4讲 岩石基本物理力学性质与其试验方法之二(下).doc

岩石的体积应变特性 4. 岩石的体积应变特性岩石体积应变的变化规律也是从另一个角度反映岩石变形特性的重要方面。图15-1-25中的体积应变 v是根据弹性力学中的基本假设条件，按下式求得：式中V—体积增量；V—试件的原体积；1、2、3—分别为最大主应变，中间和最小主应变。图中的曲线反映了体积应变与主应力之间的变化规律。在假三轴试验条件下，体积应变在很大程度上受最小主应变2= 3的影响。从图中可知，当作用的外荷载较小时，体积应变表现出线性变化，且岩石的体积随荷载的增大而减小。然而，当外荷载达到一定的值之后，体积应变经过了保持不变的阶段，开始发生体积膨胀的现象。这一现象在岩体力学中被称作扩容。所谓扩容，是指岩石受外力作用下，发生非线性的体积膨胀，且这一体积膨胀是不可逆的。产生扩容现象的主要原因是岩石试件在不断地加载过程中，由于在岩石中的存在微裂纹张开、扩展、贯通等现象，使岩石内孔隙增大，促使其体积也随之增大。这一体积变化的规律在三向压缩和单向压缩试验中都会出现。但是，由于围压的增大会出现扩容量随之减弱的现象。【例题15】在假三轴试验条件下，岩石的体积变化表现为(????? )。A. 减小—不变—增大B. 减小—不变—减小C. 增大—不变—增大D. 减小—不变—减小答案：A【例题16】在进行单向压缩试验时岩石会出现扩容现象，产生扩容现象的主要原因是(?? )。A. 岩石试件在不断地加载过程中，由于在岩石中的存在微裂纹张开、扩展、贯通等现象，使岩石内孔隙增大，促使其体积也随之增大B. 岩石试件在不断地加载过程中，由于在岩石中的存在微裂隙闭合现象，使岩石内孔隙减小，促使其体积也随之减小C. 岩石试件在不断地加载过程中，由于在岩石中的存在微裂隙闭合现象，使岩石内孔隙减小，而其体积却随之增大D. 岩石试件在不断地加载过程中，由于在岩石中的存在微裂隙闭合、张开现象，使岩石内孔隙减小、增大，由于单位时间内增大量大于减小量，从而促使其体积也随之增大答案：A(三)岩石的流变特性在上几节中所讨论的岩石变形特性都是在加载后瞬时的变形特性，这些变形与时间无关。通常将加载后与时间有关的特性称作流变特性。岩石的流变特性包括三个部分：岩石的蠕变，它是指在恒定的压力作用下应变随时间的增长而增长的特性；岩石的应力松弛，它是指岩石加至一定的荷载后，使应变不变应力随时间的增长而减小的特性；蠕变的破坏，通过蠕变的破坏试验以确定其长期强度。本小节主要介绍岩石的蠕变和应力松弛的基本特性。1.?典型的蠕变曲线图15-l-26表示了典型的蠕变曲线。从曲线型态上看，可将该曲线分成三个阶段：1)AB阶段，称作为瞬态蠕变阶段。在施加外荷载之后，岩石首先将产生瞬间的弹性应变，这一应变是与时间无关的，如图中所示的OA段。当外载保持为一常数，并维持一定的时间后，岩石将产生随时间而增大的一部分应变，此时的应变速率将随时间的增长逐渐减小，曲线呈下凹型，并向直线状态过渡。在此阶段，若卸去外荷载则岩石的瞬时弹性应变先恢复，如图中的PQ段。之后，随着时间的增加，其剩余应变亦能逐渐地恢复，如图中的QR段。QR段曲线的存在，说明岩石具有随时间的增长应变逐渐恢复的特性，这一特性被称作为弹性后效。2)BC阶段，被称作为稳定蠕变阶段。在这一阶段最明显的特点是应变与时间的关系近似地呈直线变化，应变速率为一常数。若在这一阶段，也将外荷载卸去，则同样会出现与第一阶段卸载时一样的特性，弹性后效仍然存在，但是这时的应变已无法全部恢复，存在着部分不能恢复的永久变形。第二阶段的曲线斜率与作用的外荷载的大小和介质的粘滞系数有关。3)C点以后阶段，为加速蠕变。当应变达到C点后，岩石将进入非稳态蠕变阶段。这时岩石的应变速率剧烈增加，整个曲线呈上凹型，经过短暂的时间后试件将发生破坏。C点往往被称作为蠕变极限应力，其意义类似于屈服应力。【例题17】下列不属于岩石的流变特性的是(?????? )。A. 岩石的蠕变B. 岩石的应力松弛C. 岩石的流动破坏D. 蠕变的破坏答案：C【例题18】根据典型的蠕变曲线(图15-1-26)可知，该曲线不包括的阶段为(????? )。A. 瞬态蠕变阶段B. 稳定蠕变阶段C. 非稳态蠕变阶段D. 流动破坏阶段答案：D【例题19】根据典型的蠕变曲线(图15-1-26)，哪一点被称为蠕变极限应力(?????? )。A. A点B. B点C. T点D. C点答案：D2. 岩石蠕变的影响因素岩石蠕变的影响因素除了岩石自身矿物成分不同将造成一定的差异之外，对于试验环境而言，主要表现为以下几个方面：1)应力水平的影响图15-1-27例示了不同的应力水平作用下的雪花石膏的蠕变曲线。由曲线可知，当在稍低的应力作