《岩石的1岩石的力学性质.docVIP

岩石的1 岩石的力学性质－岩石的变形 岩石的强度：岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够承受的最大应力。岩石的变形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。岩石在荷载作用下，首先发生的物理力学现象是变形。随着荷载的不断增加，或在恒定载荷作用下，随时间的增长，岩石变形逐渐增大，最终导致岩石破坏。岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质。 1.5 岩石变形性质的几个基本概念 1）弹性(elasticity)： 物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力(卸载)后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性。 弹性体按其应力－应变关系又可分为两种类型： 线弹性体：应力－应变呈直线关系。 非线性弹性体：应力—应变呈非直线的关系。 2）塑性（plasticity） ：物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质，称为塑性。 不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形，残余变形。 在外力作用下只发生塑性变形的物体，称为理想塑性体。 理想塑性体，当应力低于屈服极限时，材料没有变形，应力达到后，变形不断增大而应力不变，应力－应变曲线呈水平直线. 3）黏性 (viscosity): 物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。 应变速率与时间有关，－黏性与时间有关 其应力－应变速率关系为过坐标原点的直线的物质称为理想粘性体（如牛顿流体）， 4）脆性 (brittle): 物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。 5）延性 (ductile): 物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性。 1.7 岩石变形指标及其确定 岩石的变形特性通常用弹性模量、变形模量和泊松比等指标表示。 3）全应力－应变曲线的工程意义 ①揭示岩石试件破裂后，仍具有一定的承载能力。 ②预测岩爆。 若AB，会产生岩爆 若BA，不会产生岩爆 ③预测蠕变破坏。 当应力水平在H点以下时保持应力恒定，岩石试件不会发生蠕变。 应力水平在G－ H点之间保持恒定。蠕变应变发展会和蠕变终止轨迹相交，蠕变将停止，岩石试件不会破坏。 若应力水平在G点及以上保持恒定，则蠕变应变发展就和全应力—应变曲线的右半部，试件将发生破坏。 ④预测循环加载条件下岩石的破坏。 循环荷载：爆破，而且是动荷载。 在高应力水平下循环加载，岩石在很短时间内就破坏。 在低应力水平下循环加载，岩石可以经历相对较长一段时间，岩石工程才会发生破坏。 所以，根据岩石受力水平，循环荷载的大小、周期、全应力—应变曲线来预测循环加载条件下岩石破坏时间。 围压对岩石变形的影响得出如下结论： ①随着围压的增大，岩石的抗压强度显著增加； ②随着围压的增大，岩石的变形显著增大； ③随着围压的增大，岩石的弹性极限显著增大； ④随着围压的增大，岩石的应力—应变曲线形态发生明显改变；岩石的性质发生了变化：由弹脆性→弹塑性→应变硬化。 围压对岩石变形的影响得出如下结论： ①随着围压的增大，岩石的抗压强度显著增加； ②随着围压的增大，岩石的变形显著增大； ③随着围压的增大，岩石的弹性极限显著增大； ④随着围压的增大，岩石的应力—应变曲线形态发生明显改变；岩石的性质发生了变化：由弹脆性→弹塑性→应变硬化。 1.11 岩石的扩容 扩容：当外力继续增加，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度增加，且增长速率越来越大，最终将导致岩石试件的破坏，这种体积明显扩大的现象称为扩容 。 实验表明：体积应变曲线可以分为三个阶段： ①体积变形阶段 体积应变在弹性阶段内随应力增加而呈线性变化（体积减小），在此阶段内，轴向压缩应变大于侧向膨胀。称为体积变形阶段。在此阶段后期，随应力增加，岩石的体积变形曲线向左转弯，开始偏离直线段，出现扩容。 在一般情况下，岩石开始出现扩容时的应力约为其抗压强度的1/3～1/2左右。 ②体积不变阶段 在这一阶段内，随着应力的增加，岩石虽有变形，但体积应变增量近于零，即岩石体积大小几乎没有变化。 在此阶段内可认为轴向压缩应变等于侧向膨胀，因此称为体积不变阶段。 ③ 扩容阶段 当外力继续增加，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度增加，且增长速率越来越大，最终将导致岩石试件的破坏，这种体