岩石力学基本性质.ppt

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1、岩石力学基本性质岩石破裂过程数值试验主讲人：谭志宏第一部分岩石的变形特性第二部分岩石的基本强度主要内容岩石的变形特性单向压缩应力作用下的变形特性三向压缩应力作用下的变形特性近几年来，人们在岩体工程的现场测量中，所获得的数据大多都是岩体的变形值。因此，为了能够更好、更全面地利用这些数据为工程服务，需要全面地掌握岩石的变形规律及特征，并在此基础上综合结构面的力学特性，分析岩体结构的稳定性。随着对变形特性研究的深入，甚至有人提出了用变形表示的强度判据代替以往常用的用应力表示的强度判据。单向压缩应力作用下的变形特性OA段：裂隙压密阶段。主要特点是在

2、加载初期，随着载荷的增长，应力-应变曲线向上弯曲，仿佛岩石随应力增加（作功）而硬化。AB段：线弹性阶段（线性变形阶段）。基本特点是，随着载荷的增加，其变形基本上按比例增长。这个阶段曲线基本保持线性规律，曲线斜率为常数。BC段：临近宏观破坏阶段。应力-应变曲线逐渐偏离线性向下弯曲，曲线斜率逐渐减小。过了C点（峰值载荷）后，岩石便进入了岩石破坏的后期阶段。这个阶段岩石力学行为可分为两种情况。第一种情况，弹性模量和强度逐渐下降，即岩石表现出渐进劣化的行为（CD实线段）。第二种情况，弹性模量和强度突然下降，即岩石表现出显著的脆性破坏行为（CD虚线段

3、）。DE段：宏观破坏阶段。岩石的宏观破裂面已经形成。反复循环加载曲岩石在反复加-卸载情况下应力应变实验曲线当进行加-卸载试验时，人们发现岩石的应力-应变曲线将成为一个环，通常将它称作塑性滞环。它的形成说明，在加-卸载过程中，裂隙的扩展和裂隙面之间的摩擦将不断消耗能量。由加-卸载曲线可知，整个加-卸载过程对岩石的变形特性影响并不大。尤其是在加载后的曲线似乎始终沿着原应力-应变曲线的轨迹发展。三向压缩应力作用下的变形特性随着围压（σ2=σ3）的增加，岩石的强度（最大承载能力）随之提高；岩石的弹性模量有随围压增大而增大的趋势，但增幅不大；随着围压

4、的增加，峰值应力所对应的应变值有所增大。其变形特性表现出低围压下的脆性向高围压的塑性转换的规律。当作用的外荷载较小时，体积应变主要表现为线性特征，且岩石的体积随荷载的增大而减小。然而，当外荷载达到一定的值之后，体积应变经过了保持不变的阶段，开始发生体积膨胀的现象。这一现象在岩体力学中被称为扩容。即体积的非线性膨胀，且这一体积膨胀是不可逆的。产生扩容现象的主要原因是岩石试件在加载过程中，由于在岩石中存在的微裂纹张开、扩展、贯通等现象，使岩石内孔隙增大，促使其体积也随之增大。这一体积变化的规律在三向压缩试验中都会出现。但是，由于围压的增大，会出

5、现扩容量随之减弱的现象。岩石基本强度单轴抗压强度抗拉强度抗剪强度单轴抗压强度通过试验机按一定的加载速度对岩石试件单向加压，直至试件失去最大承载能力而破坏。即岩石的单轴抗压强度是指岩石试件在无侧向约束的条件下所能承受的最大轴向压缩荷载：单轴抗拉强度直接拉伸法通过试验机对岩石试件直接施加拉伸荷载的一种岩石抗拉强度的方法。通过记录试件承受的最大拉伸荷载，按下式求得其抗拉强度指标：单轴抗拉强度抗弯法抗弯法是利用结构试验中梁的三点或四点加载的方法，使梁的下沿产生纯拉应力的作用，造成岩石试件产生断裂破坏。根据试件所受的最大弯矩，间接地求出岩石的抗拉强度

6、值：σt=单轴抗拉强度劈裂法（巴西法）劈裂法也称作径向压裂法，因为是南美巴西人杭德罗斯（Hondros，1981）提出的试验方法，故被称为巴西法。这种试验方法是：用一个实心圆柱形试件，使它承受径向压缩线荷载至破坏。解析理论表明，这种加载方式将在靠近圆柱（或圆盘）中心的垂直方向上产生最大的拉伸应力，因此可以据此求出岩石的抗拉强度：σt=抗剪强度岩石的剪切强度是指岩石在一定的应力条件下（主要指压应力）所能抵抗的最大剪应力，通常用τ表示。分为3种：（a）抗剪断试验（b）抗切试验（c）弱面抗剪切试验抗剪强度与抗压强度关系以不同的值夹具进行试验（以采

7、用较大的角度为好），分别按上式求出相应的σ及τ值，就可以在σ-τ坐标纸上作出他们的关系曲线，如图2-10（a）所示。岩石的抗剪断强度关系曲线是一条弧形曲线，一般把它简化为直线形式见图2-10（b）。这样，岩石的抗剪断强度τ与压应力σ之间就建立了如下关系式：构造研究中的　　　　应力分析基础基本概念外力、内力处于地壳和岩石圈中的任何地质体，都会受到相邻介质的作用力。力－是物体之间或物体内部粒子之间的一种相互作用．它趋向于引起物体形态，大小或运动状态的改变．面力－（接触力）体力－（非接触力）外力被研究物体（对象）以外的物体施加于所研究物体的作用

8、力。内力由外力作用引起的物体内部各部分之间的相互作用力。内力－外力，是个相对概念内力→外力。　视研究对象而定．内力可能是均匀分布的，也可能不是，为了便于度量和研究，提出了“应力”