《岩石的力学特性》PPT课件.ppt

《《岩石的力学特性》PPT课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第3章 岩石的力学特性3.1岩石单轴压缩条件下的力学特性*3.2岩石单轴拉伸条件下的力学特性3.3岩石剪切条件下的力学特性3.4岩石三轴压缩条件下的力学特性3.5岩石的流变特性*3.6影响岩石力学性质的主要因素3.7岩石的强度理论*3.5岩石的流变特性3.5.1岩石流变定义→岩石流变是指岩石变形与时间有关的性质。不同加载速率→不同变形性状。岩石流变包括蠕变、松弛、弹性后效和粘性流动。蠕变:应力保持不变时，应变随时间增加而增长的现象；松弛:应变保持不变时，应力随时间增加而减小的现象；弹性后效:加(卸)

2、载后，经过一段时间应变才增加(或减少)到应有数值的现象；粘性流动:蠕变一段时间后卸载，部分应变永久不恢复的现象。岩石流变包括蠕变、松弛、弹性后效和粘性流动。蠕变:应力保持不变时，应变随时间增加而增长的现象；松弛:应变保持不变时，应力随时间增加而减小的现象；弹性后效:加(卸)载后，经过一段时间应变才增加(或减少)到应有数值的现象；粘性流动:蠕变一段时间后卸载，部分应变永久不恢复的现象。1.岩石蠕变研究意义重大。岩石蠕变十分普遍!边坡工程地下工程岩石蠕变应力重（新）分布岩体内及建(构)筑物内产

3、生应力集中影响岩体工程的稳定性。1)岩石蠕变曲线图3-27蠕变曲线。不同应力水平不同。初始蠕变/瞬态阶段。卸荷应力立即消失，应变弹性后效。三个阶段(图3-27)：①初始蠕变、②等速蠕变、③加速蠕变。2)蠕变不稳定蠕变，稳定蠕变。典型的蠕变曲线(2)等速蠕变/稳态阶段。曲线呈近似直线，卸载应变恢复，但存在一永久应变。(3)加速蠕变/不稳定阶段。应变速率迅速增加。岩石蠕变稳定与否应力水平与临界应力。岩石的长期强度3.5.2岩石流变方程流变方程流变过程中的应力、应变和时间的关系。流变

4、方程:本构方程、蠕变方程和松弛方程微分方程或经验公式。用理想弹性元件、塑性元件和粘性元件组合，建立流变模型。不同组合形式不同模型。1．流变模型基本元件弹性元件粘性元件塑性元件1)弹性元件虎克体理想弹性体(满足虎克定律)。其力学模型弹簧元件(图3-28a)。本构方程:关于虎克体：①瞬时弹性变形，与时间无关。虎克体不存在弹性后效；一定的非零荷载(应力)对应相应的应变，应力为零(卸载)应变为零②无应力松弛；应变恒定时，应力不变，应力并不因时间增长而减小③无蠕变性。应力保持恒定，应变也保持

5、不变2)塑性元件理想塑性体:力学模型摩擦片(或滑块，如图3-29a)。应力达到屈服极限时开始产生塑性变形，应力不增加，变形仍增长本构方程:3)粘性元件牛顿体理想粘性体阻尼器(图3-30a)。应力与应变速率成正比(图3-30b)。本构方程:关于粘性元件：①应变与时间有关，且无瞬时变形;②粘性元件具有流变性;③粘性元件无弹性后效，但存在永久变形；④粘性元件无应力松弛特性。圣维南体(St.VenantModel)马克斯威尔体(MaxwellModel)开尔文体(KelvinModel)广义开尔文

6、体(modifiedKelvinModel)伯格斯体(BurgersModel)宾汉体(BinghamModel)西原体。代表性组合模型2．流变微分方程基本元件基本组合方式:串联与并联。串联组合体:并联组合体:1)圣维南(St.Venant)体(图3-31a)①本构方程②卸载特性卸载σ=0，弹性变形完全恢复，塑性变形停止。保留已发生塑性变形。圣维南体代表理想弹塑性体，无蠕变，无松弛，无弹性后效。2)马克斯威尔(Maxwell)体(图3-32)①本构方程弹簧阻尼器②蠕变方程③松弛方程克斯威尔体有松弛现

7、象物理概念理解:t=0，弹簧开始变形，阻尼器来不及变形。t=t1，在弹簧的作用下，阻尼器逐渐变形，弹簧收缩，弹簧应力减小松弛。3)开尔文(Kelvin)体(图3-34)①本构方程弹簧阻尼器②蠕变方程原因:施力瞬间阻尼器的惰性阻止弹簧产生瞬时变形。蠕变曲线③卸载方程t=t1时卸载，σ＝0初始条件本构方程：表明:阻尼器在弹簧收缩时，随之恢复变形，当t→∞时，弹簧元件与粘性元件完全恢复变形。弹性后效。卸载方程应变恒定：ε＝ε0＝const④松弛方程表明模型无应力松弛性能。综上所述：开尔文体属于稳定蠕变

8、模型，有弹性后效，但无松弛现象。本构方程：应力恒定4)广义开尔文体(ModifiedKelvinModel,图3-36)开尔文体+弹簧串联。①本构方程②蠕变方程③弹性后效(卸载效应)5)伯格斯(Burgers)体图3-38伯格斯体粘弹性体马克斯威尔体+开尔文体串联。6)宾汉(Bingham)体图3-40宾汉体=虎克体+理想粘塑性体串联。主要反映岩石的弹性—粘塑性特性，适用于粘土及半坚硬岩石。3．经验方程根据岩石流变试验结果，通过数理统计的方法拟合出经验表达式。瞬