岩石力学基础教程 教学课件 作者 侯公羽 第3章 岩石的基本力学性质.ppt

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1、第三章岩石的基本力学性质岩石力学是固体力学的一个分支。在固体力学的基本方程中，平衡方程和几何方程都与材料性质无关，而本构方程（物理方程/物性方程）和强度准则因材料而异。岩石的基本力学性质主要包括2大类，即岩石的变形性质和岩石的强度性质。研究岩石变形性质的目的，是建立岩石自身特有的本构关系或本构方程(constitutivelaworequation)，并确定相关参数。研究岩石强度性质的目的，是建立适应岩石特点的强度准则，并确定相关参数。7/23/20211《岩石力学》3.1岩石的强度性质岩石介质破坏时所能承受的极限应力称

2、为岩石强度。岩石的破坏形式如下：①拉伸破坏：图3.1(a)为直接拉坏的情况；图3.1(b)为劈裂破坏；②剪切破坏：截面剪应力达到某一极限值时，岩石在此截面被剪断，如图3.1(c)所示；③塑性流动：岩石在剪应力作用下产生塑性变形，其线应变达到10%时就算塑性破坏，如图3.1(d)所示7/23/20212《岩石力学》3.1岩石的强度性质(a)拉伸破坏(b)劈裂破坏(c)剪切破坏(d)塑性流动图3.1岩石的破坏形式7/23/20213《岩石力学》3.1岩石的强度性质3.1.1岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度指岩石试件在无侧

3、限和单轴压力作用下抵抗破坏的极限能力。其值由室内试验确定。7/23/20214《岩石力学》3.1岩石的强度性质1．单向压缩荷载作用下试件的破坏形态(a)圆锥形破坏(b)柱形劈裂破坏(c)圆锥形破坏应力分布7/23/20215《岩石力学》3.1岩石的强度性质2．岩石单轴抗压强度的影响因素岩石内在因素，如矿物成分、结晶程度、颗粒大小、颗粒联结及胶结情况、密度、层理和裂隙的特性和方向、风化特征等；试验方法方面因素，如试件的形状和加工精度、端面条件、加载速度等；环境因素，如含水量、温度等。7/23/20216《岩石力学》3.1岩

4、石的强度性质3.1.2岩石的抗拉强度岩石试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力，称为单轴抗拉强度(uniaxialtensilestrength)，简称抗拉强度具体测试方法为：1．直接拉伸法2．抗弯法3．劈裂法(巴西法)4．点荷载法7/23/20217《岩石力学》3.1岩石的强度性质3.1.3岩石的抗剪强度岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力，称为抗剪强度(shearstrength)。岩块的抗剪强度是由内聚力和内摩擦阻力两部分组成的。当岩石某一截面上的剪应力大于上述两者的和时，岩石沿该截面产生剪切破坏。岩石抗剪强度可通过直剪试验和

5、变角板剪切试验获取。7/23/20218《岩石力学》3.1岩石的强度性质直剪试验装置图确定C，值的示意图7/23/20219《岩石力学》3.1岩石的强度性质变角板剪力仪装置示意图岩块强度包络线7/23/202110《岩石力学》3.1岩石的强度性质3.1.4岩石三轴压缩强度1．岩石三轴压缩强度试验岩石试件在三向压应力作用下能抵抗的最大轴向压力称为岩块的三轴压缩强度(Triaxialcompressivestrength)7/23/202111《岩石力学》3.1岩石的强度性质2．岩石三轴压缩试验的破坏类型7/23/20211

6、2《岩石力学》3.1岩石的强度性质3．岩石三轴压缩强度的影响因素除了类似于前述单轴强度的影响因素(包括尺寸、加载速率等因素)以外，还有如下因素影响岩石的三轴压缩强度。（1）侧向压力的影响。（2）加载途径对岩石三轴压缩强度的影响。（3）孔隙水压力对岩石三轴压缩强度的影响。7/23/202113《岩石力学》3.1岩石的强度性质4．岩石三轴压缩试验方法简介三轴压缩应力试验根据施加围压状态的不同，可分成真三轴试验()和假三轴试验()，二者的区别在于围压。真三轴试验的两个水平方向施加的围压不等，而假三轴试验的两个水平方向施加的围压

7、相等。7/23/202114《岩石力学》3.2岩石的变形性质3.2.1岩石在单轴压缩状态下的应力-应变曲线岩石的典型应力-应变全过程曲线7/23/202115《岩石力学》3.2岩石的变形性质3.2.2反复加载与卸载条件下岩石的变形特性对于弹塑性岩石，在反复多次加载与卸载循环时，所得的应力-应变曲线具有以下特点：（1）卸载应力水平一定时，每次循环中的塑性应变增量逐渐减小，加、卸载循环次数足够多后，塑性应变增量将趋于零。因此，可以认为所经历的加、卸载循环次数愈多，岩石则愈接近弹性变形，如下图所示。（2）加卸载循环次数足够多时

8、，卸载曲线与其后一次再加载曲线之间所形成的滞回环的面积将愈变愈小，且愈靠拢而又愈趋于平行，如下图所示。这表明加、卸载曲线的斜率愈接近。（3）如果多次反复加载、卸载循环，每次施加的最大荷载比前一次循环的最大荷载要大，则可得所示的曲线。7/23/202116《岩石力学》3.2岩石的变形性质3.2.2反复加载与卸载条件下岩