岩石的物理力学性质(下)_岩石力学-1.ppt

* 第2章 岩石的物理力学性质 若物体内的任一点沿任何方向的弹性都相同，则这样的物体称为各向同性体。各向同性体的弹性参数中只有2个是独立的，即弹性模量 和泊松比 。 各向同性体 * 第2章 岩石的物理力学性质 岩石在力的作用下发生与时间相关的变形的性质，称为岩石的流变性（又称粘性）。 蠕变是指在应力为恒定的情况下岩石变形随时间发展的现象。 在不变的应力长期持续作用下，变形随时间增长的现象称为徐变。 松弛是指在应变保持恒定的情况下岩石的应力随时间而减少的现象。 弹性后效是指在卸载过程中弹性应变滞后于应力的现象。 蠕变与松弛的特征曲线 creep relaxation §2.5 岩石的流变 * 第2章 岩石的物理力学性质 1940.05 1939.01 阿尔卑斯山谷反倾岩层中蠕动 2.5.1 岩石的蠕变性质 * 第2章 岩石的物理力学性质 稳定蠕变 不稳定蠕变 初始蠕变段 等速蠕变段或 稳定蠕变段 加速蠕变段 1. 蠕变曲线 * 第2章 岩石的物理力学性质 * 第2章 岩石的物理力学性质 经验方程法： 根据岩石蠕变试验结果，由数理统计学的回归拟合方法建立经验方程。 微分方程法： 将介质理想化，归纳成各种模型，模型用理想化的具有基本性能（弹性、塑性和粘性）的元件组合而成。通过元件不同形式的串联和并联，得到一些典型的流变模型体，相应地推导出它们的有关微分方程，即建立模型的本构方程和有关的特性曲线。 幂函数方程 指数方程 幂函数、指数函数、对数函数混合方程 * 第2章 岩石的物理力学性质 （a）线性弹簧（弹性单元） (1)弹性单元 材料性质：在应力作用下应变瞬时发生，而且应力与应变成正比关系， 完全符合虎克 (Hooke)定律，所以也称虎克体，是理想的线性弹性体。 本构方程：s=Ee 2. 蠕变模型 * 第2章 岩石的物理力学性质 具有瞬时弹性变形性质，无论荷载大小，只要应力不为零，就有相应的应变，当应力为零（卸载）时，应变也为零，说明没有弹性后效，即与时间无关。 应变为恒定时，应力也保持不变，应力不因时间增长而减小，故无应力松弛性质。 应力保持恒定，应变也保持不变，故无蠕变性质。 虎克体的性能：a.瞬变性 b.无弹性后效 c.无应力松弛 d.无蠕变流动 Hookean solid： * 第2章 岩石的物理力学性质 （b）粗糙滑块（塑性单元） 为材料的屈服极限。 材料性质：这种模型是理想刚塑性的，在应力小于屈服值时可以看成刚体，不产生变形；应力达到屈服值后，应力不变而变形逐渐增加，也称为圣维南体。 这种模型可用两块粗糙的滑块来表示。 本构方程： 圣维南体的性能： 低应力时无变形； 达到塑性极限时有蠕变 (2)塑性单元 * 第2章 岩石的物理力学性质 （c）线性缓冲壶（粘性单元） 材料性质：物体在外力作用下，应力与应变速率成正比，符合牛顿(Newton)粘性定律。这种模型也可称为牛顿体，它可用充满粘性液体的圆筒形容器内的有孔活塞来表示。 本构方程： (3)粘性单元 * 第2章 岩石的物理力学性质 牛顿体的性能：a.无瞬变 b.无弹性后效 c.无应力松弛 d.有蠕变 Newtonian fluid： * 第2章 岩石的物理力学性质 串连即两个或多个元件首尾依次相联的模型。每个单元模型担负着同一总荷载，它们的应变率之和等于总应变率； 并联即两个或多个元件首与首、尾与尾相联的模型。每个单元模型担负的荷载之和等于总荷载，而它们的应变率都是相等的。 实际岩石的流变性是复杂的，是三种基本元件的不同组合的性质，不是单一元件的性质。 * 第2章 岩石的物理力学性质 由弹性单元和粘性单元串联而成 本构方程 蠕变方程 在恒定荷载条件下 本构方程简化为 解此微分方程，得 或 蠕变曲线 （a）马克斯威尔（Maxwell）模型 * 保持 不变，则有 本构方程变为 解此微分方程，得 第2章 岩石的物理力学性质 由此可见，当时间增加时，应力将逐渐减少，也就是当应变恒定时，应力随时间的增长而逐渐减少，这种力学现象称为松弛。 马克斯威尔体具有瞬时变形、等速蠕变和松弛的性质，属于不稳定蠕变，可描述具有这些性质的岩石。 松弛曲线 松弛方程 *