前者代表小刚度的试验机，后者代表大刚度
的试验机。
当试验机加载至岩石的峰值应力以后，若产生一个渺小量的应变，则其应力-应
变曲线应沿着AA'挪动。
这时岩石所能蒙受的能量为AA'O2O1围成的而积。
当试验机为柔性机（Km'）即试验机的刚度小于岩石的刚度。
因为加载作用，储存在试验机内的弹性能为
ABO2O1所围成的面积。
当应力加至峰值应力时，岩石会忽然出现一渺小的应变。
与此
同时，试验机也将恢复部分能量，并将其作用在岩石上。
此时，岩石所能蒙受的能量比试验
机开释的能量小，其大小如图2中所示的由ABA'所围成的面积c所以，因为附带能量的作
用，使岩石的裂纹扩展加剧，并发生崩溃的现象。
与此相反，当试验机的刚度大于岩石的刚
度，则在相同的条件下，试验机附带给岩石的能量为ACO2O1所围成的面积，比岩石所能
蒙受的能量小AA'C。
要岩石连续产生应变一定依赖外荷载的加载才能实现。
所以，当试验
机的刚度大于岩石的刚度时，才有可能记录下岩石峰值应力区的应力-应变曲线。
这就是刚
度试验机的工作原理。
（2）应力-应变全过程曲线形态
由上述可知，所谓应力-应变全过程曲线，是指在刚性试验长进行试验所获取的包含岩石达到峰值应力以后的应力-应变曲线。
由图3可知，除了上边已介绍的曲线可分红
0A，AB，BC
三个阶段以外，当应力值过
C点
以后还存在着此外两个阶段。
CD阶段，又被称作应变融化阶段。
固然此时已高出了峰值应力，但岩石仍拥有必定的承载
能力，而这一承载力将跟着应变的增大而渐渐减小，表现出明显的融化现象。
D点此后为摩擦阶段。
它仅表现了岩石产生宏观的断裂面以后，断裂面的摩擦所拥有的抵
抗外力的能力。
（3）达到峰值应力后，应力-应变曲线所拥有的特色及其种类
a）岩石达到峰值应力以后，仍旧拥有必定的承载能力，而岩石忽然的“崩溃”是一种设想。
所以，从前将应力达峰值应力时，称作岩石“损坏”是不够严实的。
其本质并不是完好损坏，
不过表现为承载能力的降低。
b）在频频加-卸载的状况下，曲线也会形成塑性滞环，并且塑性滞环的均匀斜率是在渐渐降
低，表现出应变融化的特色。
其余，曲线仍拥有记忆能力，频频加-卸载试验对岩体的变形
特征并没有多大的影响。
岩石在刚性试验机长进行试验其曲线种类依据岩性的不一样能够分红两种种类。
第一种种类为稳固型。
当试件所受的荷载超出其峰值应力后，只有在外力连续作功的状况下，才能使其损坏进一步发展。
如图3中的种类I。
第二种种类为图中的种类II。
该类试件将出
现不稳固的裂纹扩展，试件无需外力连续作功破裂会连续发展，直至丧失承载能力。
这种曲线被称作非稳固型曲线。
第二节水对岩石（体）力学特征的影响
（―）岩石的含水性质
1.岩石的含水量（w）
岩石的含水量是指岩石孔隙中含水的质量Cw与固体质量C1之比的百分数：
wCwC1
依据试件含水量状态的不一样，可分红岩石在天然状态下的含水量和饱和状态下的含水量。
其
试验方法近似于密度试验的方法。
其差异在于一定求出含水的质量。
岩石的含水量关于软岩来说是一个比较重要的参数。
构成软岩的矿物成分中常常含有许多的
黏土矿物，而这些黏土矿物遇水融化的特征，将对岩石的变形、强度有很大的影响。
关于
中等坚硬以上的岩石而言，其影响就显得其实不重要。
2.岩石的吸水率（
wd
）
岩石的吸水率是指岩石吸人水的质量与试件固体的质量之比：
wd
d
/
c
岩石吸水率的试验方法近似于饱和密度的试验方法。
可经过饱和密度的试验，获取岩石的吸水率。
吸水率是一个间接反应岩石内孔隙多少的指标,与岩石的含水量相同，关于软岩它
是一个比较重要的参数。
（二）岩石的浸透性
岩石的浸透性是指岩石在必定的水压力作用下，水穿透岩石的能力。
它反应了岩石中裂隙间
相互连通的程度。
大多半岩石的浸透性可用达西定律来描绘：
qx
K
dhdx
A
式中qx——沿x方向水的流量；
h——水头的髙度；
A——垂直于x方向的截面面积；
K——岩石的浸透系数。
就一般工程而言，所关怀的是浸透系数K的大小。
