图4:用于单轴压缩的岩石试样,从左至右依次为:
花岗岩、大理岩、砂岩[2]
图5:岩石单轴压缩试验机[2]
随着岩石不断被压缩,岩石的变形不断增大,其承受的力也不断增加,直到达到峰值(图中D点)。这一峰值强度,就是岩石的单轴压缩强度。继续加载,岩石就已经碎裂了,能承受的力也大幅下降。但值得一提的是,即使被压成碎块,岩石也仍能保持一定的残余强度,实在是敬业的典范。
图6:岩石单轴压缩变形全过程[1]
不同的岩石,矿物成分不同,结构构造不同,因此具有不同的强度。同一种岩石,由于其形成条件不同,风化程度不同,岩石强度也会有较大差异。
因此,我们无法给出一种岩石的准确强度,而只能得到一个大致范围。我们一般用兆帕【1MPa=106Pa,相当于在1平方米的面积上压了一头露脊鲸(100吨)】作为岩石强度的单位,以下是几种常见岩石的单轴压缩强度范围:
1. 石灰岩
石灰岩是一种分布广泛的沉积岩,也是我们工业生产、工程建造所必不可少的资源。“千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲。”它是烧制石灰、生产水泥的主要原料,也是冶金、化工等必不可少的材料。
它的单轴压缩强度范围是50MPa~200MPa[1]。最结实的石灰岩的强度,相当于在1平方米的面积上压了一辆长达2.6千米的重载列车(重约20000吨)。
图7:石灰岩标本。