岩石力学讲义岩石变形

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1、岩石力学RockMechanics主讲教师：蔚宝华联系电话：13693501759电子邮箱：yubaohua73@126.com办公地点：研修大厦909岩石变形性质第一节概述第二节单轴压缩下的岩石变形特征第三节三轴压缩下的岩石变形特征第四节岩石的流变特性一、材料的变形性质二、岩石力学实验第一节概述一、材料的变形性质岩石变形的概念岩石的变形是指岩石在任何物理因素作用下形状和大小的变化。工程最常研究的是由于力的影响所产生的变形。坝建在多种岩石组成的岩基上，这些岩石的变形性质不同，则由于基岩的不均匀变位可以使坝体的剪应力和主拉应力增

2、长，造成开裂错位等不良后果。如果岩基中岩石的变形性质已知并且在岩基内这此性质的变化也已确定，那么在坝施工中可以采取必要措施防止不均匀变形岩石变形对工程的影响一、材料的变形性质按照岩石的应力-应变-时间关系，可将其力学属性划分为弹性、塑性和粘性。弹性塑性粘性一、材料的变形性质弹性：一定的应力范围内，物体受外力作用产生变形，而去除外力后能够立即恢复其原有的形状和尺寸大小的性质产生的变形称为弹性变形弹性按其应力和应变关系又可分为两种类型具有弹性性质的物体称为弹性介质应力和应变呈直线关系—即线弹性或虎克型弹性或理想弹性应力应变呈非直线

3、的非线性弹性一、材料的变形性质塑性：物体受力后产生变形，在外力去除后不能完全恢复原状的性质不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形、残余变形当物体既有弹性变形又有塑性变形，且具有明显的弹性后效时，弹性变形和塑性变形就难以区别了在外力作用下只发生塑性变形，或在一定的应力范围内只发生塑性变形的物体，称为塑性介质一、材料的变形性质粘性(viscosity)物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。应变速率随应力变化的变形称为流动变形。一、材料的变形性质岩石的变形特性常用弹性模量E和泊松比μ两个常

4、数来表示。如果把岩石当作弹性体，用E、μ来描述岩石的变形特性是足够的，因为根据弹性理论的知识，可以解决岩石力学的有关问题，但实际情况说明，仅仅用这些弹性常数来表征岩石的变形性质是不够的，因为许多岩石的变形是非弹性的，即荷载卸去后岩石变形并不能够完全恢复。特别是在现场条件下岩石有裂隙、破碎层理岩，粘土夹层等，大多数岩体不是完全弹性的，对于这类岩石为了表征岩石的总的变形，常用变形模量E0和侧胀系数μ0。二岩石力学实验tpttpp第二节单轴压缩条件下的岩块变形一、单轴抗压试验二、连续加荷方式单轴压缩条件下的岩块变形1变形阶段的划分2

5、变形参数3峰值前的变形机理4峰值后变形阶段三、循环加载方式单轴压缩条件下的岩块变形一、单轴抗压试验一、单轴抗压试验＃28岩芯全应力应变曲线＃15岩心全应力－应变曲线二、连续加荷方式单轴压缩条件下的岩块变形oA空隙闭合应力：单轴压缩状态下使岩石中的空隙闭合的最下应力1、变形阶段的划分—几个概念oAB比例弹性极限或弹性极限：应力—应变曲线保持直线关系的极限应力1、变形阶段的划分—几个概念oABC屈服应力：单轴压缩状态下岩石出现塑性变形的极限应力1、变形阶段的划分—几个概念oABC扩容：压缩应力下岩石体积出现膨胀的现象称为岩石扩容1

6、、变形阶段的划分—几个概念oABCDE峰值强度：单轴压缩下岩石所能承受的最大应力成为峰值强度峰前峰后1、变形阶段的划分—几个概念①空隙压密阶段(OA)②弹性变形阶段(AB)③微裂隙稳定发展阶段(BC)④微裂隙非稳定发展阶段(CD)⑤破坏后阶段(DE)oABCDE峰前峰后1、变形阶段的划分—五个阶段2变形参数变形模量（modulusofdeformation)是指单轴压缩条件下，轴向压应力与轴向应变之比。应力-应变曲线为直线型，这时变形模量又称为弹性模量oLii2变形参数——应力－应变关系不成直线岩石的变形特征可以用以下

7、几种模量说明：0M①初始模量：曲线原点处切线斜率②切线模量：曲线上任一点处切线的斜率③割线模量：曲线上某点与原点连线的斜率①②③2变形参数变形参数的一般确定方法Lo2501i1502i3峰值前的变形机理米勒(Miller)根据岩石的应力-应变曲线随着岩石的性质有各种不同形式的特点，采用28种岩石进行了大量的单轴试验后，将岩石的应力-应变曲线分成6种类型弹性关系弹-塑性塑-弹性塑-弹-塑性弹-塑-蠕变性塑-弹-塑性3峰值前的变形机理类型Ⅰ：弹性关系—是一直线或者近似直线，直到试样发生突然破坏为止。典型岩石：玄

8、武岩、石英岩、白云岩以及极坚固的石灰岩。类型Ⅱ：弹-塑性—在应力较低时，近似于直线；应力增加到一定数值后，应力-应变曲线向下弯曲变化，且随着应力逐渐增加，曲线斜率也愈来愈小，直至破坏。典型岩石：石灰岩、泥岩、凝灰岩3峰值前的变形机理类型Ⅲ：塑-弹性—应力较低时，曲线略向上弯，