往常，浸透系数K是利用径向浸透试验
而获取。
所谓径向浸透试验，是采纳钻有一起轴孔的岩芯，使这空心圆柱体试样能够产生径
向流动。
当液体表面作用着恒定的压力时，使液体沿着岩石内的裂隙网流动，测得各系数，
从而求得岩石的浸透系数。
岩石的浸透性关于解决一些本质问题拥有直接的意义，
比如：
将水、油或许气体泵入多孔隙
的岩体中；为了能量变换而在地下洞室中储存液体；
评论水库的不透水性；
清除深埋洞室的
渗水等等。
可是，就浸透性而言，岩体的浸透特征远远比岩石的浸透性来得重要。
其原由是
岩体中存在着的不连续面，
使其浸透系数要比岩石的大得多而引人注。
当前，外国已有人正
在进行现场岩体的浸透性试验研究，看来这才是研究岩石浸透性的最正确方向。
（三）融化系数（）
融化系数是指岩石于燥状态下的单轴抗压强度和饱和单轴抗压强度的比值。
它是表示岩石
抗风化能力的一个指标：
Rcc
Rcd
融化系数卩是一个小于或等于1的系数，该值越小，则表示岩石受水的影响越大。
（四）岩石耐崩解性指数（Id）
耐崩解性指数是经过对岩石试件进行烘干，浸水循环试验所得的指数。
它直接反应了岩石在
浸水和温度变化的环境下抵挡风化作用的能力。
耐崩解性指数的试验是将经过烘干的试块
（约重500g，且分红十块左右），放人一个带有筛孔的圆筒内，使该圆筒在水槽中以20r/min
的速度，连续旋转l0min，而后将留在圆筒内的岩块拿出再次烘干称重。
这样频频进行两次
后，按下式求得耐崩解性指数：
Id2
mr
ms
式中Id2——表示经两次循环试验而求得的耐崩解性指数，该指数在0~100%内变化；
ms——试验前试块的烘干质量；
mr——残留在圆筒内试块的烘干质量。
甘布尔以为:
耐崩解性指数与岩石成岩的地质年月无明显的关系，而与岩石的密度成正比，
与岩石的含水量成反比。
并列出了表2-1的分类，对岩石的耐崩解性进行评论。
表21
甘布尔的崩解酎久性分类
lOmin
lOmin
绀
名
次
两次
旋转后留下的
旋转后留下的
丑分数（％
）（按十宽计）
冇分数（％）（按干重计）
极离的持久性
>99
>98
高持久件
98-99
95-98
中等高的持久性
95-98
85-95
中等的持久性
85-95
60-85
低持久性
60-85
30-60
极低的持久性
<60
<30
（五）岩石的膨胀性
含有黏土矿物的岩石，遇水后会发生膨胀现象。
这是因为黏土矿物遇水促进其颗粒间的水膜
增厚所致，所以，关于含有黏土矿物的岩石，掌握经开挖后遇水膨胀的特征是十分必需的。
岩石的膨胀特征往常以岩石的自由膨胀率、岩石的侧向拘束膨胀率、膨胀压力等来表述。
1.岩石的自由膨胀率
岩石的自由膨胀率是指岩石试件在无任何拘束的条件下浸水后所产生膨胀变形与试件原尺
寸的比值。
常用的有岩石的径向自由膨胀率（VD）和轴向自由膨胀率（VH）。
这一参数适
用于不易崩解的岩石：
VH
H
VD
H
D
D
式中H,D——分别是浸水后岩石试件轴向、径向膨胀变形量；
H，D——分别是岩石试件试验前的髙度、直径。
自由膨胀率的试验往常是将加工达成的试件浸人水中，按必定的时间间隔丈量其变形量，最
终按公式计算而得。
2.岩石的侧向拘束膨胀率（VHP）
与岩石自由膨胀率不一样，岩石侧向拘束膨胀率是将拥有侧向拘束的试件浸人水中,使岩石试
件仅产生轴向膨胀变形而求得的膨胀率。
其计算式以下：
H1
VHP
H
式中H1为有侧向拘束条件下所测得的轴向膨胀变形量。
3.膨胀压力
膨胀压力是指岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。
其试验方法近似于
膨胀率试验。
不过要求限制试件不出现变形而丈量其相应的最大压力。
上述三个参数从不一样的角度反应了岩石遇水膨胀的特征，从而可利用这些参数，评论建筑于
含有黏土矿物岩体中的洞室的稳固性，并为这些工程的设计供给必需的参数。
第三节岩石流变力学特征及其对岩体工程持久性的影响
岩石的流变性是指岩石在恒定的外力作用下，应变随时间面增大,所产生的变形称为流变。
