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岩石力学是一门研究岩石力学性质及其相关现象的科学，其应用规模广泛，涉及到国民经济基础建设、资源开发、情况�；ぁ⒓踉址涝值榷喔隽煊�。人类对岩石力学性质的认识始于试验，而岩石力学理论的形成和生长也与试验要领紧密相连。
岩石的力学性质包括强度、变形、动力学特性和渗透性等方面。这些性质会受到岩石所处的物理和化学情况的影响。研究岩石力学性质的要领主要是现场和室内试验。
现场试验包括三轴压缩试验、剪切试验和岩体渗透性试验等，可以丈量岩体原位变形性能和强度性能。室内试验则包括单轴压缩、三轴压缩、单轴拉伸、直接剪切、渗透试验等，可以模拟差别条件下的岩石力学行为。
动态岩石三轴 高压岩石三轴 大型岩石直剪仪
通过这些加载方法，我们可以系统地丈量岩石试样在种种应力作用下的应力、应变等力学性质。并且，改变加载条件，如压力巨细、加载速率等，可以进一步研究岩石试样的抗压强度、抗剪强度、弹性模量、变形特性以及破坏机制等要害参数。
岩石三轴力学试验是一种综合性的研究要领，用于深入探究岩石质料的力学性质。通太过别模拟地壳中的水平地应力、笔直应力和侧向应力，该试验能够全面地揭示岩石在庞大应力状态下的变形和破坏历程。
在试验历程中，第一轴的径向加载通过施加笔直于岩石试样截面的压力，真实地模拟了地壳中的水平地应力作用。第二轴的轴向加载则通过施加笔直于岩石试样轴向的压力，乐成地模拟了地壳中的笔直应力作用。而第三轴的配景加载在岩石试样周围施加恒定的侧向压力，使得岩石质料处于三向应力状态下，从而更准确地反应了地壳中的真实应力情况。
三维物体中的主应力(作用在剪应力为零的平面上的最大和最小正应力)为三(σ1> σ2> σ3)。实际上，主应力可能差别。但在实验室三轴试验中，中间应力σ2即是σ3。三轴试验中施加的主应力如图1所示。
三轴试验中施加在圆柱形岩石样品上的主应力(σ1> σ2= σ3)
围压是确定的，并在试验历程中坚持稳定。样品最初被各向同性地加载，直到主应力即是预定的围压。然后，轴向应力σ1以一定的速率增加，直到试样破坏，并纪录最大σ1。
图1 岩石三轴加载原理图
见上述岩石三轴加载原理图中1-为密封装置、2-围压，3-底座，4-出液口，5岩石试样，6-乳胶膜，7-进液口
进行所有施加的主应力都不相同的实验室试验是有挑战性的，并且没有被广泛使用。这种要领被称为多轴或真三轴试验。（点击这里拜见东北大学案例）
三轴试验中施加在方形岩石样品上的主应力(σ1> σ2＞ σ3)
GDSTTA真三轴
岩石三轴试样制作
在岩石三轴力学实验中，测试样品通过岩心钻探获得，并且必须选择能代表被检查岩层的样品。应在钻探日期后的30天内对试样进行测试，以坚持其初始状态(如自然含水量)。
首要办法是挑选满足要求的岩石试样，并将其切割、研磨至划定的几何形状，通常是圆柱体或立方体。这个办法很是重要，因为试样的形状和尺寸会影响到试验的结果和数据的可靠性。
应该指出的是，饱和度或孔隙压力的增加在岩石力学中并不是一个要害问题，因为岩石的孔隙度比土壤的孔隙度低得多，因此测试干燥或饱和样品不会对结果爆发显著影响。
在加工岩石试样时，需要使用精密的切割机和磨床等设备，以确保试样的外貌平整、平滑，并且几何形状切合要求。同时，还需要对试样进行干燥处理，以消除水分对试验结果的影响。
在试样制备完成之后，需要进行丈量，以确定其原始的几何尺寸和重量。这些数据将用于盘算试样的力学性质，样品形状如为圆柱形，直径必须在38到54毫米之间。直径通过在样品的顶部、中部和底部进行丈量得出，公差为0.1毫米。高度与直径(H/D)之比必须在2.0和3.0之间。高度应精确到毫米。别的，最大工装碎片的尺寸最大应为样品直径的10%。样品的末端必须平滑，以便顶部和底部外貌平坦，公差为0.01 mm。这确保了施加的载荷均匀地通报到样品上，并且没有载荷偏心。样品的侧面必须平滑，且不保存0.3毫米公差规模内的不规则性。
岩石三轴实验历程
将一个圆柱形岩石标本放在一个专门设计的小室中(如Hoek小室)。一种特殊设计的薄膜贴在压力室上，使其坚持密封。侧向压力是流体静力的，通过泵入膜中的液体(通常是油)施加。使用能够在1%精度内调理压力的液压泵或伺服马达。试样被钢制球形座轴向困绕。为了获得样品的笔直和圆周变形，可以使用应变仪。然而，在进行三轴试验时，并不强制纪录应变响应。下图B给出了Hoek压力室和组装在一起进行三轴试验的零件的示意图。
