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€。堅(jiān)硬而裂隙較發(fā)育的巖石，如砂巖、花崗巖等，在垂直微裂隙方向加載時(shí)常具有這種變形曲線。

類型Ⅳ和類型Ⅴ（塑—彈—塑性）為S型曲線。曲線中段的斜率大小與巖性軟硬程度有關(guān)。巖性較軟且含有微裂隙者，如片麻巖、大理巖和片巖等常具有這種變形特性。

類型Ⅵ（彈—塑—蠕變性），開始為直線，很快變?yōu)榉蔷€性變形和連續(xù)緩慢的蠕變變形，如鹽巖和其他蒸發(fā)巖的特征變形曲線。

巖石在循環(huán)加載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，隨著加卸載方法及卸載應(yīng)力的不同而異。詳見巖石力學(xué)等相關(guān)內(nèi)容，在此從略。

2．巖石的變形參數(shù)

根據(jù)彈性理論，巖石的變形特征可用變形模量和泊松比兩個(gè)基本參數(shù)表示。

1）變形模量

指巖石在單向受壓時(shí)，軸向應(yīng)力（σ_d）與軸向應(yīng)變（ε_L）之比。當(dāng)壓應(yīng)力-應(yīng)變?yōu)橹本€時(shí)，變形模量為常量，如圖3-3（a）所示，數(shù)值上等于直線的斜率。由于其變形為彈性變形，所以該模量又稱為彈性模量。

當(dāng)應(yīng)力-應(yīng)變?yōu)榍€關(guān)系時(shí)，變形模量為變量，即不同應(yīng)力階段上的模量不同。常用初始模量、切線模量和割線模量三種模量來表示，如圖3-3（b）所示。

初始模量（E_i）是指曲線原點(diǎn)處的切線斜率，即：

切線模量（E _t）是指曲線中段直線的斜率，即：

割線模量（ES），是指曲線上某特定點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率。通常取相當(dāng)于抗壓強(qiáng)度的應(yīng)變點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率，即：

圖3-3　E的確定方法

1．初始模量；2．切線模量；3．割線模量

對于卸載點(diǎn)的應(yīng)力高于彈性極限時(shí)，則卸載曲線從原來的加載曲線偏離出來，如圖3-4所示。

圖3-4　卸載點(diǎn)在彈性極限點(diǎn)以外的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

假設(shè)能恢復(fù)的彈性變形為ε_e，不能恢復(fù)的塑性變形為ε_p，則巖石的彈性模量（E _e）和變形模量（E _o）分別為：

2）泊松比（μ）

是指巖石在單向受壓時(shí)，橫向應(yīng)變（ε_d）與軸向應(yīng)變（ε_L）之比，即：

在實(shí)際工作中，常采用抗壓強(qiáng)度的50%的應(yīng)變點(diǎn)的橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變來計(jì)算泊松比。

實(shí)驗(yàn)研究表明，巖石的變形模量和泊松比往往具有各向異性的特征。當(dāng)平行于微結(jié)構(gòu)面加載時(shí)，變形模量最大；而垂直微結(jié)構(gòu)面的變形模量最小。兩者的比值，沉積巖一般為1．08～2．05，變質(zhì)巖為2．0左右。

（二）巖石在三軸壓縮條件下的變形性質(zhì)

作為建筑物地基或場地的工程巖體，經(jīng)常處于三向應(yīng)力狀態(tài)中。為此研究巖石在三向應(yīng)力下的變形具有重要的意義。

為了研究巖石在三向應(yīng)力下的變形，常進(jìn)行兩種應(yīng)力狀態(tài)下的三軸實(shí)驗(yàn)：一是σ₁＞σ₂＞σ₃，稱為不等壓或真三軸實(shí)驗(yàn)；二是σ₁＞σ₂＝σ₃＞0，稱為假三軸或常規(guī)三軸實(shí)驗(yàn)。

在圍壓作用下，巖石的變形特征與單向受壓時(shí)不盡相同。首先巖石破壞前的應(yīng)變隨著圍壓的增大而增加；另外，隨圍壓增大，巖石的塑性也不斷增大，即隨著圍壓增大，巖石逐漸由脆性轉(zhuǎn)化為延性（即巖石能承受大量永久變形而不破壞的性質(zhì)）。

