《岩石力学()》课件.ppt

第四章 岩石的变形 4.1 概 述 岩石的变形是指岩石在任何物理因素作用下形状和大小的变化。工程最常研究的是由于力的影响所产生的变形。 坝建在多种岩石组成的岩基上，这些岩石的变形性质不同，则由于基岩的不均匀变形可以使坝体的剪应力和主拉应力增长，造成开裂错位等不良后果。如果岩基中岩石的变形性质已知并且在岩基内这些性质的变化也已确定，那么在大坝施工中可以采取必要措施防止不均匀变形。 岩石的变形特性常用弹性模量 E 和泊松比 两个常数来表示。当这两个常数为已知时，就可用三维应力条件的广义虎克定律计算出给定应力状态下的变形： 另如果已知应变,则可计算出应力,见式4-2 岩石变形的概念 已知弹性常数来表征岩石的变形性质是不够的,为了切合工程实际,通常需要测定反映岩石总变形性质的E0、μ0、G0、λ0和K0来代替弹性变形参数E、μ、G、λ和K。 变形指标测定：室内、现场 实验方法：静力法、动力法 4.2 实验室变形实验 试样大多采用圆柱形，直径为5cm，高度10cm，两端摩平光滑，在侧面粘贴电阻丝片，以便观测变形，然后用压力机对试样加压，测量试样的轴向应变和侧向应变。设试样的长度为l，直径为d，试样在荷载P作用下轴向缩短Δl，侧向膨胀Δ d，则试样的轴向应变为 假如岩石服从虎克定律(线性弹性材料)，则压缩时的弹性模量E由下式给出： 用岩石三轴仪也可直接测定岩石试件的弹性模量。 4.3 岩石的变形特征 (a) 应力-应变曲线具有近似直线的形式，如图4-5(a)所示，在直线的未端F点处发生突然破坏，这种应力-应变关系可用下式表示 (a)线性弹性材料 (b) 完全弹性材料 (c)弹性材料 (d) 弹塑性材料 (b) 应力-应变关系不是直线，而是曲线,但应力-应变之间有着唯一的关系,属完全弹性材料,可用下式表示: (c) 应力-应变关系在卸载时不走加载曲线的路线,产生所谓滞回效应,属弹性材料。 (d) 应力-应变关系不仅卸载时不走加载曲线的路线,而且应变也恢复不到原点,属弹塑性材料,产生弹性变形和塑性变形,可用下式表示 实际典型的岩石应力-应变曲线如图4-6所示的形式。这种曲线可分为四个区段：①在OA区段内，该曲线稍微向上弯曲；②在AB区段内，很接近于直线；③BC区段内，曲线向下弯曲，直至C点的最大值；④下降段CD。 在OA和AB这两个区段内，岩石很接近于弹性的，可能稍有一点滞回效应，但是在这两个区内加载与卸载对于岩石不发生不可恢复的变形。 第三区段BC的起点B往往是在C点最大应力值的2/3处，从B点开始，应力-应变曲线的斜率随着应力的增加而逐渐降低到零。在这一范围内，岩石将发生不可恢复的变形，加载与卸载的每次循环都是不同的曲线。 在图4-6的卸载曲线PQ在零应力时还有残余变形。如果岩石上再加载，则再加载曲线QR总是在曲线OABC以下，但最终与之连接起来。 第四区段CD，开始于应力-应变曲线上的峰值C点，其特点是这一区段上曲线的斜率为负值。在这一区段内卸载可能产生很大的残余变形。 图中ST表示卸载曲线，TU表示再加载曲线。 可以看出，TU线在比S点低得多的应力下趋近于CD曲线。这一范围内的特点是岩石表现出脆性性质。 从图4-6上所示破坏后的荷载循环STU来看，破坏后的岩石仍可能具有一定的刚度，从而也就可能具有一定的承载能力。 第一区段OA：压密阶段，由于细微裂隙受压闭合； 第二区段AB：弹性工作阶段，应力应变曲线为直线； 第三区段BC：塑性性状阶段，由于平行于荷载轴的方向内开始强烈地形成新的细微裂缝；B点为弹性到塑性的转折点，称屈服点。 第四区段CD：破坏阶段，C点纵坐标为单轴抗压强度Rc。 典型的应力-应变曲线类型： 米勒(Miller)根据岩石的应力-应变曲线随着岩石的性质有各种不同形式的特点，采用28种岩石进行了大量的单轴试验后，将岩石的应力-应变曲线分成6种类型，如图4-7所示。 弹性 弹-塑性 塑-弹性 塑-弹-塑性 塑-弹-塑性 弹-塑-蠕变 类型Ⅰ：弹性关系 应力与应变的关系是一直线或者近似直线，直到试样发生突然破坏为止。具有这种变形类型的岩石有玄武岩、石英岩、白云岩以及极坚固的石灰岩； 类型Ⅱ：弹-塑性 在应力较低时，应力-应变关系近似于直线，当应力增加到一定数值后，应力-应变曲线向下弯曲变化，且随着应力逐渐增加，曲线斜率也愈来愈小，直至破坏； 类型Ⅲ：塑-弹性 在应力较低时，应力-应变曲线略向上弯曲。当应力增加到一定数值后，应力-应变曲线就逐渐变为直线，直至试样