图2：用于三轴试验的Hoek压力室
然后将Hoek压力室放入加载装置中，该装置用于向样品施加笔直载荷。现代加载系统是以恒定速率施加液压的伺服控制装置。选择加载速率(kN/s ),使样品在约莫10分钟(5-15分钟)内破坏。如果已经有关于常数σ3下的最大σ1的数据(从以前的测试中获得)，则可以盘算出该比率。不然，应凭据对被测质料行为的现有知识做出合理的假设.侧向压力以与轴向载荷相同的速率施加，直到抵达划定值。一旦抵达该围压，其精度应坚持在2%以内。
加载机械必须坚固，足以施加岩石样品破坏所需的最大压力。别的，应经常校准它，以正确得出负载丈量值。
Controls岩石三轴仪
结果和盘算
三轴试验的原始数据包括样品尺寸、侧压力σ3、轴向载荷P、试验连续时间(必须在要求的规模内),以及变形丈量值(如果使用了应变仪)。
首先，样品的横截面积盘算如下:
其中D是样品的直径。
轴向应力由轴向载荷除以试样的横截面积得出:
其中P是轴向载荷。
如果纪录了变形丈量值，则绘制样品的应力-应变响应图。轴向和周向应变eA和eC划分盘算如下:
其中R是应变计的初始电阻，δR是变形引起的电阻变革，kis是应变计系数。经过一系列至少3次三轴试验后，得出岩石样品的破坏包络线。岩石力学中最常用的破坏标准是:
莫尔-库仑破坏准则
霍克-布朗(H-B)破坏准则
M-C破坏准则将剪切强度和作用在破坏面上的法向有效应力联系起来。它也可以用主应力体现为:
其中t是质料的剪切强度，c是内聚力，φ是摩擦角，σn是作用在破坏面上的正应力，σ1和σ3是主应力。
M-C准则因其简单性和在岩土工程中的普遍接受性而被接纳。然而，H-B准则是基于许多岩石类型的一系列实验室试验生长起来的，这些试验标明，岩石脆性破坏中的主应力之间保存非线性相关性。
H-B准则中的主应力相关性体现为:
其中σci是单轴抗压强度，mi是基于岩石类型的常数，σ1和σ3是主应力。
在差别侧压力下进行至少3次三轴试验后，绘制出所选标准的最佳拟合包络线，并推导出每个包络线的参数(M-C中的内聚力、摩擦角和mi，H-B中的σci)。然而，在H-B准则中，大大都情况下σci已经由质料的单轴压缩试验确定。确保样品来自相同的岩心或岩块，并泛起相似的特性，这一点至关重要。这可以通过视觉视察来实现。
图3 基于实验室数据和M-C和H-B标准最佳拟合包络线的主应力图
推导M-C和H-B标准参数的示例
假设对特定类型的岩石试样进行了4次三轴试验。表1列出了预先确定的侧向应力和相应的轴向应力:
表1 三轴试验结果数据示例
结果用最佳拟合M-C和H-B包络绘制在图3中。
图3是基于实验室数据和M-C和H-B标准最佳拟合包络线的主应力图。
基于最佳拟合曲线，表2中给出了两个失效标准的参数。
表2:基于实验室测试数据的H-B和M-C标准的导出参数
结束语
岩石力学的研究不但具有理论意义，还具有实际应用价值。例如，在土木工程、地质工程、采矿工程等领域中，岩石力学的研究结果被广泛应用于岩土工程设计、施工和监测等方面。别的，岩石力学的研究还可以为资源开发、情况�；ぁ⒓踉址涝值确矫嫣峁┲匾目蒲б谰莺图际踔С�。
随着科学技术的生长，岩石力学的研究要领和手段也不绝更新和完善。例如，数值模拟技术、非接触式丈量技术、X射线CT扫描技术等新技术的应用，使得岩石力学的研究越发精确和深入。同时，岩石力学研究领域也不绝拓展，涉及到地质学、物理学、化学等多个学科领域，形成了多学科交叉的研究花样。
GDS动态岩石三轴测试系统
参考文献
Suggested methods for determining the strength of rock materials in triaxial compression: Revised version, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, Volume 20, Issue 6, 1983, Pages 285-290, ISSN 0148-9062, doi.org/10.1016/0148-9062(83)90598-3.
https://www.geoengineer.org/education/laboratory-testing/triaxial-compression-test-in-rock
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