岩石抗压强度

岩石试件在单轴压力作用下（轴向加载而无围压）抵抗破坏的极限能力或极限强度，在数值上等于试件破坏时的最大压应力。岩石抗压强度可在室内用标准尺寸的试件在压力机上做加载试验测定，或在现场对岩柱或矿柱加载测定。试件高径比对岩石抗压强度有较大影响，室内采用直径为5cm、高度为10cm的圆柱形试件，作为标准试件，也有用棱柱形的。试件置于压力机上以0.5～0.8MPa/s的速率加载到破坏，受力情况如图所示。岩石抗压强度按式（1）计算

式中，R_c为岩石抗压强度，Pa；P_max为岩石破坏时的轴向荷载，N；A为试样横截面面积，m²。

不同岩石抗压强度不同，根据岩石单轴抗压强度可进行岩石坚硬程度划分，单轴抗压强度R_c＞60 MPa为坚硬岩，30～60 MPa为较坚硬岩，15～30 MPa为较软岩，5～15 MPa为软岩，＜5 MPa为极软岩。

试验证明，在试件端部有摩擦力的条件下，呈锥形破坏（见图）。破坏面与荷载轴线的夹角β≈45°-φ/2（φ为岩石内摩擦角，参见岩石抗剪强度）。影响岩石抗压强度的因素有矿物成分、结晶粗细、颗粒大小、颗粒连结及胶结情况、密度、饱水度、层理以及裂隙的特性和方向。此外，试样形状、尺寸、加载速率加工情况和端部约束条件对测定结果也有影响。

组成岩石矿物的强度愈大，岩石的抗压强度也愈大。如造岩矿物石英的强度较大，故石英岩强度就大。花岗岩中石英颗粒间有云母和长石矿物充填，石英含量少得多，且云母为片状而长石在两个方向内有很发育的解理面，使花岗岩有隐蔽弱面，故花岗岩的抗压强度一般比石英岩为小。

岩石的结晶程度对其抗压强度有显著影响。结晶岩石比非结晶岩石的抗压强度大。细粒结晶岩石比粗粒结晶岩石的抗压强度大，这主要是由于细晶粒间的总面积较大而连结力也较大所致。

岩石抗压强度试验示意图

I—破裂面；β—破裂角

颗粒的连结及胶结情况对沉积岩的抗压强度有很大影响。这种岩石中以硅质胶结物的强度为最大，石灰质胶结次之，黏土质胶结最弱。

岩石的密度对其抗压强度的影响也很显著。对同一种岩石，密度愈大，抗压强度也愈大，反之愈小。

岩石在饱水状态下的抗压强度低于干燥状态下的抗压强度。前者对后者的比值称为岩石软化系数，它总是小于1，并取决于孔隙裂隙状况、矿物成分及其亲水性、水的物理化学性质等。

岩石试件中的层面和裂隙系等定向结构面，使岩石的抗压强度具有各向异性。垂直于层面和裂隙系的抗压强度一般大于平行于层面和裂隙系的抗压强度。

岩石试件的形状和尺寸对抗压强度测定结果的影响为：圆柱形试件的抗压强度高于棱柱形试件的强度，而棱柱形岩石试件中，截面为六角形的强度高于四角形的，四角形的又高于三角形的，这种现象称为形状效应。截面形状相同时，截面尺寸愈大，抗压强度愈小，这种现象称为尺寸效应。这是由于试件尺寸大时，所含细微裂隙等隐蔽弱面也多，使强度相对减小之故。抗压强度随着试件横截面尺寸增大而减小的规律可按式（2）计算。

式中，R_c为直径等于D时的岩石抗压强度，MPa；（R_c）₀为标准直径Ｄ₀时的抗压强度，MPa；m为经验常数，其值在0.1～0.5之间。

加载速率对岩石抗压强度的影响显著，加载速率愈快，抗压强度愈大。例如，以30s内达到破坏的速率加载时，砂岩的抗压强度为56.3MPa；以0.03s内达到破坏的速率加载时，其抗压强度可达84.4MPa。

试件加工情况对抗压强度测定也有影响。试验要求试体上、下端面平行而光滑。加压板与试件接触面之间的摩擦力可影响试件在轴向受压时的侧向扩展，使强度增大。不平行的端面可使试件内产生局部应力集中，使强度降低。