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1、第五章岩石力学性质第一节岩石力学性质的几个基本概念差应力σ1-σ3常规三轴真三轴231σ1>σ2=σ3σ1≠σ2≠σ3有关岩石在应力作用下的变形行为的多数资料是通过岩石变形实验得来的,岩石在外力的作用下,一般都会经历弹性变形、塑性变形、断裂变形三个阶段。这三个阶段依次发生,但不是截然分开的,而是彼此过渡的。由于岩石力学性质不同,不同岩石的三个变形阶段的长短和特点也各不相同。岩石变形的阶段1、弹性变形(1)弹性变形的概念:岩石在外力作用下变形,当外力解除后,岩石又恢复到变形前的状态,这种变形行为叫弹性变形(2)弹性变形的特点:应力和应变呈线性关系,符合胡克定律:σ=Ee式中σ为应力,
2、e为应变,E为弹性模量线段OA为弹性变形阶段，在岩石变形的初期阶段,应力应变图上为一段斜率较陡的直线0A,说明应力与应变成正比,在A点前撤除应力,岩石可恢复到变形前的形态.(2)塑性变形的概念:物体受力变形,当应力达到或超过屈服点后造成岩石永久应变的变形叫塑性变形2、塑性变形(3)塑性变形的特点:AB曲线为塑性变形阶段。应力与应变呈非线形关系,当外力解除之后物体也不能恢复原状。过A点后应力缓慢增加，一直到B点，应力值达到最大值。(1)屈服应力σy:随着变形继续，应力-应变曲线斜率变小，这是如果撤去应力，曲线并不回到原点，而与e轴交与e1，试样超过弹性极限而永久变形，这个极限点的应力叫屈服
3、应力。完全塑性变形：在屈服应力作用下，岩石以韧性方式连续变形，其应力-应变曲线的斜率为零。应变硬化——3.断裂变形:(1)断裂变形的概念:外力达到或超过受力物体的强度极限,物体的内聚力遭到破坏而产生破裂,叫做断裂变形。(2)断裂变形的特点:应力与应变呈非线性关系,受力物体失去连续性。在应力－应变图上,B点即为岩石的强度极限点,对应该点的应力值为岩石的极限强度,过B点后,应力下降较快,岩石产生破裂,失去连续完整性。岩石的极限强度当应力超过某一值时，岩石就会以某种方式发生破坏，发生断裂变形，这时的应力值成为岩石的极限强度。同一岩石的强度,在不同性质的应力作用下,差别较大。常温常压下一些岩石的
4、强度极限岩石抗压强度(MPa)抗张强度(MPa)抗剪强度(MPa)花岗岩148(37－379)3－515－30大理岩102(31－262)3－910－30石灰岩96(6－360)3－612－20砂岩74(11－252)1－35－15玄武岩275(200－350)10页岩20－802岩石的抗压强度>抗剪强度>抗张(拉)强度脆性材料韧性材料在断裂前的塑性变形的应变量小于5%的材料在断裂前的塑性变形的应变量大于10%的材料牛顿流体流体的粘性流体内部各流层之间发生相对滑动，层面之间存在的一种内摩擦效应。牛顿流体线粘性定律对一定的粘性流体而言，流动速度梯度越大，其摩擦阻力就越大，即层面之间的剪应力
5、越大。服从粘性定律的材料粘弹性体既具有弹性，又能发生粘性流动的材料第二节影响岩石力学性质的因素☆各向异性☆围压☆温度☆孔隙流体☆时间各向异性由于成分和结构等的不同，造成岩石力学性质的各向异性。在各向异性的岩石中，脆性破裂的发生将会受到先存薄弱面（各种界面）的影响，其极限强度将随主应力轴相对于岩石中的各向异性构造的方位变化而变化，而且，其剪裂面也可能明显的偏离断裂准则所预测的方向。围压围压增大，一方面增大了岩石的极限强度，另一方面增大了岩石的韧性。围压增大脆性韧性围压对岩石力学性质影响的原因在于,围压使固体物质的质点彼此靠近,增强了岩石的内聚力,从而使岩石不容易破裂。上述情况表明,在近地表
6、的部位,岩石中的围压较小,因此,岩石多表现为脆性,因而容易发生脆性破裂;而在地壳的深处,岩石处于一种高围压的环境,因而,岩石表现为韧性,甚至出现韧性流动,所以容易形成褶皱和韧性断层。温度温度升高，岩石的屈服极限降低，韧性增大。绝大多数岩石在近地表的常温常压的条件下是脆性的,随着岩石所处深度的增加,温度也随之的升高,温度的升高导致岩石的强度降低,弹性减弱,韧性显著增强。玄武岩岩石实验表明,在500MPa的围压下,25℃时玄武岩的强度极限为1500MPa,而在500℃时,玄武岩在100MPa的压应力下就开始塑性变形,当温度升至800℃时,则只需200MPa岩石就发生塑性变形了。矿物与岩石一样
7、,温度升高,其弹性极限和抗压强度明显降低,容易发生塑性变形。对磁黄铁矿在100MPa围压下的变形实验表明,在25℃时,磁黄铁矿的强度极限为550MPa,当温度升至200℃时,矿物的弹性极限降至200MPa左右,当温度升至300℃以上,只需几十MPa就可使磁黄铁矿发生显著的塑性变形。岩石在地表多为脆性,到了一定深度随着温度的升高,岩石会从脆性向韧性过渡,因此,岩石的变形常把温度和围压一起考虑。Heard提出了以发生破坏时的应变值达到3