圍壓對巖石變形模量的影響常因巖性而異。對堅(jiān)硬少裂隙的巖石影響較小，而對軟弱多裂隙的巖石影響較大。研究表明：對砂巖來說，隨圍壓增大，其變形模量在屈服前可提高20%，而到接近破壞前則下降20%～40%。但總的來說，隨著圍壓的增加，巖石的變形模量和泊松比都有一定程度的提高。

總之，巖石在三軸壓縮條件下，隨著圍壓的增加其變形特征如下。

（1）彈性段的斜率變化不大，其相應(yīng)的變形參數(shù)與單軸壓縮條件下的變形參數(shù)基本相等；正因?yàn)槿绱?，就可以通過相應(yīng)的單軸實(shí)驗(yàn)確定復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的彈性常數(shù)。

（2）某些巖石在一定側(cè)壓下，出現(xiàn)屈服平臺或塑性流動(dòng)現(xiàn)象。

（3）屈服極限、強(qiáng)化程度、韌性（峰值時(shí)的極限應(yīng)變量）及強(qiáng)度峰值，都與側(cè)壓大小成正比。

（三）巖石的流變性

巖石的流變性是指應(yīng)力-應(yīng)變隨時(shí)間流逝而變化的性質(zhì)，是巖土的重要力學(xué)性質(zhì)之一。

巖石的流變性包括以下四個(gè)方面。

（1）蠕變。即在應(yīng)力大小和方向不變的條件下，隨著時(shí)間的延長，應(yīng)變不斷增加的現(xiàn)象。

（2）松弛。即在應(yīng)變不變的條件下，隨著時(shí)間的延長，應(yīng)力降低的現(xiàn)象。

（3）彈性后效。即加（卸）載后經(jīng)過一段時(shí)間應(yīng)變才增加（或減少）到應(yīng)有數(shù)值的現(xiàn)象。

（4）黏性流動(dòng)。即蠕變一段時(shí)間后卸載，部分應(yīng)變永久不能恢復(fù)的現(xiàn)象。

研究巖石的流變性主要是研究巖石的蠕變特性。在工程實(shí)踐中，往往并非巖石的強(qiáng)度不夠，而是由于蠕變使巖石產(chǎn)生了過量的變形，進(jìn)而使工程體產(chǎn)生破壞。因此，在某些情況下，只按巖石（體）的強(qiáng)度來進(jìn)行設(shè)計(jì)是不安全的，應(yīng)該考慮巖石蠕變特性的影響。

巖石的蠕變特性主要取決于巖石本身的性質(zhì)。像花崗巖一類的堅(jiān)硬巖石，其蠕變變形很小，常可忽略；而像頁巖、泥巖一類的軟弱巖石，其蠕變變形往往很大，并導(dǎo)致蠕變破壞，必須引起重視，以便更切合實(shí)際地評價(jià)巖石變形及其穩(wěn)定性。

當(dāng)在巖石試件上施加一恒定的載荷時(shí)，巖石立即產(chǎn)生一瞬時(shí)彈性應(yīng)變，然后便進(jìn)入蠕變變形過程。一般可將蠕變變形過程分為三個(gè)階段，如圖3-5所示。

