岩石力学课件98395

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1、岩石力学课件第一节岩石力学试验机一、试验机及岩样变形分析1．刚度刚度：产生单位位移需要的力。——沿P方向的位移。岩石试件的刚度：设其高度为lr、横截面为Fr、弹模为Er，则岩石试件刚度为:；通常：标准的岩石试件Kr>0.5MN/mm。试验机的刚度：等效为类似于岩石试件的金属构件：设其高度为lm、横截面为Fm、弹模为Em，则试验机刚度为：。通常：普通试验机Km=0.15~0.20MN/m；Km

2、惠特尼Whithey首次正确解释了岩石试件达到峰值后突然崩溃的机理。破裂原因：岩石材料刚度大于试验机刚度。当岩石达到强度极限后，因刚度下降无法再抵抗极限荷载，导致试验机中积聚的弹性变形能急剧释放，使岩石失控而立即崩溃。2．岩石加载过程能量积聚试验机蓄积的变形能：；试件蓄积的变形能：。试验过程中试验机与岩石试件变形能之比：显然，试验机刚度越低，其积聚的变形能越多。373．岩石弱化过程能量释放峰值后岩石试件的能量释放：峰值后，试件将发生破裂，岩石试件刚度降低，试件中的应变能将转化为各种能量（裂缝扩展、声响、震动、热能）而释放。注意：岩石继续变形仍需能量

3、，试件平稳变形所需能量（为峰值后弱化段刚度，图中梯形面积）：峰值后试验机的能量释放：由于普通试验机：，试验机释放的能量超过试件平稳变形所需能量，因此，试件必然瞬间崩溃。思考：采用普通试验机，能否得到岩石峰值后的应力应变曲线？要得到岩石峰后应力应变曲线，可采取什么手段？二、岩石力学试验机根据岩石试件破裂的机理，得到避免其瞬间破裂（爆裂）的方法：提高试验机刚度；改变峰值前后的加载方式；伺服控制试件位移。371．刚性试验机（1）基本原理提高试验机刚度（减小钢构件高度，增大截面积，提高部件间配合精度）。峰后：，试验机释放的能量小于试件平稳变形需要的能量，试

4、件继续平稳变形必须继续主动施加荷载，因此试件不会崩溃。可以得到全应力应变过程。（2）发展现状1966年，库克（Cook）与霍杰姆（Hojem）研制了世界上第一台刚性试验机。1980年，国内首台国产刚性试验机出现。2．伺服控制试验机（1）基本原理位移传感器监测岩石试件的变形（轴向位移）并反馈给伺服控制器。由于反馈信号的响应速度比岩石破裂的传播速度更快，因而当位移速率超过限定值时，能够及时控制伺服阀产生运作，调整加压头的位移，从而保证将试件的位移控制在适当范围内，避免试件突然爆裂。分类：气动伺服、液压伺服、机电伺服、电气伺服、电液伺服关键：控制系统。（

5、2）发展现状美国MTS公司最早研制成了电液伺服试验机。1971年，长春试验机厂研制出了国内首台电液伺服试验机；1994年，武汉岩土工程研究所开发了RMT-64型试验机系统。第一节单轴压缩试验一、加载应力应变曲线分析1．岩石全应力应变曲线岩石压缩过程的几个阶段（参见图1-3）：（1）OA段：孔隙、裂隙的压密阶段；（2）AB段：弹性变形段（由于OA段较小，通常认为OB均为弹性变形段）。（3）BD段：塑性变形段（岩石中新裂隙的产生、扩展、贯通阶段）。（4）DE段：弱（软）化段（岩石继续变形仍需要外力，但能承担的外载大幅度降低）。（5）EF段：残余强度段。

6、372．岩石全应力应变曲线特点：（1）峰值应变小；（2）无明显的屈服平台；（3）塑性段为线性或非线性强化；（4）岩石划分峰前峰后区且具有残余强度，其中：峰前区：可看作连续介质，按弹性、弹塑性理论计算应力应变；峰后区：岩石变形主要是破碎块体间的滑动或错动，此时，各块体自身变形不显著，岩石的变形不再适用连续介质力学，可用刚体运动力学研究。3．岩石全应力应变特征点（1）屈服点：弹、塑性分界点（图中B点）。（2）峰值点：峰前峰后区分界点，对应于单轴抗压强度（图中D点）（3）软化点：峰后区岩石刚度急剧下降段与残余强度段的分界点（图中E点）4．岩石全应力应变特

7、征角（1）刚度角：OB连线与坐标横轴夹角（刚性角越大，表明岩石刚度越大，弹模越大）；（2）脆度角：BD连线与横轴间夹角（脆度角越大，表明脆性越强）；（3）强化角：OD连线与横轴夹角（强化角越大，表明峰前段整体刚度越高）；（4）软化角：DE连线与横轴夹角（软化角越大，峰后软化段曲线越陡，软化越急剧）。（5）韧度角：DE段连线与竖轴夹角（与软化角互余，韧度角越大，峰后曲线越平缓，残余强度越高，表明岩石的韧性越好）。二、卸载应力应变曲线分析1．弹性段卸载线弹性：应力应变为线性关系，卸、加载曲线重合；非线性弹性：应力应变为非线性关系，卸、加载曲线重合；滞弹

8、性：应力应变为非线性关系，卸载曲线与加载曲线不重合（但最终也回到原点无残余应变）。线弹性卸载曲线参见图1-4。372．塑性