由于岩石形成过程以及所经历变形的差异性，现场钻取的岩心内部，节理、裂纹、空隙等缺陷大量存在，肉眼可见；对于沉积岩而言，钻孔深度的不同，意味着岩石的沉积时间不同，强度离散性更大。此外，在强度较低的岩体（如某些煤系地层）中钻孔取心时，岩石在钻进方向逐步卸载，而钻孔会引起应力集中，最大地应力又通常在水平方向，因而即将成为岩心的材料会受到较大的双向压应力作用，在钻进反方向伸长，内部会具有大量的微裂隙和层面裂隙。由于被取岩心是逐步卸载的，裂隙也将从上向下逐步产生，具有沿长度分布的特征。裂隙的存在有时直接造成岩心的断裂，即不能取得完整的岩心。这也表明岩心与岩体的原始状态并不完全相同，有关试验结果应根据具体情况作出评价。如利用岩心的参数E，υ，计算原始地应力就可能出现较大的误差。
图1-10是Matinenda砂岩试样单轴压缩强度的直方图，岩样直径54mm，长径比为2［67］。图中完好岩样（Sound specimens）指岩样破坏面是新鲜的，总计320个；缺陷岩样（Defective specimens）是指岩样沿原裂隙面破裂，总计100个。前者强度整体上大于后者，但也不是所有完好岩样的强度都大于缺陷岩样。显然，岩样强度的分布并不完全符合正态分布。
从上图的试验结果可以看到，岩样强度的平均值与实际岩石材料强度的情况差异很大，因此，利用平均强度进行设计和计算也一定会造成相当的误差。
图1-10 Matinenda砂岩试样单轴压缩强度的直方图［67］
（据Kostak B，1971）
a—完好岩样，320个岩样；b—缺陷岩样，100个岩样
煤是一种特殊的岩石，通常具有明显的层理和大量的裂隙，单轴压缩试验结果离散性很大，强度和杨氏模量的差别有时会达到一倍以上。如利用从山西晋城某煤矿同一煤层取回的4个煤块，加工成直径为49.5mm、长度为100mm左右的试样，进行单轴和常规三轴压缩试验。在压缩试验之前对所有试样进行了超声波测试。该煤层具有明显的层理，而不同煤块的层理方向不同，所加工煤样的力学性质也具有明显的区别。此外煤样内还存在方向各异、数量不等的裂隙，部分试样的外侧面也很不平整。强度和杨氏模量都有很大的离散性。单轴压缩的数据见表1-1，有关三轴压缩的试验结果将在第3章详细介绍。在这些离散的数据中仍有规律可循，如不同煤块的力学特性存在整体的差异性，煤块A的强度整体小于煤块B；在围压下压缩时杨氏模量增大且趋于一致，不同的煤块具有相同的内摩擦系数，等等［68］。
岩石是矿物颗粒的集合体，具有明显的非均质性。在力学性质上表现为，即使取自同一岩块的若干试样，形状和尺寸完全相同，但强度各不相等，离散程度极大。图1-11是日本稻田花岗岩试样的单轴压缩强度和间接拉伸强度的直方图。总计274个岩样均取自同一岩块（40cm×40cm×120cm），没有肉眼可见的各种缺陷和结构的不均匀性［69］，但强度仍差别很大。
单轴压缩的试样为直径30mm、长度为60mm的圆柱体，161个岩样的强度平均值为166.2MPa，标准方差为31.1MPa，二者之比为0.187。在试验组岩样数达到20个之后，其强度平均值有95%以上的概率在166.2×（1±15%）MPa之间；而岩样数为10个，则强度平均值有95%的概率在166.2×（1±25%）MPa之间。若试验组岩样数为5个，则强度平均值在166.2×（1±35%）MPa范围内概率小于70%。这就是说，用5个岩样的强度平均值来表示稻田花岗岩的强度是危险的。
实际计算表明，要使试验组平均值与总平均值误差在±15%之内，需要16～23个岩样。因而单轴压缩实验至少要使用10个以上的岩样。不过这是对直径30mm岩样而言的。对直径54mm岩样，国际岩石力学学会建议试验重复数不小于5次［70］。
表1-1 煤样单轴压缩试样的力学参数
图1-11 稻田花岗岩试样强度的直方图［69］
（据山口梅太郎，1966）
a—单轴压缩强度，161个岩样；b—间接拉伸强度，113个岩样
间接拉伸的试样直径为30mm、厚度为15mm的圆柱片，113个岩样的强度平均值为10.4MPa，标准方差为1.2MPa，二者之比为0.115。与单轴压缩相比，间接拉伸强度的离散性稍小。要使试验岩样组的强度平均值与总平均值误差在±15%之内，需要9～12个岩样。又对直径54mm岩样的间接拉伸试验，国际岩石力学学会建议试验重复数不小于10次［70］，但国内规程多建议重复次数不少于5次。
岩样之间的差异是不可控制的试验参数，对试验结果有着显著影响。例如为了确定岩石的强度准则，通常进行不同围压下的三轴压缩试验。有时围压的作用可能完全为岩样的差异所掩盖。例如将在第3.2节讨论的东庞矿粉砂岩，岩样三轴压缩强度在围压5MPa，10MPa，15MPa时并非随围压增大而增大。如果利用图1-9～1-11中岩样进行不同围压的试验，同样会出现这种情况。二、三个岩样强度的算术平均不能消除岩样之间的离散性。而现场钻取的岩样数量有限，大量重复试验通常是不可能的。因此在研究岩石力学性质时，必须设法消除岩样之间差异所造成的影响。
此外，尺度效应是岩石力学性质的显著特征，但一些试验结果可能源于试样的获取、加工不当。如文献［71］的题目就是Scale effects or sample bias？而尺度效应以及试样的形状（长径比）效应尽管已经进行了许多试验，但至今仍没有明确的结论。文献［72］给出的直径50mm、长径比1～3范围内的单轴压缩试验，强度平均值随长径比并没有明确的减小趋势；而长径比为2，直径45～110mm的试样也没有出现明显的尺度效应。
在进行岩石力学性质的试验研究时，必须始终明确岩石是非均质材料，试验结果的差异并不完全是由围压、加载速度、应力路径等可控参数引起的，岩样也是试验过程中的一个变化参数。