《工程地质学教学课件》CH5.ppt

* * * * * * * * * * * * 类型Ⅳ 应力较低时，应力—应变曲线向上弯曲，当压力增加到一定值后，变形曲线成为直线，最后，曲线向下弯曲，曲线似S型 由于这些岩石低应力时表现出塑性，高应力时表现出弹性，破坏前又表现出塑性，所以被称为塑—弹—塑性岩石 例如：大多数为变质岩（大理岩、片麻岩等） 类型Ⅴ 基本上与类型Ⅳ相同，也呈S型，不过曲线斜率较平缓。一般发生在压缩性较高的岩石中。应力垂直于片理的片岩具有这种性质 类型Ⅵ 应力—应变曲线开始先有很小一段直线部分，然后有非弹性的曲线部分，并继续不断地蠕变 这类材料被称为弹—粘性岩石 例如：岩盐、某些软弱岩石 (二)、岩石的变形参数 1、变形模量 指岩石在单向受压时，轴向应力σ与轴向应变εL之比。 当压力－应变为直线关系时，变形模量为常数，数值上等于直线斜率。由于其变形为弹性变形，所以该模量又称为弹性模量。 当应力－应变为曲线关系时，变形模量为变量。即不同应力段上的模量不同。常用的有 ： 　　初始模量Ei：曲线原点处的切线斜率 Ei=σi/ ε i 　　切线模量Et：曲线中段直线的斜率 Et=(σ2-σ1)/(ε2-ε1) 　　割线模量Es：曲线上某特定点与原点连线的斜率Es= σ 50/ε50 (二)、岩石的变形参数 2、泊松比 指岩石在单向受压时，横向应变(εd)与轴向应变(εL)之比: μ= εd / εl 在实际工作中，常用抗压强度50%的横向应变εd 与轴向应变εl来计算μ。 实验表明：岩石的变形模量与泊松比具各向异性特征。 (三)、循环荷载条件下岩石的变形特征 岩石在循环荷载作用下的应力-应变关系，随加卸荷方法及卸荷应力的不同而异。 　1、在同一荷载条件下对试件加荷、卸荷时： 　　1）卸荷点(P)的应力低于岩石的弹性极限(A)，则卸荷曲线将基本沿加荷曲线回到原点－弹性恢复。大部分弹性变形在卸荷后能很快恢复，而小部分必须经过一段时间后才能恢复，这种现象称弹性后效。 　　2）若卸荷点(P)的应力高于岩石的弹性极限(A)，则卸荷曲线从原来的加荷曲线偏移出来。 2、如果加荷、卸荷反复多次，可得到图A、B的应力-应变曲线。图A为每次卸荷后再加荷到原来且荷载继续增加，每次加荷曲线与卸荷曲线都不重合，围成一环形面积，称为回滞环。图A中曲线沿着单调加荷曲线上升，其形状与连续加荷情况基本一致。 3、 当应力在弹性极限以上的某一较高应力下反复加荷卸荷时(图B)，将导致变形进一步增加，直至破坏。破坏时的应力低于峰值强度，通常称为疲劳强度。 二、单向受力条件下的岩石强度 岩石在外力作用下，当达到或超过某一极限值时，便发生破坏。 根据破坏时的应力类型，破坏可分为：拉断破坏和剪断破坏。 岩石抵抗外力破坏的能力称为强度。 根据外力的性质，岩石的强度分为：抗压强度、抗拉强度、剪切强度。 (一)、岩石的抗压强度 岩石单向受压时，能承受的最大压应力，称为单轴抗压强度，简称抗压强度。 σc=P/A 　　　式中：σc-抗压强度 ；P-岩石受压破坏时的荷载；A-试件断面积 岩石的抗压强度通过实验测得 岩石抗压强度是反映岩石力学性质的主要指标之一。 　　　它是岩体工程分类、建筑材料选择及工程岩体稳定性评价中是必不可少的指标。 影响岩石抗压强度的因素 　　　1、岩石的矿物组成 　　　2、岩石的结构、构造 　　　3、岩石的含水状态 　　　4、试验条件 (二)、岩石的抗拉强度 岩石试件单向受拉时，能承受的最大拉力，称为岩石的抗拉强度。 测定岩石抗拉强度的方法有：直接拉伸法和间接拉伸法，目前多采用间接法，其中以劈裂法和点荷载实验最常用。 1、劈裂法 劈裂法是把圆柱体或立方体试件，横置于压力机的承压板上，并在试件与上下承压板间各放一根垫条，然后以一定加荷速率加压，直至试件破坏。按下列公式计算抗拉强度： σt=2Pt/πDl 其中：σt-岩石的抗拉强度； Pt-试件的破坏荷载； D-试件的直径； l-试件长度 影响岩石抗拉强度的因素： 影响岩石抗拉强度的因素与抗压强度影响因素相同，但起控制作用的因素是岩石的结构，特别是空隙性的影响尤为重要。 (三)、岩石的剪切强度 岩石受剪力作用时抵抗剪切破坏的最大剪应力，称为剪切强度。 岩石的剪切强度是由内聚力(C)和内摩阻力(σ*tgφ)组成。 按实验方法的不同，将剪切强度分为三种： 1、抗剪断强度：在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。它反映岩石的内聚力和内摩擦阻力。 2、抗剪(摩擦)强度：在一定的法向应力作用下，沿已有破坏面再次剪坏时的最大剪应力。它反映岩石中微结构面或人工破裂面上的摩擦阻力。 3、抗切强度：法向应力为零时，沿预定剪