岩体力学课件作者阳生权第3章节.ppt

5.风化对岩石力学性质的影响 新鲜岩石的力学性质和风化岩石的力学性质有着较大的区别，特别是当岩石风化严重时，其力学性质明显降低。风化程度的不同对岩石强度的影响程度是不同的。风化主要造成岩石抗水性降低、亲水性增高，也会使岩石空隙增加、透水性增强，进而降低了岩石的力学强度，使岩石压缩性加大，其中的抗压强度可由原来的几百兆帕降低到几十兆帕。 3.7　岩石的强度理论 3.7.1　岩石中任一点的应力状态3.7.2　库仑-纳维尔强度理论3.7.3　莫尔强度理论3.7.4　格里菲斯强度理论3.7.5　德鲁克-普拉格强度准则 3.7.1　岩石中任一点的应力状态 图3-48　岩石内一点的应力状态a)三维应力状态　b)二维应力状态 3.7.1　岩石中任一点的应力状态 图3-49　莫尔应力圆a)三维应力状态　b)二维应力状态 3.7.2　库仑-纳维尔强度理论 1)当式(3-52)中，左边大于右边，岩石破坏。2)当式(3-52)中，左边等于右边，岩石处于临界破坏状态。3)当式(3-52)中，左边小于右边，岩石不破坏。 3.7.2　库仑-纳维尔强度理论 图3-50　库仑-纳维尔理论的强度包络线 图3-51　莫尔强度包络线 3.7.3　莫尔强度理论 图3-52　双曲线强度包络线 3.7.4　格里菲斯强度理论 1)当cos2θ=(σ1-σ3)/2(σ1+σ3)时，由式(3-64)计算相应的最大拉应力2)当sin2θ=0时，θ=0，由式(3-64)计算此时的最大拉应力 3.7.4　格里菲斯强度理论 图3-53　格里菲斯裂纹及受力示意图 3.7.4　格里菲斯强度理论 图3-54　格里菲斯判据的强度包络线 图3-55　格里菲斯强度曲线 3.7.5　德鲁克-普拉格强度准则 上述各岩石强度理论均未体现中间主应力的作用，不能充分解释岩石在静水压力条件下屈服的现象。德鲁克-普拉格强度准则(又称D-P准则)计入了中间主应力的影响，并考虑了静水压力作用。 2.流变微分方程 (1)圣维南(St.Venant)体　圣维南体由一个弹簧和一个摩擦片串联组成，代表弹塑性体。(2)马克斯威尔(Maxwell)体　马克斯威尔体是一种弹粘性体模型，它由一个弹簧和一个阻尼器串联组成，其力学模型如图3-32所示。(3)开尔文(Kelvin)体　开尔文体是一种粘弹性体模型，由胡克体与牛顿体并联而成，即一个弹簧与一个阻尼器组合而成(见图3-34)。(4) 广义开尔文(Modified Kelvin)体　广义开尔文体由一个开尔文元件和一个弹簧串联组成，其力学模型如图3-36所示。(5)伯格斯(Burgers)体　伯格斯体是一种粘弹性体，它由马克斯威尔体与开尔文体串联而成。(6)宾汉(Bingham)体　宾汉体由胡克体和理想粘塑性体串联而成，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，其力学模型如图3-40所示。 2.流变微分方程 (7)西原体　西原体由胡克体、开尔文体和理想粘塑性体串联而成，最能全面反映岩石的弹性-粘弹性-粘塑性特性，其力学模型如图3-42所示。 (1)圣维南(St.Venant)体　圣维南体由一个弹簧和一个摩擦片串联组成，代表弹塑性体。 1)本构方程。2)卸载特性。 (1)圣维南(St.Venant)体　圣维南体由一个弹簧和一个摩擦片串联组成，代表弹塑性体。 图3-31　圣维南体力学模型及其本构关系a)力学模型　b)本构关系曲线 图3-32　马克斯威尔体力学模型 (2)马克斯威尔(Maxwell)体　马克斯威尔体是一种弹粘性体模型，它由一个弹簧和一个阻尼器串联组成，其力学模型如图3-32所示。 1)本构方程。2)蠕变方程。3)松弛方程。 图3-33　马克斯威尔体蠕变与松弛曲线a)蠕变曲线与卸载曲线　b)松弛曲线 (3)开尔文(Kelvin)体　开尔文体是一种粘弹性体模型，由胡克体与牛顿体并联而成，即一个弹簧与一个阻尼器组合而成(见图3-34)。 1)本构方程。2)蠕变方程。3)卸载方程。4)松弛方程。 (3)开尔文(Kelvin)体　开尔文体是一种粘弹性体模型，由胡克体与牛顿体并联而成，即一个弹簧与一个阻尼器组合而成(见图3-34)。 图3-34　开尔文体力学模型 图3-35　开尔文体蠕变曲线和卸载曲线 图3-36　广义开尔文体力学模型 (4) 广义开尔文(Modified Kelvin)体　广义开尔文体由一个开尔文元件和一个弹簧串联组成，其力学模型如图3-36所示。 1)本构方程。2)蠕变方程。3)弹性后效(卸载效应)。 图3-37　广义开尔文体蠕变曲线和卸载曲线 (5)伯格斯(Burgers)体　伯格斯体是一种粘弹性体，它由马克斯威尔体与开尔文体串联而成。 1)本构方程。2)蠕变方程。3)卸载方程。 (5)伯