岩石力学4第三章 岩石的力学性质及其影响因素课件.ppt

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1、第三章岩石的力学性质及其影响因素岩石力学性质主要是指岩石的变形特征及岩石的强度。影响岩石力学性质的因素很多，例如岩石的类型、组构、围压、温度、应变率、含水量、载荷时间以及载荷性质等等。2021/10/61对任何工程现象来说，只有将某些因素影响下的岩石力学性质逐一进行研究，才能认识到哪些是主要影响因素，哪些是次要因素。从而得出某些参数，建立岩石的本构方程和破坏准则，为进一步研究分析提供一定模式与依据。要研究这些复杂因素对岩石力学性质的影响，只能在实验室内严格控制某些因素的情况下进行。然后将所得结果应用到实践中去验证，修正，直到与实际相符。2021/10/

2、62岩石的本构关系在应用有限元、边界元、离散元等数值计算方法，还是应用损伤力学、断裂力学等解析方法研究岩石力学理论和工程问题时，都要涉及岩石的应力应变关系。这种应力应变关系称为岩石的本构关系或本构方程。岩石的本构问题是岩石力学研究的基本问题，同时一直是岩石力学研究热点之一。由于岩石结构非均质和非连续的复杂性，到目前为止，还没有一个统一、成熟的岩石力学本构关系。2021/10/63建立岩石本构关系一般通过两个途径：1利用岩石单轴或三轴试验获得的应力应变曲线，通过数理统计的回归方法建立本构方程；2在实验观察的基础上，提出某些基本假设，从而建立一个力学模型，

3、并推导出相应的本构方程。2021/10/64第一节岩石力学实验研究基础一、岩样的制备室内进行岩石力学性质实验，首先应采集研究地层的岩石试件。为了保持岩样原有物理力学性质（例如矿物成分、粒度、结构、构造、裂隙、节理发育程度等等），最好进行密闭取芯。然后将钻井岩芯切割成（5×10cm）圆柱体，但有时也可采用（5×5×10cm）的长方柱体。按国际岩石力学学会建议，试件长度与宽度（或直径）之比为2.56~3.0之间（我国多采用2.0~2.5之间）。2021/10/65二、实验研究的基本方法将岩石试件放置在常规压力机或刚性压力机上进行加载，其应变可以通过在试件上

4、粘贴应变片，由电阻应变仪测定。当载荷递增时（通过压力机读数能看出），可以得到施加在试件上的压应力σ=P/A（其中P为载荷，A为度件横截面面积）及对应的应变（ε=△h/h）。在连续加载中（一般试验采用每秒5~8×105pa的速度加载），应力、应变在直角坐标系中绘制的曲线，称为应力一应变曲线。2021/10/66三、实验结果分析据R.P.Miller对28类岩石进行岩力力学性质实验结果，将单轴压缩下应力一应变曲线概括地划分成如图3-1所示的六种类型。2021/10/672021/10/68第一种类型为弹性变形，由加载直至破坏，应力一应变曲线近似线性特征，例

5、如玄武岩、石英岩、辉绿岩、白云岩和坚硬的石灰岩等。第二种类型为弹一塑性变形，应力一应变曲线在接近破坏载荷时出现连续的非弹性变形。例如软弱的石灰岩、粉砂岩和凝灰岩等。第三种类型为塑弹性变形，应力一应变曲线在低应力下表现出向上弯曲的现象，随后近似线性关系，直到破坏，例如砂岩、花岗岩等。2021/10/69第四种类型及第五种类型为塑一弹一塑性变形，应力一应变曲线均呈现S形曲线。这两种曲线不同之点：前者近似直线部分较陡，且初始阶段压缩性较小，例如变质岩中大理石和片麻岩。后者直线部分较缓，表示同样应力下变形量较大，且初始阶段具有高度压缩性。它们之间的共同特点是在

6、接近破坏时均显示出不同程度的非弹性变形。2021/10/610第六种类型为弹一塑一蠕变变形，曲线的直线部分很短，随后产生非弹性变形和连续蠕变，例如盐岩和软泥岩等。2021/10/611四、岩石的弹性参数岩石最基本的弹性参数是弹性模量与泊松比。1、弹性模量若应力一应变曲线是线性的（如第一类岩石），则其弹性模量为一常数直线的斜率．也即应力(σ)与应变(ε)的比率被称为岩石的弹性模量，记为E，其应力—应变关系为下列直线方程：σ=Eε2021/10/612如果岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线，但应力与应变之间有着惟一的关系，即:σ=f(ε)这种材料称为完

7、全弹性的.2021/10/613为了表征曲线上任一点的弹性模量，通常采用两种方法表示：（1）切线模量应力应变曲线上任一点的斜率可采用该点切线表示：2021/10/614（2）割线模量曲线上任一点斜率可采用该点割线表示，即用该点与坐标原点的连线的斜率表示：2021/10/615如果卸载曲线不走加载曲线OP的路线，如图(c)中虚线所示．这时产生了所谓滞回效应．则这种材料称为弹性的．卸载曲线P点的切线PQ′的斜率就是相应于该应力的卸载切线模量，它与加载切线模量不同，而加、卸载的割线模量相同。2021/10/616如果不仅卸载曲线不走加载曲线的路线，而且应变也

8、不恢复到零(原点)，见图(d)的N点，则这种材料称为弹塑性的．能够恢复的变形叫弹性变形，以εe