岩体力学 教学课件 ppt 作者 刘佑荣 唐辉明 主编第7章 岩体本构关系与强度理论.ppt

一、 库仑强度准则 二、 莫尔强度准则 三、 格里菲斯强度准则 四、 德鲁克一普拉格准则 四、德鲁克一普拉格准则 在 C-M 准则和在八面体强度理论中的Mises 准则基础上的扩展和推广而得的，表达式为： 7.4 岩体变形及本构关系 一、 岩体变形 二、 岩体变形机制与本构关系 三、 几种典型岩体变形的本构规律 一、 岩体变形 在受力条件改变时，岩体产生的体积变化、形状改变及结构体位置变化的总和。 二、 岩体变形机制与本构关系 各种岩体变形。在实际应用中可以简化为如图7-17的8种变形机制单元： 1．弹性均质完整结构岩体变形本构规律 2．弹性均质断续结构和碎裂结构岩体变形本构规律 3．粘弹性材料块状或平卧层状完整结构岩体变形本构规律 7.5 岩体破坏机制及破坏判据 一、岩体破坏机制 二、张破坏判据 三、剪破坏判据 四、沿结构面滑动的判据 五、结构体转动破坏判据 六、倾倒破坏判据 七、溃屈破坏判据 八、弯折破坏判据 材料变形 ( um ) 结构变形 ( us ) 岩体变形 （u） 体积变化 形状变化 位置变化 体积变化：在应力变化条件下岩体体积胀缩变化，由结构体胀缩和结构面闭合和张开变形贡献。 形状改变: ①材料剪切变形；②坚硬结构面错动；③在剪切力作用下结构体转动；④板状结构体弯曲变形。 位置变形：软弱结构面滑动或坚硬结构面错动。 两大类变形类型：①材料变形（um ）；②结构变形（us ）。 各种结构岩体变形成份 岩体变形=F（岩石、岩体结构、压力、温度、时间）：其中前两项为岩体的实体，后二者为岩体赋存环境，最后一项表征变形过程。 其数学表达式称为本构方程： 图7-16 岩体变形机制与岩体结构关系 图7-17 岩体变形主要机制单元 8种变形机制单元可分为两种类型，即： l）材料变形型：①结构体弹性变形机制单元； ②结构体粘性变形机制单元； ③结构面闭合变形机制单元； ④结构面错动变形机制单元。 2）结构变形型：⑤结构体滚动变形机制单元； ⑥板裂体结构变形机制单元； ⑦结构面滑动变形机制单元； ⑧软弱夹层压缩和挤出变形单元。 材料变形型岩体变形机制单元的本构规律如表7-3。 表7-3 岩石材料变形本构规律及机制元件 三、 几种典型岩体变形规律： 1．弹性均质完整结构岩体变形本构规律 2．弹性均质断续结构和碎裂结构岩体变形本构规律 3．粘弹性材料块状或平卧层状完整结构岩体变形本构规律 如各类岩浆岩、厚层砂岩、厚层碳酸岩等岩体，在低地应力水平条下，可以抽象为这种力学模型。 图a为这种岩体的地质模型， 图b为其物理模型， 图c为在轴向压力作用下的力学模型。 本构方程可以用虎克法则描述，即 图7.18　完整结构岩体变形机制及规律 岩体变形与加载历史无关，弹性模量为常量。 假定岩体内发育二组正交裂隙，图7-19e为轴向压力下力学模型。弹性均质岩石材料的断续结构和碎裂结构的本构方程： 图7.19 弹性均质断续结构或碎裂结构岩体变形机制及规律 已知： 这类岩体变形由两个变形参数决定，即由两种变形成分构成，可由两种变形元件组成。即： 1）结构体弹性变形 式中： 为结构体变形参数（弹性模量）； 为正应力。 2）结构面闭合变形 式中： 为结构面闭合变形参数， 为结构面闭合模量。 （7-65） 低地应力条件下： 远远大于 。高地应力水平条件下 。高地应力水平条件下应力-应变曲线增量由结构体弹性变形贡献，即： 高地应力水平条件下岩体应力-应变曲线斜率为结构体弹性模量。因此可利用高地应力水平阶段的应力-应变曲线分析结构体弹性模量。 （7-66） 高地应力水平条件下的岩浆岩或碳酸岩及砂页岩互层、灰岩与泥灰岩互层的平卧层状岩体。在单轴压作用下的力学模型为Maxwell模型，其本构方程： 图7-20 粘弹性材料组成的块状或平卧层状完整结构岩体变形机制 岩体的变形有： （l）蠕变过程。对岩体施加一固定载荷 ，且在整个试验过程中保持不变； （2）松弛过程。对岩体施加一固定应变 ，且在整个试验过程中保持不变； 1）蠕变过程的本构方程 加 常数， ，则式（7-67）变为： （7-68） 积