（1）初始蠕變階段（AB段）。其特點(diǎn)是應(yīng)變最初隨時(shí)間增長較快，但其增長率隨時(shí)間的推移逐漸降低，曲線呈下凹型。

圖3-5　蠕變的三個(gè)階段

（2）等速蠕變階段（BC段）。其特點(diǎn)是應(yīng)變隨時(shí)間近于等速增加，曲線呈近似直線。

（3）加速蠕變階段（CD段）。應(yīng)變速率迅速增長，直至巖石破壞（D點(diǎn)），本階段是完成時(shí)間階段。

任何一個(gè)蠕變階段的持續(xù)時(shí)間，都取決于巖石類型、載荷大小及溫度等因素。對同一種巖石來說，載荷值越大，Ⅱ階段持續(xù)的時(shí)間也越短，Ⅲ階段的破壞出現(xiàn)就越快，在載荷很大時(shí)，幾乎在加載后就立即產(chǎn)生破壞。而在載荷較小時(shí)則可能僅出現(xiàn)Ⅰ階段或Ⅰ、Ⅱ階段。使巖石僅產(chǎn)生蠕變變形而不產(chǎn)生破壞的最大應(yīng)力稱為蠕變極限。當(dāng)應(yīng)力值達(dá)到或超過蠕變極限時(shí)，巖石才可能由蠕變至產(chǎn)生破壞。通常把出現(xiàn)蠕變產(chǎn)生破壞的最低應(yīng)力值稱為長時(shí)強(qiáng)度，即當(dāng)應(yīng)力水平低于長時(shí)強(qiáng)度時(shí)，一般不導(dǎo)致巖石破裂，蠕變過程只包含前兩個(gè)階段；當(dāng)應(yīng)力水平高于長時(shí)強(qiáng)度時(shí)，則經(jīng)過一段時(shí)間，最終必將導(dǎo)致巖石破裂，蠕變過程的三個(gè)階段均存在。

在中硬以下巖石及軟巖中開掘的地下工程和礦山巷道，大都需經(jīng)過半個(gè)月至半年，或更長時(shí)間的變形才能達(dá)到相對的穩(wěn)定狀態(tài)，甚至處于無休止的變形狀態(tài)，直至破裂失去穩(wěn)定，而巷道開掘后，在復(fù)雜的外力作用下，其值可視為常數(shù)，故在相應(yīng)條件下巷道變形的實(shí)質(zhì)都可歸結(jié)為蠕變現(xiàn)象。因此，研究蠕變現(xiàn)象對解決地下工程和巷道的設(shè)計(jì)和維護(hù)等問題，具有十分重要的意義。

二、巖石的強(qiáng)度性質(zhì)

巖石在外力作用下所表現(xiàn)的力學(xué)性質(zhì)中，除了變形性質(zhì)以外，還有一個(gè)重要的性質(zhì)就是巖石的強(qiáng)度性質(zhì)，它主要是反映巖石抵抗外力破壞的能力。巖石在外力作用下，當(dāng)達(dá)到或超過某一極限值時(shí)，便發(fā)生破壞。通常把巖石抵抗外力破壞的能力稱為巖石的強(qiáng)度。由于巖石的強(qiáng)度不僅因巖石的種類不同而有差異，即使同一類巖石甚至同一層的巖石，由于其形成過程的外力作用、礦物的組成成分含量等的不同，其強(qiáng)度也是不同的。所以，一般根據(jù)所研究工程體的具體情況而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室壓力試驗(yàn)確定。

（一）巖石強(qiáng)度的種類

巖石在外力作用下發(fā)生破壞時(shí)，按外力的性質(zhì)不同可將巖石的強(qiáng)度分為抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度三類。

1．單軸抗壓強(qiáng)度

單軸抗壓強(qiáng)度是指巖石單向受壓時(shí)，能夠承受的最大壓應(yīng)力，即：

式中：σ_c——巖石單軸抗壓強(qiáng)度，Pa；

　P——巖石受壓破壞時(shí)的載荷，N；

　A——巖石試件的橫斷面面積，m²。

2．巖石的抗拉強(qiáng)度

巖石單向受拉時(shí)，能承受的最大拉應(yīng)力，稱為巖石的抗拉強(qiáng)度。雖然在工程實(shí)踐中，通常不允許拉應(yīng)力出現(xiàn)，但拉斷破壞仍是工程巖體及自然界巖體主要的破壞方式之一。而且?guī)r石抵抗拉應(yīng)力的能力最低，因此，抗拉強(qiáng)度是一個(gè)非常重要的巖石力學(xué)指標(biāo)。測定巖石抗拉強(qiáng)度的方法有直接拉伸法和間接拉伸法兩種。由于直接拉伸法的試件制備困難且實(shí)驗(yàn)技術(shù)復(fù)雜，目前多采用間接拉伸法，其中又以劈裂法和點(diǎn)載荷實(shí)驗(yàn)最常用。劈裂法是把圓柱體或立方體試件橫置于專門的抗拉夾具內(nèi)，然后以一定加載速率加壓，直至試件破壞。

需要說明的是，巖石的抗拉強(qiáng)度測試方法由于制樣困難和實(shí)驗(yàn)技術(shù)復(fù)雜，且存在不少問題需要進(jìn)一步解決，因此，目前除有條件者外，一般利用它與抗壓強(qiáng)度的比例關(guān)系間接確定。

