岩体力学2.ppt

当剪应力达到一定数值时，岩石开始屈服，进入塑性状态。 三、格列菲斯强度理论 （一）屈列斯卡准则 当应力强度达到一定数值时，岩石材料开始进入塑性 （二）米赛斯准则 （一）典型的流变曲线 瞬态蠕变段 稳定蠕变段 非稳定蠕变段 1）应力水平 （二）岩石蠕变的影响因素 2）温度、湿度 （三）蠕变特性和常规变形特性的联系 1. 弹性介质模型 表现出岩石的应力-应变在卸载时可以恢复且呈直线关系的特性。 五、岩石的力学模型 （一）基本的力学介质模型 2.塑性介质模型 （1）理想塑性体 （2）硬化特性的塑性变形 （3）粘性介质模型 牛顿粘性体描述应变与时间的关系。 1.弹塑性介质 弹簧和滑块（摩擦片）串联 圣维南体模型 （二）常用的岩石介质模型 2.粘弹性介质模型 （1）马克斯维尔模型 本构关系 在恒定荷载σ=σ0，则 蠕变方程 本构方程简化为 解此微分方程 蠕变曲线 保持应变不变，应变率则为0，本构方程则为 松弛方程 解此微分方程 松弛曲线 （2）凯尔文体 本构关系 蠕变方程 在t=0施加恒定荷载σ=σ0，则 解此微分方程 蠕变曲线 卸载方程 在t=t1卸载载σ=0，则带入本构方程 其通解为 弹性后效曲线 保持应变不变，本构方程为 松弛方程 综上所述，凯尔文体属于稳定蠕变型，有弹性后效，没有松弛。 岩石的基本物理力学性质 岩石的基本物理性质 岩石的强度特性 岩石的变形特性 岩石的强度理论 岩石强度理论：研究岩石在一定的假说条件下在各种应力状态下的强度准则的理论。 强度准则：又称破坏判据，是表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，可用如下的方程表示: σ1= f (σ2 ,σ3 ,σC ,σt ,C ,Ф ) 或处于极限平衡状态截面上的剪应力 和正应力 间的关系方程： 一、一点的应力状态 （一）正负号规定 （二）一点的应力状态 平面应力，一般将受两向应力作用的问题简化为平面应力。 平面应变，例如，隧道、大坝等在其长轴方向上所截取单元体。 平面应力与平面应变中的E和μ （三）平面问题简化 任意角度截面的应力公式 最大主应力和最小主应力 （四）基本应力公式 在不同的正应力和剪应力组合作用下丧失承载力 岩石的强度值与中间主应力关系不大 无数个极限应力圆上，破坏应力的轨迹线被称为莫尔强度包线。 二、莫尔强度理论 （一）莫尔强度理论的基本思想 （二）莫尔强度包线 完整岩石的莫尔强度曲线 莫尔包络线的具体表达式，可根据试验结果用拟合法求得。 包络线形式有：斜直线型、二次抛物线型、双曲线型等。 斜直线型与库仑准则基本一致，库仑准则是莫尔准则的一个特例。 （三）莫尔-库伦 强度理论 莫尔强度理论实质:剪应力强度理论。 优点： (1)适用塑性岩石及脆性岩石的剪切破坏； (2)反映岩石抗拉强度远小于抗压强度特性; (3)能解释岩石在三向等拉时破坏，在三向等压时不会破坏（曲线在受压区不闭合）的特点。 缺点: (1)忽略了中间主应力的影响，与试验结果有一定的出入。 (2)该判据只适用于剪破坏，受拉区的适用性还值得进一步探讨，不适用于膨胀或蠕变破坏。 存在裂纹 裂纹扩展方向 扩展能量 三、格列菲斯强度理论 （一）基本思想 （二）强度准则 结论： (1)材料的单轴抗压强度是抗拉强度的8倍，其反映了脆性材料的基本力学特征。 (2)材料发生断裂时，可能处于各种应力状态。不论何种应力状态，材料都是因裂纹尖端附近达到极限拉应力而断裂开始扩展，即材料的破坏机理是拉伸破坏。新裂纹与最大主应力方向斜交，而且扩展方向会最终趋于与最大主应力平行。 Griffith强度准则只适用于研究脆性岩石的破坏。 Mohr-coulomb强度准则的适用性一般的岩石材料。 三轴试件示意图 （二）三向试验破坏类型 几何尺寸 加载速度 围压 加载路径 孔隙水压力 （三）影响因素 1）围压 围压越大，轴向压力越大 2）加载途径 A、B、C三条虚线是三个不同的加载途径，加载途径对岩石的最终三轴压缩强度影响不大。 3）孔隙压力 降低了相应的极限应力值 岩石的基本物理力学性质 岩石的基本物理性质 岩石的强度特性 岩石的变形特性 岩石的强度理论 一、单轴压缩下的变形特性 （一）普通试验机下 1.典型的岩石应力-应变曲线 2.循环加载曲线 3.岩石应力-应变曲线的形态类型 1）刚性试验机原理 （二）刚性试验机下 刚性试验机工作原理是加载系统刚度大于岩石刚度 2）应力应变全过程曲线形态 3）峰值后曲线特征和类型 a，峰值后，不会马上崩溃，承载力降低 b，仍有塑性滞环，表现出记忆性 二、三轴压缩下的变形特性 （一）假三轴时 （二）最小主应力为常数 （