第3章2010-岩石的力学特性-5-6节.ppt

第3章? 岩石的力学特性 ;3.5 岩石的流变特性 3.5.1 岩石流变 定义 → 岩石流变是指岩石变形与时间有关的性质。 不同加载速率 → 不同变形性状。 岩石流变包括蠕变、松弛、弹性后效和粘性流动。;岩石流变包括蠕变、松弛、弹性后效和粘性流动。;1. 岩石蠕变 ?研究意义重大。 岩石蠕变 十分普遍 ! ? 边坡工程\地下工程 岩石蠕变 ?应力重（新）分布 ?岩体内及建(构)筑物内产生应力集中 ?影响岩体工程的稳定性。;1) 岩石蠕变曲线 图3-27 ? 蠕变曲线。 不同应力水平 ? 不同。;(2) 等速蠕变/稳态阶段。 曲线呈近似直线， 卸载应变恢复， 但存在一永久应变。 ;3.5.2 岩石流变方程 流变方程 ? 流变过程中的应力、应变和时间的关系。 流变方程: 本构方程、蠕变方程和松弛方程 ?微分方程 或 经验公式。 用理想弹性元件、塑性元件和粘性元件组合，建立流变模型。 不同组合形式?不同模型。;1．流变模型基本元件;1) 弹性元件 虎克体?理想弹性体(满足虎克定律)。 其力学模型?弹簧元件(图3-28a)。; 关于虎克体： ①瞬时弹性变形，与时间无关。 ?虎克体不存在弹性后效； ?一定的非零荷载(应力)对应相应的应变， 应力为零(卸载) ?应变为零 ②无应力松弛； ?应变恒定时，应力不变，应力并不因时间增长而减小 ③无蠕变性。 ?应力保持恒定，应变也保持不变;2) 塑性元件 ?理想塑性体:力学模型?摩擦片(或滑块，如图3-29a)。 ?应力达到屈服极限时开始产生塑性变形，应力不增加，变形仍增长;3) 粘性元件 牛顿体 ? 理想粘性体 ? 阻尼器 (图3-30a)。 应力与应变速率成正比 (图3-30b)。;关于粘性元件： ①应变与时间有关，且无瞬时变形; ②粘性元件具有流变性; ③粘性元件无弹性后效，但存在永久变形； ④粘性元件无应力松弛特性。;圣维南体(St.Venant Model) 马克斯威尔体(Maxwell Model) 开尔文体(Kelvin Model) 广义开尔文体(modified Kelvin Model) 伯格斯体(Burgers Model) 宾汉体(Bingham Model) 西原体。;1) 圣维南(St.Venant)体(图3-31a);②卸载特性 卸载σ=0，弹性变形完全恢复，塑性变形停止。 保留已发生塑性变形。;2) 马克斯威尔(Maxwell)体(图3-32);②蠕变方程;③松弛方程 ;克斯威尔体有松弛现象 物理概念理解: t=0 ，弹簧开始变形，阻尼器来不及变形。 t=t1，在弹簧的作用下，阻尼器逐渐变形，弹簧收缩，弹簧应力减小 ? 松弛。;3) 开尔文(Kelvin)体 (图3-34);②蠕变方程;③卸载方程;表明: 阻尼器在弹簧收缩时，随之恢复变形，当t→∞时，弹簧元件与粘性元件完全恢复变形。 ? 弹性后效。;应变恒定：ε＝ε0＝const;4) 广义开尔文体(Modified Kelvin Model,图3-36) ?开尔文体 + 弹簧串联。;5) 伯格斯(Burgers)体 图3-38 伯格斯体 ? 粘弹性体 ? 马克斯威尔体+开尔文体串联。;6) 宾汉(Bingham)体 图3-40 宾汉体=虎克体+理想粘塑性体串联。 主要反映岩石的弹性—粘塑性特性，适用于粘土及半坚硬岩石。;3．经验方程 根据岩石流变试验结果，通过数理统计的方法拟合出经验表达式。;临时作业;二、填空题 1、岩石流变包括（蠕变）、（松弛）、（弹性后效）和（粘性流动）。 2、在低侧压真三轴条件下，岩石破坏可分为（剪切）、（拉剪）、（??裂）。 3、根据变形速率的不同特点，软弱岩石的典型流变曲线可以划分为?瞬态阶段? 、??稳态阶段??????和???不稳定阶段??? 三个阶段。 4、在研究岩石流变中，常用流变模型的三个基本元件为 弹性元件?????????、???塑性元件?????? 和??粘性?????? 元件。 5、研究岩石变形的时间效应，一般而言主要采用两种方法寻找其蠕变规律，即? 经验???方法和?