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若考虑孔隙压力,只要将 , , 代替 、 、 ,即可得到岩石中任一斜截面上一点的有效应力。 通过有关的应力分析,岩石中任一斜截面上某点的有效正应力等于该点正应力减去孔隙压力,而剪应力不受孔隙压力的影响。 SKempton (1961)从实验中得到启示,对Terzaghi有效应力理论进行了修正,即: 其中a为材料常数,对某些岩石其值近似为零。但对其它类型的岩石,其值可达3-5%。 a=K/Ks,其中K为岩石体积模量(the buck modulus of the whole –rock),Ks为岩石所含矿物的体积模量(the buck modulus of the Constituent minerals)。 由此可见,有效应力不仅与围压和孔隙压力有关,而且还与材料的性质有关。 六、孔隙度、孔隙压力对岩石力学性质的影响 孔隙度(porosity)及孔隙压力(pore pressure) 对岩石的变形性态、强度、压缩性及弹性模量均有较大影响。 1、孔隙的影响 Price (1960) , Smorodinov (1970)等人进行煤系岩石、碳酸盐类岩石及石英岩等实验,得出岩石中孔隙度增加,强度下降,但延性却能提高的结论。 强度下降的原因有: (1)孔隙边界造成应力集中; (2)孔隙度增加,岩石承载面积相应减小; (3)孔隙中有部分水或其它液体,使颗粒间表面自由度降低。 延性增加的原因是: 由于岩石中孔隙增加。 这些孔隙在受压过程中逐渐被闭合,造成类似延性的变形。 Price(1960)研究孔隙度对煤系岩石强度的影响,得出抗压强度随着孔隙增加而按线性关系减小的结论。每增加1%孔隙度,抗压强度减低4%。 Dube及Singh (1972 )对砂岩的孔隙度与抗拉强度之关系进行实验研究,并将干的与湿的砂岩进行了比较。在同样孔隙度情况下,湿砂岩比干砂岩的抗拉强度要下降一些。但无论是湿或干的砂岩,其抗拉强度随着孔隙度增加而下降。 2、孔隙压力的影响 在一定围压下,由于孔隙压力增大,岩石强度及延性随之降低,若孔隙压力逐渐提高,则岩石强度随之下降,且由延性逐渐转化为脆性。 若孔隙压力为零,则灰岩在较高的围压下,不仅强度提高,而且出现应变硬化阶段。 当孔隙压力等于围压时,则相当于单轴压缩的应力一应变曲线及强度。 一般情况下,岩石中含有孔隙,但孔隙液压小于围压,其强度在两者之间。 由上以上分析可知,岩石孔隙压力对岩石力学性质的某些影响,恰恰与岩石中只存在孔隙的影响相反。 例如:岩石的延性,当孔隙度加大时,延性增加;但孔隙压力加大时,延性却下降。 对岩石强度而言,孔隙度加大或孔隙压力加大时,均使岩石强度降低。 应变率(strain rate)是指应变的变化速率,即单位时间内应变变化量,通常用以 或d /dt)表示。 应变率是一个极难测定的量。 在地质中,应变率对岩石力学性质又是一个极为重要的影响因素。 第五节 应变率对岩石力学性质的影响 实验室条件下,只能进行几小时、几天或几年应变率对岩石力学性质影响的实验。例如三小时完成应变10%,则应变率为10-5/s。最慢的实验应变率可达10-8/s。 在一定围压、温度下,应变率对岩石变形特征、弹性模量及强度均有较大影响。 通常情况下,岩石的峰值应力(强度)及弹性模量随着应变率降低而下降,而破坏前应变则随着应变率降低而增加。 一、应变率对岩石抗压强度的影响 Bieniawski (1970 )对直径为21. 6mm,高为10. 8mm的砂岩试件,在刚性压力机上采用不同应变率进行实验,得出应力一应变关系曲线及应变率对单轴抗压强度、
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