第5讲岩石的力学性质-变形性质.ppt

岩石的力学性质;1. 岩石的单轴抗压强度;2. 岩石的抗拉强度;3.岩石的抗剪强度;定义：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受 的最大压应力称为岩石的三轴抗压强度 a. 真三轴加载: 六个面均受到加压铁板所引起的摩擦力， 对试验结果影响很大，因而实用意义不大 故极少有人做这样的三轴试验。 应力状态：σ1σ2 σ3 b.假三轴试验: 轴向压力的加载方式与单轴压缩时相同。 但由于有了侧向压力，其加载上时的端 部效应比单轴加载时要轻微得多。 应力状态： σ1σ2=σ3;2.3.2 岩石的变形性质; 岩石的变形有弹性变形、塑性变形和粘性变形三种. 弹性：物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除 外力后又能 立即恢复其原有形状和尺寸的性质。 塑性：物体受力后变形，在外力去除后变形不能完全恢复. 粘性：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;1）弹性(elasticity)： 线弹性体，其应力－应变呈直线关系σ=Eε 非线性弹性体，其应力—应变呈非直线的关系 σ=f(ε);2）塑性（plasticity） ： 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）粘性 (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，粘性与时间有关 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），如图所示。 应力－应变速率关系： σ=η dε/dt ;1.单轴压缩下岩石的变形特征;1.单轴压缩下岩石的变形特征;应力-应变曲线的类型;2.反复加卸载条件下岩石的变形特性;1)弹塑性岩石等荷载循环加载变形特征;2)弹塑性岩石增荷载循环加载变形特征;3.三轴压缩条件下岩石的变形特性;4.岩石变形指标及其确定;4.岩石变形指标及其确定;a. 线弹性岩石 ①应力—应变曲线具有近似直线的形式。 ②弹性模量：直线的斜率,也即应力（ σ ）与应变（ε）的比率被称为岩石的弹性模量，记为E。 ③其应力—应变关系： σ =Eε ④反复加卸载应力—应变曲线 仍为直线。;b.完全弹性岩石 ①岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线。 ②对于任一应变ε，都有唯一的应力σ与之对应，应力是应变的函数关系，即 σ =f（ε） ③切线模量、初始模量和割线模量：由于应力—应变是一曲线关系，所以这里没有唯一的模量。 切线模量Et = dσ/dε 割线模量Es = σ/ε ④反复加卸载当荷载逐渐施加 到任何点P，得加载曲线OP。 如果在P点将荷载卸去，则卸 载曲线仍沿原曲线OP路线退 到原点O。 ;c.弹性岩石 ①岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线，且卸载曲线不沿原加载路径返回原点。 ②切线模量和割线模量：卸载曲线P点的切线PQ的斜率就是相应于该应力的卸载切线模量，它与加载切线模量不同,而加、卸载的割线模量相同。 ③反复加卸载:如果在P点 将荷载卸去，则卸载曲线 不沿原曲线OP路线返回， 如图中虚线所示，这时产 生了所谓滞回效应。;d.弹塑性岩石 ①岩石的应力—应变关系是曲线，卸载曲线不沿原加载路径返回，且应变也不能恢复到原点O。 ② 弹性模???和变形模量： 弹性模量E：把卸载曲线的割线的斜率作为弹性模量，即:E =PM/NM=σ/εe 变形模量Eo：是正应力与总应变(ε)之比，即： Eo =PM/OM=σ/ε=σ/(εe+εp) ③ 塑性滞回环： 加载曲线与卸载曲线所组 成的环，叫做塑性滞回环。;泊松比：岩石的横向应变与纵向应变的比值 在岩石的弹性工作范围内，泊松比一般为常数，但超越弹性范围后，泊松比将随应力的增大而增大，直到;5. 岩石的扩容;5. 岩石的扩容;5. 岩石的扩容;6 .岩石的各向异性;7.影响岩石力学性质的主要因素;风化的影响 降低了岩体结构面的粗糙度，并产生新的裂隙； 矿物成分发生变化，原生矿物经受水解、水化、氧化，变成次生矿物，强度等不断降低； 由于岩石和岩体成分结构和构造的变化，岩石的物理力学性质也随着变化；;习 题