岩石的力学性质-变形性质.ppt

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1、岩石的力学性质强度特性：岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够承受的最大应力。许用应力[]变形性质：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。许用应变[]力学性质变形性质a.单向压缩变形b.反复加载变形c.三轴压缩变形强度特性单向抗压强度单向抗拉强度剪切强度三轴压缩1.岩石的单轴抗压强度定义：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度式中：P——无侧限的条件下的轴向破坏荷载A——试件截面积σc=P/APPA2.岩石的抗拉强度定义：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度(Tens

2、ilestrength)。直接试验间接试验试验方法间接试验直接试验3.岩石的抗剪强度定义:岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度（Shearstrength）。所能抵抗的最大剪应力常用表示非限制性剪切强度试验限制性剪切强度试验试验方法非限制性限制性定义：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力称为岩石的三轴抗压强度a.真三轴加载:六个面均受到加压铁板所引起的摩擦力，对试验结果影响很大，因而实用意义不大故极少有人做这样的三轴试验。应力状态：σ1>σ2>σ3b.假三轴试验:轴向压力的加载方式与单轴压缩时相同

3、。但由于有了侧向压力，其加载上时的端部效应比单轴加载时要轻微得多。应力状态：σ1>σ2=σ34.三轴抗压强度真三轴假三轴2.3.2岩石的变形性质岩石在载荷作用下首先发生的现象是变形,随着载荷的不断增加，或在恒定的载荷作用下，随着时间的增长，岩石的变形逐渐增加，最终导致岩石的破坏。岩石的变形性质对岩石工程有重要影响。岩石的单向、二向、三向变形特征不同，但研究最充分的是岩石的单向变形，岩石的变形(用应变表示)与载荷(用应力表示)有关，但有时还与时间有关。当岩石的变形不仅取决于应力还取决于时间时，需要考虑岩石的流变特性。岩石的变形有弹性变形、塑性变形和粘性

4、变形三种.弹性：物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质。塑性：物体受力后变形，在外力去除后变形不能完全恢复.粘性：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弹性塑性粘性2.3.2岩石的变形性质1）弹性(elasticity)：线弹性体，其应力－应变呈直线关系σ=Eε非线性弹性体，其应力—应变呈非直线的关系σ=f(ε)2）塑性（plasticity）：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。在外力作用下只发生塑性变形的物体，称为理想塑性体。理想塑性体:当应力低于屈服极限

5、时，材料没有变形，应力达到后，变形不断增大而应力不变，应力－应变曲线呈水平直线.当σ<σo时，ε=0当σ≥σo时，ε∞塑性3）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。应变速率与时间有关，粘性与时间有关其应力－应变速率关系为过坐标原点的直线的物质称为理想粘性体（如牛顿流体），如图所示。应力－应变速率关系：σ=ηdε/dt1.单轴压缩下岩石的变形特征应力-应变全过程曲线：1)压密阶段OA：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。在此阶段试

6、件横向膨胀较小，试件体积随载荷增大而减小。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。特点：①应变率随应力增加而减小；②塑性变形（变形不可恢复）原因：微裂隙闭合（压密）2)弹性变形至微裂纹稳定发展阶段AC：特点：①AB段为弹性变形阶段②BC段为微裂纹稳定发展阶段原因：岩石固体部分变形1.单轴压缩下岩石的变形特征应力-应变全过程曲线：3）非稳定破裂发展阶段CD：C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。相应于该点的应力为屈服极限，其值约为峰值强度的2/3。进入本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试

7、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。本阶段的上界应力称为峰值强度。4）破裂后阶段D以后：岩块承载力达到峰值强度后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。到本阶段，裂隙快速发展。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力。应力-应变曲线的类型岩石的应力—应变曲线随着岩石性质不同有各种不同的类型。类型I:弹性体类型II:弹塑性体类型III:塑弹性体类型IV:塑-弹-塑体类型V:S型类型VI:弹-粘性体弹性体弹塑性体弹-粘性体塑弹性体塑-弹-

8、塑性体S型2.反复加卸载条件下岩石的变形特性a.线弹性岩石：加载路径与卸载路径重合，沿着同一直线往返.b.完