岩石力学性质及强度解析ppt课件.ppt

《岩石力学性质及强度解析ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章岩石力学性质及强度§3-1岩石变形简介岩块一般是指从岩体中取出的，尺寸不大的岩石,实验室试验的试件是岩块的一种。岩体是指地下工程周围较大范围的岩石。岩石从狭义说来包括岩块和岩体，广义说来应包括晶体，岩块、岩体和地壳。岩石的力学性质，即岩石在受力之后所表现的特性的反映，主要有变形特性和强度特性一些典型的破坏形态岩石的变形特性，根据其破坏特征，可以分为弹性、弹塑性、塑性、粘性等(粘性又可分为粘弹性和粘塑性)等。§3-2岩石的变形特性弹性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形能够恢复的性质。塑性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形不能恢复的性质。脆性：物体在外力作用下变

2、形很小时就发生破坏的性质。延性：物体能够承受较大的塑性变形而不丧失其承载能力的性质。粘性（流变性）：物体受力后变形不能在瞬间完成，且应变速度（dε/dt）随应力大小而变化的性质。脆性物体受力后，在变形很小时就发生破裂的性质，叫做脆性。岩石力学中：永久变形或全变形小于3%者为脆性破坏，大于5%者为塑性破坏，3~5%为过渡状态。岩石的单轴抗压强度与单轴抗拉强度之比作为脆性，用公式表示为：理想弹性体理想弹塑性体线性硬化弹塑性体理想粘性体一、岩石在单轴压缩状态下的力学特性1、σ～ε曲线的基本形状美国学者米勒将σ～ε曲线分为6种。一般岩石在室温和大气条件下的单向压缩试验曲线（1）0A段：微裂隙闭合

3、阶段,微裂隙压密极限σA。（2）AB段：近似直线，弹性阶段，σB为弹性极限。（3）BC段：屈服阶段，σC为屈服极限。（4）CD段：破坏阶段，σD为强度极限，即单轴抗压强度。（5）DE段：即破坏后阶段,σE为残余强度。刚度K：指物体产生单位位移所需的外力。式中：K——物体的刚度，kN/mm;p——外力，N;u——在外力作用下的位移。弹性变形能W：瓦威尔西克（WawerSik,1968）对岩石开始宏观破坏后的性态做了仔细研究，所得结果如图所示。类型1：试件仍有一定的强度。要使试件进一步破坏，试验机必须进一步作功，这种类型为稳定破坏型。应力－应变曲线的破坏后区斜率为负。这种类型为稳定破坏型；（

4、孔隙率大的沉积岩和部分结晶岩）类型2：试件受力达到其极限强度以前储存的弹性变形能就足以使试件完全破坏，不但不需要试验机进一步作功，还要逐步卸载，才能作出破坏后区应力－应变曲线。应力－应变曲线的破坏后区斜率为正。这种类型为非稳定破坏型；（细粒结晶岩）1、弹性岩石：加载曲线和卸载曲线重合。2、弹塑性岩石：卸载点应力高于弹性极限，产生回滞环3、塑－弹性岩石或塑－弹－塑岩石：回滞环二、单轴压缩状态下反复加载和卸载时的岩石变形特性1、岩石在常规三轴试验条件下的变形特性三、三轴压缩状态下的岩石变形特性岩石在常规三轴试验条件下的变形特征通常用轴向应变ε1与主应力差(σ1-σ3)的关系曲线表示。图2－

5、6三轴应力状态下大理岩的应力－应变曲线围压对岩石变形的影响围压对岩石刚度的影响砂岩：孔隙较多，岩性较软，σ3增大，弹性模量变大。辉长岩：致密坚硬，σ3增大，弹性模量几乎不变。图2－6三轴应力状态下大理岩的应力－应变曲线围压对岩石强度的影响2、岩石在真三轴试验条件下的变形特性岩石的真三轴试验在20世纪60年代才开始的。（a）σ3＝常数，极限应力σ1随σ2增大而增大，但破坏前的塑性变形量却减小；破坏形式从延性向脆性变化；（b）σ2＝常数，极限应力σ1随σ3增大而增大，破坏前的塑性变形量增大，但屈服极限未变。破坏形式从脆性向延性变化。四、岩石变形特性参数的测定1、弹性模量E的确定a、线弹性类岩

6、石――σ～ε曲线呈线性关系，曲线上任一点P的弹性模量E：bσ～ε曲线呈非线性关系初始模量:切线模量（直线段）：割线模量：工程上常用E50：初始模量反映了岩石中微裂隙的多少。切线模量反映了岩石的弹性变形特征割线模量反映了岩石的总体变形特征。c具有粘性的弹性岩石由于应变恢复有滞后现象，即加载和卸载曲线不重合，加载曲线弹模和卸载弹模也不一样。P点加载弹模取过P点的加载曲线的切线斜率，P点卸载弹模取过P点的卸载曲线的切线斜率。d、弹塑性类岩石2、变形模量式中：Ee——弹性模量；Ep——塑性模量3、泊松比μ：岩石在单轴压缩条件下横向应变与纵向应变之比。§3-3岩石的扩容一、岩石的扩容现象岩石的扩容

7、现象是岩石具有的一种普遍性质，是岩石在荷载作用下，其破坏之前产生的一种明显的非弹性体积变形。扩容----是指岩石受外力作用后,发生非弹性的体积膨胀。多数岩石在破坏前都要产生扩容，扩容的快慢和大小与岩石本身的性质、种类及其它因素有关。体积应力：体积模量：岩石的体积变形可用下式表示：二、岩石的体积应变体积应变——单位体积的改变，称为体积应变三、岩石的体积应变曲线在E、μ为常数的情况下，岩石的体积应变曲线可分为三个阶段：在E点后，曲线向左