流变也称作蠕变。
（一）典型的流变曲线
图2-27表示r典型的蠕变曲线。
从曲线形态上看，可将该曲线分红三个阶段：
1.AB阶段，称作为瞬态蠕变阶段。
在施加外荷载以后，第一岩石将产生刹时的弹性应
变，这一应变是与时间没关的，如图中所示的OA段。
当外荷载保持必定的时间后，岩石将
产生一部分随时间而增大的应变,此时的应变速率将随时间的增添渐渐减小，曲线呈下凹型，
并向直线状态过渡。
在此阶段，若卸去外荷载则岩石的刹时弹性应变最初恢复，如图中的
PQ段。
以后，跟着时间的增添，其节余应变亦能渐渐地恢复，如图中的QR段。
QR段曲
线的存在，说明岩石拥有随时间的增添应变
渐渐恢复的特征,这一特征被称作为弹性后
效。
2.BC阶段，被称作为稳固蠕变阶段。
在
这一阶段最明显的特色是应变与时间的关系
近似地呈直线变化，应变速率为一常数。
若
在这第二阶段，也将外荷载卸去，则也会出
现与第一阶段卸载时相同的特征，弹性后效
仍旧存在，可是这时的应变已没法所有恢复，
存在着部分不可以恢复的永远变形第二阶段的
曲线斜率与作用的外荷载的大小和介质的粘滞系数相关。
3.C点此后阶段，为非稳态蠕变。
当应变达到C点后，岩石将进入非稳态蠕变阶段。
这时
岩石的应变速率强烈增添，整个曲线奉上凹型，经太短暂的时间后试件将发生损坏。
C点往
往被称作为蠕变极限应力，其意义近似于折服应力。
（二）岩石蠕变的影响因素
岩石蠕变的影响因素除了岩石自己矿物成分不一样将造成必定的差异以外，关于试验环境而
言，主要表现为以下几个方面：
1.应力水平的影响
图2-28例示了在不一样的应力水平作用下的
雪花石膏的蠕变曲线。
由曲线可知，当在稍低
的应力作用下，蠕变曲线只存在着前两个阶
段，其实不产生非稳态蠕变。
它表示了在这样的
应力作用下，试件不会发生损坏。
变形最后将
趋势于一个稳固值。
相反，在较髙应力作用下，
试件经太短暂的第二阶段，立刻进人非稳态蠕变阶段，直至损坏。
而只有在中等应力水平（大
约为岩石峰值应力的60%?
80%）的作用下，才能产生完好的螨变曲线。
这关于进行蠕变试
验而言，选择试验应施加的应力水平是必然要赐予考虑的重要条件。
此举能够防止这种试验
得不到预期结果的现象出现。
2.温度、湿度对蠕变的影响
不一样的温度将对蠕变的总变形踅以及稳固蠕变的曲线斜率产生较大的影响。
有人在相同荷
载、不一样温度条件下进行了蠕变对照试验，得出了以下的结论：
第一，在高温条件下，总应
变量低于较低温度条件下的应变量；第二，
蠕变曲线第二阶段的斜率则是高温条件下要
比低温时小得多。
在不一样的湿度条件下，相同对蠕变特征产生
较大的影响。
经过试验可知,饱和试件的第二
阶段蠕变应变速率和总应变量都将大于干燥
状态下试件的试验结果。
所以，关于岩石蠕变试验来说，因为试验时所测得的应变量级都很小，故要求严格控制式验
室的温度和湿度，免得因为环境的变化而改变了岩石的蠕变特征。
（三）岩石蠕变特征和惯例变形特征的联系
惯例变形特征和蠕变特征，
固然代表了两种不一样的试验条件下岩石所产生的变形特征。
可是
两者最后的应变量却有着惊人的相同之处。
图
2-29
所示两者试验结果的比较。
在应力
-应变
全过程曲线中，蠕变试验的轨迹应当是一条水平线。
如以
C点作为施加在试件上的应力水
平，则其应力
-应变曲线如图中的
CD
所示。
而
D点即为该应力水平下蠕变损坏的最后应变
量。
这几乎与应力
-应变全过程曲线在相同应力水平下的应变量相同，而图中斜线
IH
表示
了蠕变试验在低应力水平作用下最后应变量的轨迹线。
若以E点的应力水平进行蠕变试验，
那么，F点则可近似地当作在这一应力水平作用下，可能产生的
最大应变量。
第四节岩石及岩体结构对岩石及岩体强度特征的影响
一、结构面的看法
一个天然岩体，从宏观上来说，它是由节理或裂隙切割成一块一块的、
相互摆列与咬合着的
岩块所构成的。
岩体中常常拥有明显的地质古迹
如假整合、不整合、榷皱、断层、节理、
劈理等。
