岩石力学课程Chapter4.ppt

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1、第四章岩石的变形Chapter4RockDeformation目的：学习和认识岩石在各种物理因素作用下的形状和大小的变化及其对工程的影响、以及同种类岩石的变形特征。要求：掌握岩石的材料的应力～应变曲线、全应力应变曲线。重点：单轴压缩试验和岩石的全应力～应变曲线的构成分析。难点：根据岩石的应力～应变曲线进行的材料划分。学习提示LearningHints§4.1概述4.1.1岩石变形的概念岩石变形——指多种地质力学环境因素和工程荷载共同作用岩石形状与大小发生变化。河谷下切、地应力释放、工程开挖等;水库蓄水、隧洞充水的水荷载等；岩石

2、锚固、支挡建筑物等的变形等§4.1概述4.1.2岩石的变形稳定因此，岩体的变形量常作为工程设计的控制标准之一。岩体作为建筑物的基础，其变形与上部结构的变形相互协调→影响结构内力§4.1概述4.1.2岩石的变形稳定空间壳体将上游水载传递给坝肩岩体，而坝肩岩体的变形另一方面：库水放空坝体回弹（大），岩体回弹（小）（差异）拱端接触面“脱开”——开裂，如锦屏一级拱坝。一方面：要影响坝体的变形、应力;§4.1概述重力坝右江h=130m库空是否向上游倾斜—研究岩体变形的重要性蓄水坝基不均匀变形影响4.1.2岩石的变形稳定→不均匀变形造成坝

3、体内剪应力及主拉应力增长，造成开裂错位等不良后果。§4.1概述弹性变形塑性变形蠕变荷载卸去后，变形可恢复。包括线性和非线性（粘弹性）荷载卸去后，变形不能全部恢复，残留一部分永久变形。荷载（应力）一定的情况下，岩石变形随时间t增加而增加。4.1.2岩石的变形稳定§4.1概述4.1.3线弹性变形的本构关系岩石的变形特性通常用E和u两个常数来表示，当E和u已知时，可计算给定应力状态下的变形。三维应力条件下的Hook定律§4.1概述4.1.3线弹性变形的本构关系如果已知变形，也可用下式计算应力，其中：K为体积模量；G称为剪切模量，λ称

4、为拉梅常数。一般采用室内试验或现场试验，静力试验或动力试验来获取岩石变形指标及应力应变关系。室内试验一般有单轴压缩试验、三轴试验等，现场试验有承压板试验、狭缝试验、环形加荷试验等。显然，要了解岩石的变形特性，必须确定/已知岩石的变形指标，包括弹性模量，泊松比、剪切模量、体积模量等，显然，由于岩体结构的复杂性（含多结构面），其变形指标也存在很大的差异，因此确定岩石变形指标显得尤为重要。§4.2岩石变形室内试验4.2.1岩石变形的特点试件：D=5.0cm、H＝10.0cm加载：普通压力机、刚性压力机（MTS、INSTRON等）量测

5、：应变片：轴向、侧向单轴压缩试验§4.2岩石变形室内试验单轴压缩试验成果整理：一般来说为曲线，当较小时，为直线4.2.1岩石变形的特点§4.2岩石变形室内试验单轴压缩试验通过单轴试验，可以获得以下几种模量（变形指标）：(1)初始弹性模量：曲线上零荷载时的切线斜率；(2)切线弹性模量：随应力状态变化；(3)平均弹性模量：取近似于直线段的平均斜率；(4)割线弹性模量：原点与曲线上某点连线的斜率;4.2.1岩石变形的特点§4.2岩石变形室内试验三轴压缩试验用岩石三轴仪也可直接测定岩石试件的弹性模量。通过岩样上应变体引线——量测轴向、

6、侧向应变。对常规三轴而言：根据三维Hook定律计算弹模：4.2.1岩石变形的特点§4.3岩石的变形性质4.3.1岩石的应力～应变全过程曲线通过刚性压力机单轴试验获得应力～应变全过程曲线，分为4个阶段：1.OA－Stage1压密阶段岩体中细微裂隙受压闭合；2.AB－Stage2线弹性阶段卸载后变形可恢复，岩石颗粒变形3.BC－Stage3强化阶段卸载后变形不能完全恢复；4.CD－Stage4软化阶段ε↑，强度下降，塑性变形比重大；Stage1Stage2Stage3Stage4§4.3岩石的变形性质4.3.1岩石的应力～应变全过

7、程曲线不同岩性的岩样，σ～ε全过程曲线中某些阶段突出，某些阶段弱化，可根据各阶段的差异对岩性进行划分。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：4.3.2反复加载与卸载条件下的变形特性一）弹性阶段二）弹塑性（强化）阶段1.卸载：卸载→弹性变形恢复§4.3岩石的变形性质加载，卸载过程后，应力～应变曲线重合；4.3.2反复加载与卸载条件下的变形特性2.重复加载（单次）§4.3岩石的变形性质二）弹塑性（强化）阶段①当P

8、1时，重新加载→卸载一般不重合，形成塑性滞回环；重新加载时，σ～ε呈线性关系。②当P≥P1时，重新加载与初始加载时σ～ε曲线重合。值得注意：重新加载时，只有当P≥P1时，才开始出现塑性变形，σ提高，这种现象称之为“强化”。§4.3岩石的变形性质4.3.2反复加载与卸载条件下的