岩石的力学性质及其影响因素ppt课件.ppt

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1、第一节岩石力学实验与岩石力学参数第二节围压对岩石力学性质的影响第三节温度对岩石力学性质的影响第四节孔隙、孔隙压力对岩石力学性质的影响第五节应变率对岩石力学性质的影响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(deformation)特征及岩石的强度(strength)。影响岩石力学性质的因素很多，例如岩石的类型、组构、围压(confiningpressure)、温度、应变率、含水量、载荷时间以及载荷性质等等。第三章岩石的力学性质及其影响因素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

2、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(constitutiveequation)和破坏准则(failurecriterion)，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。一、岩样的制备（samplepreparation）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（rocksample）原有物理力学性质（例如

3、矿物成分、粒度、结构、构造、裂隙、节理发育程度等等），最好进行密闭取心（coring）。然后将钻井岩心（core）切割成(5Xl0cm)圆柱体；但有时也可采用(5×5×10cm)的长方体。按国际岩石力学学会（InternationalSocietyforRockMechanics）建议，试件长度与宽度（或直径）之比为2.5~3.0之间（我国多采用2.0~2.5之间）。第一节岩石力学实验与岩石力学参数图3－1准备岩心图3－2制备岩样的程序样品采集和岩石学审查钻岩心端面切割端面磨平几何形状检验环境存放样品包裹（围压实验）实

4、验图3－3检查岩心的规则程度二、实验研究的基本方法将岩石试件放置在常规压力机（loadframe）或刚性压力机（loadframestiffness）上进行加载，其应变可以通过在试件上粘贴应变片（straingauge），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为试件横截面面积）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（stress-strai

5、ndiagram）。图3－4贴应变片图3－5贴应变片的操作程序图3－6应力应变曲线三、实验结果分析据R.P.Miller对28类岩石进行岩石力学性质实验结果，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。第一种类型为弹性变形（elasticdeformation），由加载直至破坏，应力一应变曲线（stress-straindiagram）近似线性特征，例如玄武岩、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

6、岩和凝灰岩等。图3-7在单轴压缩下岩石的典型应力一应变曲线(a)弹性；(b)弹一塑性；（c）塑一弹性；(d)塑一弹一塑性；(e)塑一弹一塑性(f)弹一塑一蠕变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，直至破坏．例如砂岩、花岗岩等。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(stress)下变形(deformation)量较大

7、，且初始阶段具有高度压缩性。它们之间的共同特点是在接近破坏时均显示出不同程度的非弹性变形（elasticdeformation）。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(creep)，例如盐岩和软泥岩等。四、岩石的弹性参数任何固体在外力作用下都要发生形变，当外力的作用停止时，形变随之消失，这种形变叫弹性形变。岩石的杨氏弹性模量（E）、切变（刚性）模量（G）、体积模量（）和泊松比（）等是描述岩石弹性形变、衡量岩石抵抗变形能力和程度的主要参数。岩石最基本的弹性参数是弹性模量（Elas

8、ticmodulus）与泊松比（Poisson’sratio）。1.弹性模量根据岩样在施加载荷条件下的应力一应变关系，可以确定岩石的各弹性模量和泊松比，这样得到的岩石的各弹性模量和泊松比，称为岩石的静态弹性模量和静态泊松比。杨氏弹性模量是岩石弹性强弱的标志。设长为L，截面积为A的岩石，在纵向上受到力F作用时伸长或压缩，则纵向张应力