图1:《宝莲灯》中,
陈香与二郎神争斗、劈山救母的故事,感动着童年的我们
不论我们是拿锤子砸,还是拿斧头劈、凿子凿,甚至是像葫芦娃一样把石头高高举起,狠狠地摔在地上,能够使石头发生破坏的,只有五种基本作用形式:压缩、拉伸、剪切、弯曲和扭转。
图2:岩石受力的五种基本形式
一般来说,岩石对拉伸、剪切、弯曲和扭转这四种作用形式的承受力,要远远低于对压缩的承受力。此外,在日常生活中,岩石也更多地承受着压力,如地下深处的岩石,受着上部岩石的压力;作为建筑地基的岩石,承载着上部建筑物的压力;大坝周围的山体,承受着水的压力……因此,我们常常选择岩石在压缩作用下的最大承受力,来作为其强度的度量。
压缩也分多种情况。在实际情况里,地下的岩石往往在多个方向被压缩,我们将其简化为空间坐标中三个互相垂直的方向(X、Y、Z方向)。在三个方向都被压缩,我们称之为三轴压缩状态;而只有一个方向被压缩,则称为单轴状态。但是在岩石的压缩试验中,真正的三轴状态很难模拟。因此,我们常常采用圆柱形岩石,在其周围充满具有一定压力的液体(一般为液压油),使其周围一圈都具有相同的压力。这样的压缩试验称为假三轴压缩试验。
在三种试验中,单轴压缩最容易操作,得出的结果也更具有代表性。因此,实际中常常用岩石的单轴压缩强度来作为岩石强度的指标。
图3:岩石压缩试验的类型[1]
岩石作为一种天然材料,即使外表看上去很均匀致密,内部也会存在一些裂隙和缺陷,因此,往往尺寸越大,内部的裂隙和缺陷越多,测试出的强度就越低。所以在测试其强度时,需要规定测试样本的尺寸。对于圆柱形试样,其标准尺寸为:直径50mm,高度100mm~120mm。在压缩时,压缩的速度也有统一的要求。