第二节 岩块的变形性质

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1、第二节岩块的变形性质荷载的施加方式不同，所表现出的变形性质也不同，主要的加荷方式见下图。不同的加荷方式下，岩石的变形与强度特征不同，因此，下面分别介绍不同的加荷方式下，岩块的变形特点。一、单轴压缩条件下的岩块变形单轴压缩分连续加荷和循环加荷两种情况。（一）连续加荷1、变形阶段典型的应力-应变曲线岩块在连续单轴压缩条件下典型的应力-应变曲线如图。可以划分为几个阶段，每一阶段的变形特征不同，变形发生的机理也不相同。（1）空隙压密阶段(OA)（2）弹性变形阶段(AB)   B点:弹性极限（2）微裂隙稳定发展阶段(BC)  C点:屈服强度（3）非稳定发展阶段(CD)  

2、  D点:峰值强度（4）破坏阶段(DE)说明：(1)空隙裂隙压密阶段(OA段)：即试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形。σ~ε曲线呈上凹型，曲线斜率随应力增加而逐渐增大，表明微裂隙的闭合开始较快，随后逐渐减慢。本阶段变形对裂隙化岩石来说较明显，而对坚硬少裂隙的岩石则不明显，甚至不显现。(2)弹性变形至微破裂稳定发展阶段(AC段)：该阶段的σ-εL曲线呈近似直线关系，而σ-εv曲线开始(AB段)为直线关系，随σ增加逐渐变为曲线关系。据其变形机理又可细分弹性变形阶段(AB段)和微破裂稳定发展阶段(BC段)。弹性变形阶段不仅变形随应

3、力成比例增加，而且在很大程度上表现为可恢复的弹性变形，B点的应力可称为弹性极限。微破裂稳定发展阶段的变形主要表现为塑性变形，试件内开始出现新的微破裂，并随应力增加而逐渐发展，当荷载保持不变时，微破裂也停止发展。由于微破裂的出现，试件体积压缩速率减缓，σ-εv曲线偏离直线向纵轴方向弯曲。这一阶段的上界应力(C点应力)称为屈服极限。(3)非稳定破裂发展阶段(或称累进性破裂阶段)(CD段)：进入本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化。由于破裂过程中所造成的应力集中效应显著，即使外荷载保持不变，破裂仍会不断发展，并在某些薄弱部位首先破坏，应力重新分布，其结果又引起次薄弱部

4、位的破坏。依次进行下去直至试件完全破坏。试件由体积压缩转为扩容。轴向应变和体积应变速率迅速增大。试件承载能力达到最大，本阶段的上界应力称为峰值强度或单轴抗压强度。(4)破坏后阶段(D点以后段)：岩块承载力达到峰值后，其内部结构完全破坏，但试件仍基本保持整体状。到本阶段，裂隙快速发展、交叉且相互联合形成宏观断裂面。此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不降到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载能力。峰值后变形曲线与峰值前曲线合称为全过程曲线，与之对应，峰值前曲线称为前过程曲线。2、峰值前岩块的变形特征（1）前过程曲线类型及特

5、征类型A(弹性型)，表现为近似于直线关系的变形特征，直到发生突发性破坏，且以弹性变形为主。是玄武岩、石英岩、辉绿岩等坚硬、极坚硬岩类岩块的特征曲线。类型B(弹-塑性型)，开始为直线，至末端则出现非线性屈服段。较坚硬而少裂隙的岩石，如石灰岩、砂砾岩和凝灰岩等常呈这种变形曲线。类型C(塑-弹性型)，开始为上凹型曲线，随后变为直线，直到破坏，没有明显的屈服段。坚硬而有裂隙发育的岩石如花岗岩、砂岩及平行片理加荷的片岩等常具这种曲线。类型D(塑-弹-塑性型1)，中部很陡的“S”形曲线，是某些坚硬变质岩(如大理岩和片麻岩)常见的变形曲线。类型E(塑-弹-塑性型2)，中部较缓

6、的“S”形曲线，是某些压缩性较高的岩石（如垂直片理加荷的片岩）常见的曲线类型。类型F(弹性-蠕变型)，开始为一很小的直线段，随后就出现不断增长的塑性变形和蠕变变形，是盐岩等蒸发岩、极软岩等的特征曲线。以上曲线中类型C、D、E具有某些共性，如开始部分由于空隙压密均为一上凹形曲线；当岩块微裂隙、片理、微层理等压密闭合后，即出现一直线段；当试件临近破坏时，则逐渐呈现出不同程度的屈服段。（2）变形参数A、变形模量：指单轴压缩条件下，轴向压应力与轴向应变之比。若应力-应变曲线为直线型，这时变形模量又称为弹性模量，右图。应力-应变曲线为“S”型(下图)，定义为以下三种具体的

7、形式：初始模量(Ei):指曲线原点处切线斜率。切线模量(Et):指曲线上任一点处切线的斜率，在此特指中部直线段的斜率。割线模量(Es):指曲线上某特定点与原点连线的斜率，通常取σc/2点与原点连线的斜率。B、泊松比(μ):是指在单轴压缩条件下，横向应变（εd）与轴向应变（εL）之比。在实际工作中，常采用σc/2处的εd与εL来计算岩块的泊松比。岩块的变形模量和泊松比受岩石矿物组成、结构构造、风化程度、空隙性、含水率、微结构面及其与荷载方向的关系等多种因素的影响，变化较大。（3)其他变形参数除变形模量和泊松比两个最基本的参数外，还有一些从不同角度反映岩块变形性质的

8、参数。如剪切模量(G)、