3．巖石的抗剪強(qiáng)度

巖石受到剪力作用時(shí)抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力，稱為剪切強(qiáng)度。巖石的剪切強(qiáng)度與土一樣，也是由內(nèi)聚力（C）和內(nèi)摩擦阻力（σ_n·tanφ）兩部分組成的，只是它們都比土的相應(yīng)部分大，這與巖石具有牢固的聯(lián)結(jié)有關(guān)。按實(shí)驗(yàn)方法的不同，所測定的剪切強(qiáng)度的含義也不同，通常分為以下幾種。

1）抗切強(qiáng)度

剪切面上不加法向載荷時(shí)巖石的抗剪強(qiáng)度，通常稱為抗切強(qiáng)度。在這種情況下，剪切破壞面上巖石的內(nèi)聚力就等于抗切強(qiáng)度，屬于純剪強(qiáng)度，即：

τ＝C　　?。?-27）

2）抗剪強(qiáng)度

剪切面上加法向載荷的剪切實(shí)驗(yàn)稱為壓剪實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)得出的強(qiáng)度指標(biāo)，即在某一法向壓應(yīng)力作用下試件能抵抗的最大剪應(yīng)力，稱為抗剪強(qiáng)度。這種情況下巖石的抗剪強(qiáng)度是一個(gè)變量，它與試件破壞時(shí)作用在剪裂面上的正應(yīng)力有關(guān)，即：

τ＝C＋σ_n·tanφ　　?。?-28）

3）摩擦強(qiáng)度

摩擦強(qiáng)度是指巖石試件內(nèi)已經(jīng)有斷裂面時(shí)，在某一法向壓力作用下所能抵抗剪切破壞的能力。由于巖石試件已經(jīng)剪斷而失去黏結(jié)內(nèi)聚力（C＝0），這時(shí)得出的抗剪強(qiáng)度僅是由內(nèi)摩擦阻力所造成的，故稱為摩擦強(qiáng)度，又稱為殘余抗剪強(qiáng)度。此時(shí)其值為：

τ＝σ_n·tanφ　　?。?-29）

4）重剪強(qiáng)度

重剪強(qiáng)度是指巖石試件內(nèi)部存在不完全斷裂面時(shí)，在某一法向壓力作用下抵抗剪切破壞的能力。這種情況與自然界巖石一般存在裂隙面相近似，所以更能較為實(shí)際地反應(yīng)巖石的實(shí)際抗剪強(qiáng)度。此時(shí)其值為：

τ＝C _r＋σ_n·tanφ　　?。?-30）

4．多軸抗壓強(qiáng)度

多軸抗壓強(qiáng)度是指在其他方向壓力固定不變的條件下，變化一個(gè)方向即軸向壓力至巖石破壞時(shí)的最大值。巖石的多軸抗壓強(qiáng)度主要通過實(shí)驗(yàn)測定，應(yīng)用較廣的是巖石的三軸抗壓強(qiáng)度，它是指巖石試件在三軸壓力作用下所能承受的最大軸向壓應(yīng)力。隨著圍壓增大，巖石的抗壓強(qiáng)度也不斷增大。

（二）巖石強(qiáng)度的影響因素

巖石的抗壓強(qiáng)度是反映巖石力學(xué)性質(zhì)的主要指標(biāo)之一。它在巖體工程分類、建筑材料選擇及工程巖體穩(wěn)定性評價(jià)計(jì)算中都是必不可少的指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)研究表明，巖石的抗壓強(qiáng)度受一系列因素的影響和控制。這些因素包括兩個(gè)方面：一方面是巖石本身的因素，如礦物組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造及含水狀態(tài)等；另一方面是實(shí)驗(yàn)條件，如試件形狀、尺寸、高徑比及受載狀態(tài)、加載速率等。

1．巖石本身的影響

1）巖石的礦物組成

巖石的礦物組成是影響其抗壓強(qiáng)度的重要因素之一。一般來說，含強(qiáng)度高的礦物（如石英、長石、角門石、輝石及橄欖石等）較多時(shí)，巖石強(qiáng)度就高；相反，含軟弱礦物（如云母、黏土礦物、滑石及綠泥石等）較多時(shí)，強(qiáng)度就低。石英巖、花崗巖、閃長巖等巖石的抗壓強(qiáng)度一般為100～300MPa，最高可達(dá)350MPa，而頁巖、黏土巖和千枚巖等巖石的抗壓強(qiáng)度最高不超過100MPa。