它们在岩体力学中一般都统称为节理。
因为节理的存在，
造成了介质的不连续，因
而，这些界面又称为不连续面或结构面。
它造成了岩体的不连续性和各向异性，
同时还反应
了地区地质结构和自然应力场的特色。
因为岩体中有结构面的存在，
使岩体与岩石的力学特征之间有很大的差异。
从岩体的力学属
性来看，可以为：
完好的岩体属连续介质力学范围；
面碎屑岩体或糜棱岩体则属土力学范围；
介于上列两者之间的裂隙体或破裂体也统称节理岩体，因它受节理切割的影响，可
以为是
有地质力学的属性即由地质的特色面决定其力学性能的，
其力学属性被以为部分属从岩体的
力学强度来看,岩石的强度与构成此岩体的岩块
和节理的力学性能有很大不一样，
图本1给出
了节理岩体的强度差异。
从该图中可见，节理的强度低于岩石的强度，
面节理岩体的强度在
节理的强度和岩块的强度之间。
所以，研究节理岩体的力学性能要从非节理岩石、
节理及节
理岩体这三方面的力学
性能来考虑。
可见，假如工程设计仅凭室内岩样试验指标来代表野
外天然岩体的力学性能，将会造成很大的偏差。
二、结构面的分类
依照工程的要求，岩体中结构面的分类有以下几方面。
（一）结构面的绝对分类和相对分类
绝对分类是成立于结构面的延展长度基础上的。
一般将结构面分为：
渺小的结构面，其延伸
小于1m；中等的其延伸为1?
10m；巨大的其延伸大于10m。
绝对分类的弊端是没有与工程结构相联合面所谓结构面的大小，都是相关于工程而言的。
相对分类是成立于地质不连续面尺寸的基础上。
所谓相对，是指联合工程结构种类而言。
按工程结构种类和大小的不一样，可将结构而分为渺小的、中等的及大型的。
（二）按力学看法的结构分类
一个自然地质体，当其形成和遇到地质因素作用后，
特别是遇到结构力作用后，
在地质体内
产生的各种结构而，它能够是稀少的，也能够是密集的；能够是充填各种各种的砂砾黏土，
也能够是相互有规律地摆列或贯穿。
总之，自然地质体内存在有各种各种的结构面，
千变万
化，并且又在很大的程度上决定了岩体的力学性能。
为了便于研究岩体的力学性能，
按力学
看法可将岩体的地质损坏分为三大类
:
第一类为损坏面，它是属于大面积的损坏，以大的和
粗的节理为代表。
一般以为这种损坏是由迟缓的地质作用所形成。
第二类为损坏带，它是属
于小面积的密集的损坏，以细节理、局部节理、风化节理等为代表。
一般以为是由迅速的地
质作用所形成。
第三类为损坏面与损坏带的过渡种类，它拥有损坏面和损坏带的力学特色。
缪勒按上述地质损坏特色将结构面分为五大种类。
即单个节理、节理组、节理群、
节理带以
及损坏带或糜棱岩。
在此五大种类基础上，又按充填节理中的资料性质和程度以及糜棱岩化
程度将每种种类分红三个细类。
这样，共将结构面分为十五个细类。
这里应注意到：
粗节理
能够成单个节理形式出现，也能够成节理组出现。
关于后一种状况，粗节理常常地很明显占
有主要地点，因此可作为主要损坏被确立，而其余则作为陪伴损坏。
在粗节理
（和大的节理）
中常常发现有磨碎的充填物，如裂隙粘质土和细粒粉状岩石
（糜棱岩）与其余充填物，它们
的形成常常因为节理或断层两壁发生重复和相反方向运动而使此间的岩体被压晬和磨碎。
其
破裂程度，在带状损坏状况时，占优势的块体尺寸为
10?
100mm;在粗糜棱岩中，其颗粒尺
寸一般为0.02~l.0mm，糜棱岩中，颗粒直径为
0.002?
0.02cm或更小些。
三、岩体破裂程度的分类
上述介绍了各种结构面的形式，此刻，我们议论相关岩体破裂程度的鉴识。
为了区分岩体的
破裂程度，在这里先介绍相关岩体中节理的两个定量指标。
（一）裂隙度
K
裂隙度尺是指沿着取样线方向，单位长度上节理的数目。
设有一取样直线
其长度为
l，在沿
l
长度内出现节理的数目为
n，则
n
K
l
那么，沿着取样线，节理的均匀间距d为
d
1
l
K
n
当取样线垂直节理的走向时
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