巖石受載時的變形和強度特徵。巖石受載後，隨應力增加應變也增大。當應力增大到巖石強度值，或應力長期恒定保持在某一水準時，都能使巖石破壞。在評價采場、井巷圍巖穩定性和解決巖石破碎問題時，都需研究反映巖石應力－應變關係的變形特徵和巖石破壞條件下最大應力的強度特徵資料。
巖石變形特徵 在試驗室對多種巖石試塊作大量試驗獲得單向受壓的“應力-應變”關係，見圖1。堅固的巖漿巖、石灰巖等等巖石的應力-應變曲線近於直線，表現為彈性變形，最後呈突然脆性破壞(圖1a)。含有孔隙和微裂隙的堅固巖石與變質巖，當加載方向垂直裂隙、片理方向時，應力－應變曲線開始上凹，而後為直線，上凹為加載後裂隙閉合，表現為塑彈性變形（圖1b）。巖性松軟的沉積巖或片理發育的變質巖，受垂直片理方向的載荷作用，表現為塑彈塑性變形（圖1c）。
巖石變形特征，除受巖性影響外，還受應力狀態影響。1911年卡門(Karman)用大理巖在三向壓縮下所得的“應力－應變”曲線見圖2。隨著側向應力σ3增大，巖石強度極限提高。σ3愈大，巖石呈現塑性變形愈明顯。
工程上常用彈性模量(E)和泊松比(μ)表示巖石變形特征指標。前者指在彈性范圍內應力與應變之比。從圖1、圖2看出：巖石的彈性模量不是常數，目前常用抗壓強度50％的相應應力σ50與相應應變ε50之比(E=σ50/ε50)表示。泊松比為橫向應變與縱向應變之比。
巖石變形還受載荷作用時間的影響，表現有兩種：①蠕變，在恒定載荷作用下，巖石變形隨時間增長而增大；②松弛，巖石在變形過程中應變保持不變，應力則隨時間增長而降低。在評價巖體穩定性時，必須考慮時間因素。
巖石強度特征 從巷道、采場礦柱或試驗室試件看巖石受壓破壞的形式，可分為拉伸和剪切破壞兩類。試件或礦柱受壓時，視端面摩擦狀況或礦柱上部有無弱巖性薄層，可能產生拉伸或剪切破壞；受彎時拉伸破壞；受扭時剪切破壞，在高側限壓力條件下出現的塑性流動破壞是巖石顆粒間產生微小滑移的結果，仍屬剪切破壞。通過試驗室或現場原位測定各種加載條件下巖石的抗壓、抗剪、抗彎、抗拉等各種強度的順序為：三向等壓〉三向不等壓＞雙向壓＞單向壓＞剪切＞彎曲＞單向拉。巖石強度隨成分、結構、側限壓、溫度、濕度、風化程度、幾何尺寸、加載速度、試件加工情況等因素的不同而異。
巖體是指較大范圍的在原位上的巖石。由於地殼運動和開采等因素作用，在巖體內生成各種原生和次生的結構面。原位巖石被結構面切割形成巖體結構。可分為：完整結構、塊狀結構、層狀結構、破碎結構和散體結構。結構面的存在，使粘聚力和內摩擦系數降低。完整結構的巖體強度與巖塊強度之比多在0.5～1之間，而在破碎結構中，比值多為0.2以下。結構面的存在，特別是層理、片理等，使巖體產生明顯的各向異性特征。例如，層狀巖體的彈性模量，垂直於層理方向加載比平行於層理方向為小；抗壓、抗剪強度垂直方向大於平行方向；而抗拉、抗彎強度則平行方向大於垂直方向。
巖石強度理論 說明在何種應力狀態σ1=f(σ2·σ3)下，巖石發生拉伸、剪切破壞的強度準則。在巖石力學中，常用庫侖－納維埃(Coulomb-Navier)和莫爾(Mohr)兩種強度理論，說明剪切破壞。70年代以來，在巖石力學中應用最大線應變理論和格裡菲斯強度準則來說明巖石受壓時引起的拉伸破壞。
庫侖－納維埃理論 庫侖於1776年假定材料內某點最大剪切應力達到抗剪強度時引起破壞。納維埃於1883年修改瞭庫侖的最大剪應力理論，認為作用於破壞面的正應力σ會使巖石抗剪強度(τ)增加，引起破壞的剪切應力可表示為：τ＝f+σtgσ，τ與σ分別是破壞面上的剪應力與正應力；c為粘聚力，σ為內摩擦角。該式表示的強度曲線是直線，可根據不同正應力作用下的抗剪強度值作出，也可用單向抗拉和抗壓強度的極限應力圓的公切線表示，見圖3中的直線1。
莫爾理論 莫爾於1900年認為材料的抗剪強度是正應力的函數。τ＝f(σ)所反映的強度曲線形式完全由試驗確定，它是一系列極限應力圓的包絡線（圖3中曲線2）。在拉應力區域中，由於巖石的多向受拉難於實現，一般假設強度曲線收縮於單向抗拉的極限應力圓。如c＝0，莫爾包絡線過原點，則與土力學中的蘭金(Rankine)準則一致。莫爾強度曲線在受拉區閉合，在受壓區傾斜向上。說明巖石受三向等拉時會破壞，受三向等壓時不會破壞，剪應力與正應力有關，抗壓強度大於抗拉強度，這些都與巖石性質基本相符。因此獲得應用。但該理論認為中間應力σ2不起作用，與試驗結果有一定出入。
最大線應變理論 該理論認為材料發生拉伸破壞的決定因素是拉伸線應變。巖石在任意應力狀態下，當在最小主應力方向上的拉伸線應變達到單向拉伸破壞瞬間的極限線應變值時，巖石就會發生拉伸破壞，其強度條件為：σ3－μ(σ1+σ2)≤St，式中σ1、σ2、σ3分別為最大、中間和最小主應力，μ為巖石泊松比，St為巖石抗拉強度。在巷道或采場礦柱中所看到的一些平行巷道幫或礦柱軸線的張裂縫即因此發生。
格裡菲斯(Griffith)強度準則 它以材料中存在微裂縫為前題，材料受應力時，裂縫尖端應力集中，當尖端或其鄰近的拉應力達到某一臨界值時，使裂縫擴張，引起巖石破壞。
參考書目
谷德振：《巖體工程地質力學基礎》，科學出版社，北京，1979。
李先煒：《巖塊力學性質》，煤炭工業出版社，北京，1983。