2）巖石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

巖石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造對強(qiáng)度的影響，主要表現(xiàn)在礦物顆粒間的聯(lián)結(jié)、顆粒大小與形狀、空隙性等，一般來說，具有結(jié)晶聯(lián)結(jié)的巖石強(qiáng)度比非結(jié)晶聯(lián)結(jié)的高；細(xì)粒結(jié)構(gòu)的巖石強(qiáng)度比粗粒結(jié)構(gòu)的巖石強(qiáng)度高，這是因?yàn)榧?xì)結(jié)晶的巖石顆粒間接觸面積大，聯(lián)結(jié)力增強(qiáng)的緣故。由粒柱狀礦物組成的巖石，其強(qiáng)度高且一般不屬于各向異性；而片狀、鱗片狀礦物組成的巖石，不僅強(qiáng)度低，而且往往具有較強(qiáng)的各向異性。對于膠結(jié)聯(lián)結(jié)的巖石，其強(qiáng)度主要取決于膠結(jié)物成分，硅質(zhì)膠結(jié)的強(qiáng)度最高，鐵鈣質(zhì)膠結(jié)的次之，泥質(zhì)膠結(jié)的最低。巖石空隙性常反映它的密實(shí)程度，空隙度越大，強(qiáng)度越低。強(qiáng)度隨著其密度減小而降低的現(xiàn)象，就是空隙性對巖石強(qiáng)度影響的具體表現(xiàn)。此外，如果空隙（指各種微結(jié)構(gòu)面）是定向排列的，則巖石強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的各向異性特征。

3）含水狀態(tài)

含水狀態(tài)對巖石的強(qiáng)度有顯著的影響。一般隨含水率增大巖石強(qiáng)度降低，但巖性不同，降低的程度也不同，這主要取決于巖石中親水性和可溶性礦物的含量及空隙性等。親水性和可溶性礦物含量越多，開空隙越發(fā)育，巖石強(qiáng)度降低越明顯，如頁巖、黏土巖飽水后強(qiáng)度可降低。含水狀態(tài)對巖石強(qiáng)度的影響參見巖石物理性質(zhì)中巖石的軟化性。

2．實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)條件對巖石強(qiáng)度也有一定的影響，其影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）巖石試件形狀

一般來說，圓柱體試件的強(qiáng)度大于棱柱體試件，這是因?yàn)楹笳呃饨遣糠謶?yīng)力集中的緣故。

2）試件的尺寸及高徑比

一般來說，在其他條件相同的條件下，試件尺寸越大，其強(qiáng)度越低。但尺寸增大到一定程度后，強(qiáng)度大致保持不變。此外，試件的高徑比對巖石的抗壓強(qiáng)度也有很大的影響，當(dāng)試件的高徑比很小時(shí)，其應(yīng)力分布趨于三向狀態(tài)，因而試件具有很高的抗壓強(qiáng)度。目前，標(biāo)準(zhǔn)試件采用的高徑比為2∶1。

3）試件受載狀態(tài)

巖石因受載狀態(tài)不同，其抗壓強(qiáng)度大小很懸殊。實(shí)驗(yàn)表明，巖石在不同應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度值一般符合以下規(guī)律。

三向等壓抗壓強(qiáng)度＞三向不等壓抗壓強(qiáng)度＞雙向抗壓強(qiáng)度＞單向抗壓強(qiáng)度＞抗剪強(qiáng)度＞抗彎強(qiáng)度＞單向抗拉強(qiáng)度。

4）試件的加載速率

試件的加載速率對巖石的強(qiáng)度有明顯的影響，如對巖石進(jìn)行單向抗壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，加載速率增加，將使巖石的抗壓強(qiáng)度增大。某些沖擊實(shí)驗(yàn)表明，高速加載時(shí)所得到的抗壓強(qiáng)度會比慢速加載時(shí)大好幾倍。

影響巖石抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的影響因素相同，但起主要作用的因素是巖石的結(jié)構(gòu)，特別是巖石空隙性的影響尤其重要。