岩石的变形特性课件.ppt

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1、第三章岩石的变形特性本章内容：§3-1概述§3-2虎克定律§3-3岩石变形的各向异性§3-4岩石的变形试验及变形特性§3-5刚性压力机与全应力应变曲线§3-6岩体现场试验及变形指标的测定§3-7岩石的流变性（时效性、粘性）1、岩石的单轴压缩变形特性，应力－应变全过程曲线的工程意义；2、岩石在三轴压缩条件下的力学特性；3、岩体强度的各向异性；4、岩石的流变性。难点：岩石的流变性。重点:关键术语:脆性、塑性、延性、粘性（流变性）；蠕变；松弛；弹性后效；岩石的变形；全应力－应变曲线；刚性压力机。要求：1、须掌握本章重点难点内容；2、了解影响岩石力学性质的因素；3、理解岩石流变本构模型。

2、§3-1概述弹性(elasticity)：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形能够恢复的性质。塑性(plasticity)：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形不能恢复的性质。脆性(brittleness)：物体在外力作用下变形很小时就发生破坏的性质。延性(ductility)：物体能够承受较大的塑性变形而不丧失其承载能力的性质。粘性（流变性）(viscosity)：物体受力后变形不能在瞬间完成，且应变速度（dε/dt）随应力大小而变化的性质。弹性变形塑性变形线弹性变形非线弹性变形变形理想弹性体理想弹塑性体线性硬化弹塑性体理想粘性体几种典型的材料变形形状示意图§3

3、-2广义虎克定律弹性体内任一点的应力一应变关系都可写为：（1）用矩阵表示为：称为应变列阵称为应力列阵式中：称为弹性矩阵，由6×6＝36个弹性常数组成的6×6阶矩阵。（2）对各向同性岩石,其变形特性常用弹性模量E和泊松比两个常数来表示。当这两个常数为已知时，就可用三维应力条件的广义虎克定律计算出给定应力状态下的变形：式中G为岩石的剪切模量，为拉梅常数，它们都可用E和表示另一个变形常数是体积弹性模量K，它表示平均应力体积应变：上式可写为：§3-3岩石变形的各向异性1、特征：垂直层面方向岩体变形模量E⊥明显小于平行层面方向岩体的变形模量E∥。(a)垂直层面加力(b)平行层面加力2、变形

4、机制不同：3、构成岩体变形各向异性的两个基本要素：（1）物质成分和物质结构的方向性（2）结构面的方向性（1）垂直层面的压缩变形量主要是由岩块和结构面（软弱夹层）压密汇集而成；层状岩体不仅开裂层面压缩变形量大，而且在成岩过程中，由于沉积规律的变化，层面出现在矿物连结力弱、致密度低的部位，这是垂直层面方向压缩变形量大的另一个原因。（2）平行层面方向的压缩变形量主要是岩块和少量结构面错动而成。一、极端各向异性体的本构方程1、极端各向异性体——物体内任一点沿任何两个不同方向的弹性性质都互不相同。2、特点：任何一个应力分量都会引起6个应变分量。也就是说正应力不仅能引起线应变，还能引起剪应变

5、。3、本构方程：即：为了说明问题，将6个应力分量编号为：σxσyσzτxyτyzτzx123456将6个应变分量产生的位置编号为：x轴y轴z轴x-y面y-z面z-x面123456则：σx所引起的6个应变分量为：在x轴引起的线应变为:a11σx在y轴引起的线应变为:a21σx在z轴引起的线应变为:a31σx在x-y面引起的剪应变为:a41σx在y-z面引起的剪应变为:a51σx在z-x面引起的剪应变为:a61σx即上式用应力表示应变。式中：aij代表第j个应力分量等于1个单位时在i方向所引起的应变分量，如a31表示σx等于一个单位时在z方向引起的应变分量。可以证明，cij=cji;

6、aij=aji,是对称矩阵。36个弹性常数中只有21个是独立的。二、正交各向异性体1、概念（1）弹性对称面：在任意两个与某个面对称的方向上，材料的弹性相同（弹性常数相同），那么，这个面就是对称面。（2）弹性主向：垂直于弹性对称面的方向为弹性主向。（3）正交各向异性体：弹性体中存在3个互相正交的弹性对称面，在各个对称面的对称方向上，弹性相同，但在这3个弹性主向上的弹性并不相同，这种物体称为正交异性体。2、特点：由于对称关系，正应力分量只能引起线应变，不能引起剪应变。剪应力不会引起线应变，并且，只能引起相对应的剪应变分量的改变，不会影响其它方向的剪应变.以三个正交的弹性对称面为坐标面

7、，x,y,z坐标轴为弹性主向。根据对称性，正应力分量只能引起线应变，不能引起剪应变。则有：只有9个独立的弹性常数。同样，作用在正交各向异性体上的剪应力不会引起线应变的变化，并且，只能引起相对应的剪应变分量的改变，不会影响其它方向的剪应变.即τxy只引起γxy的变化。则有：3、正交各向异性体的本构方程：由（3）式得：三、横观各向同性体1、概念各向同性面：某一平面内的所有各方向的弹性性质相同，这个面为各向同性面。横观各向同性体：具有各向同性面，但垂直此面的力学性质是不相同的，这类物体