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[理学]1高等岩石力学-岩石物理力学性质
岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一,也是岩体力学中研究最早、最完善的部分。 参照标准:《工程岩体试验方法标准》(GB/T 50266-99)。 1.比重 岩石的比重是岩石固体部分的质量和4℃时同体积纯水质量的比值(颗粒密度:岩石固相的质量与固相体积之比。它不包括孔隙在内,因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量) 试验方法: 比重瓶法 步骤: 粉碎 过筛 烘干 称重 放入比重瓶 排气 读数(计算) m1—瓶和装满的试液质量 ms—岩粉质量 m2—瓶、试液、岩粉质量 γ0—试验温度下试液的密度 2.岩石的密度 岩石试件的质量与体积之比,即单位体积的岩石质量(T/m3 、 g/cm3 )。 岩石的重度 岩石试件的重力与体积之比,即单位体积岩石产生的重力(KN/m3 )。 (1)、天然密度 岩石在天然条件下,单位体积的质量 (2)、饱和密度 岩石中的孔隙都被水填充时单位体积的质量 (3)、干密度 岩石孔隙中的液体全部被蒸发,试件中仅有固相和气相的状态下,单位体积的质量 天然岩石中包含着数量不等、成因各异的孔隙和裂隙,是岩石的重要结构待征之一,通称为岩石的孔隙性。 1.孔隙率 n:孔隙的体积与总体积的比值 2.孔隙比 e:孔隙的体积与固体的体积之比 1.含水量W 岩石孔隙中含水的质量与岩石总质量之比的百分数 含水率 岩石孔隙中含水的质量与固相质量之比的百分数 2. 吸水率(自然吸水率) 烘干岩石自由浸水48小时后吸入水的质量与固相质量之比的百分数 m0—烘干岩石浸水48小时后的质量 3.饱水率(饱和或强制吸水率) 烘干岩石经高压、煮沸或真空抽气饱和后吸入水的质量与试件固体的质量之比的百分数。 3.饱水系数kW 岩石饱水系数是指岩石吸水率与饱水率的比值,以百分率表示。 假如岩石服从虎克定律(线性弹性材料),则压缩时的割线弹性模量E由下式给出: 六、三轴抗压强度 相关系数: 内摩擦角φ和内聚力C分别按下式计算: 1.4 岩石的变形性质 一、岩石变形的基本构成 岩石的变形:岩石在外力作用下发生形态(形状、体积)变化。 岩石在荷载作用下,首先发生的物理现象是变形,随着荷载的不断增加,随时间的增长,岩石变形逐渐增大,最终导致岩石破坏。 岩石变形有弹性、塑件和粘性变形三种。 一、岩石变形的基本构成 1、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(卸载)后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性。产生的变形称为弹性变形。 具有弹性性质的物体称为 弹性体。弹性体按其应力— 应变关系又可分为两种类型: 线弹性体(或称理想弹性体), 呈直线关系;非线性弹性体, 呈非直线的关系。 2、塑性:物体受力后产生变形,外力去除(卸载)后变形不能完全恢复的性质,称为塑性。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。理想塑性体的应力—应 变关系为:当应力低于屈服 极限σ0时,材料没有变形, 应力达到σ0后.变形不断增 大而应力不变,应力—应变 曲线呈水平直线。 一、岩石变形的基本构成 一、岩石变形的基本构成 3、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,称为粘性。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(牛顿流体)。 一、岩石变形的基本构成 岩石是矿物的集合体,具有复杂的组成成分和结构,因此其力学属性也是很复杂的。 在常温常压下,岩石既不是理想的弹性体,也不是简单的塑性体和粘性体,而往往表现出弹—塑性,塑—弹性,弹—粘—塑或粘—弹性等复合性质。 二、岩石变形指标及测定 岩石的变形特性通常用弹性模量和泊松比指标表示(或用剪切模量、体积模量等)。 (一).弹性模量的定义 对于直线型应力—应变 曲线,直线的斜率,即应 力(σ)与应变(ε)的比率 被称为岩石的弹性模量E。 二、岩石变形指标及测定 切线模量: 割线模量: 初始模量: 对于非直线型本构模型 二、岩石变形指标及测定 (二)、泊松比μ的定义: 岩石的横向应变εx与纵向应变εy的比值。 在岩石的弹性工作范围内,泊松比一般为常数,但超越弹性范围以后,泊松比将随应力的增大而增大,直到μ=0.5为止。 岩石的E、μ受岩石矿物
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