岩石力学第四章课件.ppt

; 研究岩石的破坏（failure ）与破坏类型（mode of failure ），对于正确选择岩石的破坏准则（ failure criterion），为地下岩体结构的应力分析打好基础至关重要。 研究的主要方法是室内实验研究。 一、岩样（rock sample ）的制备 研究岩石的强度特征就必须用岩心(core)进行室内实验，关于岩样的制备，我们在第三章中已经了解了它的尺寸大小方面的问题。 在这一章内容里我们将了解更多有关岩样的问题。; 岩石的力学性质取决于组成晶体、颗粒和胶结(cement )物之间的相互作用以及裂缝、节理、层面和断层的存在。 在研究岩石的力学性质时，一方面，人们很难根据岩石其组成颗粒的性质来说明该岩石的力学性质，特别是它的强度；另一方面，由于裂缝、节理、层面和断层的分布特别广泛、复杂，以致于使每一块岩体的力学性质各有特点。 因此，在确定岩石的最基本的力学性质时，应包含足够数量的组成颗粒，同时要排除较大的结构不连续性，使试件具备大致均匀的性质。另外，实验岩样可以很方便地在实验室进行实验，一般尺寸为几到几十厘米的岩样(rock sample ) 适用于此要求。; 所以，岩石的取样既要避免岩体的结构面(tectonic surface )，又要有一定的代表性和广泛性。 所取的样品必须标明它的出处（产地、井深、层位和岩性）。 根据需要不同，实验样品可分为三大类：规则岩样（圆柱体、棱柱体或立方体）、不规则岩样和特殊形状岩样。 规则岩样(regular lump) 大多数实验样品是圆柱体。加工样品的直径多采用2.5-5.0cm，常用实验所采用的长径比（geothermal gradient ）如下： ; 抗压强度实验(compressive strength test)：2.0-3.0 弯曲实验(curved test)：3.0-7.0 巴西实验(Brazilian test)：0.5-1.0 冲压实验(punching test)：0.2-0.25 为了制备这些规则岩样，多用地下开挖或钻井取得的岩心在实验室里加工。 在制备岩样时，先用锯将岩心切成所需要的长度。当用大块岩石制备样品时，首先用机器或人工将其切成小块，然后经改进的台钻或小型采石钻在岩块上钻取岩心。 ; 使用锯制备棱柱体样品时，首先将岩块切成板状，再切成条状，最后加工成棱柱体。 若岩石很脆或强度很低，在样品即将切断时，由于材料受剪切，常感到加工困难。此时可将岩样埋入石蜡中，然后再进行切割。 在实验前，样品端面的制作要符合一定的标准。因为样品端面的沟槽或孔洞处会形成应力集中点，导致样品在相当低的载荷条件下就发生破坏。采用车床或表面研磨制备样品时，样品周边如果粗糙，必须修整光滑。 ; 对于抗压强度实验(compressive strength test)的圆柱体岩样，ISRM规定的标准是： （1）样品端面应当磨平到0. 02mm， （2）样品端面应当垂直于样品轴，误差在0.001弧度以内； （3）样品的周边应当是光滑的，并且没有不规则的凸起，而且在样品整个长度上的直径差不超过0. 3mm； 不规则样品（irregular lump） 不规则实验的样品采取用小锤轻敲去掉尖角，按照样品的重量选择大小。 ; 特殊形状岩样 根据特殊用途的要求，进行特殊加工，如圆环、球形等。 由于岩石的非均匀性（heterogeneous property ），单块岩石的实验数据不可能代表某一层位的性质，必须做足够数量的岩样。实验样品的数量取决于结果的偏差系数和平均值的精度与可靠性。 通常情况下，均质岩石的样品数量如下：大理岩2-3个，页岩5个，砂岩5-10个。 ; 二、岩石破坏类型（ rock failure type ） 岩石的破坏取决于物理环境（围压confining pressure 、温度temperature 、应变率strain rate、中间主应力intermediate principal stress及孔隙pore 、孔隙压力pore pressure等），在低温、低围压及高应变率条件下，岩石往往表现为脆性破坏；而在高温、高围压及低应变率条件下，岩石则表现为延性破坏或延性流动。 根据岩石破坏前应变(strain)的百分数，可以将岩石的破坏(failure)分为五种类型（图4-1）。该图概括地说明上述围压、温度、孔隙压力