岩石力学 第2章 岩石的基本物理力学性质.ppt

1、连结作用： 束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力将矿物颗粒拉近，起连结作用。 这种作用相对于矿物颗粒间的连结强度非常微弱，故对岩石力学性质影响很小，但对于被土充填的结构面的力学性质影响很明显。 2、润滑作用： 由可溶盐、胶体矿物连结的岩石，当水浸入时，可溶盐溶解，胶体水解，导致矿物颗粒间的连结力减弱，摩擦力降低，水起到润滑作用。 §2-5 影响岩石力学性质的因素 3、水楔作用： 当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸引力将水分子拉到自己周围，在颗粒接触处由于吸引力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入，这种现象称为水楔作用。 水楔作用的两种结果： 一是岩石体积膨胀，产生膨胀压力； 二是水胶连结代替胶体及可溶盐连结，产生润滑作用，岩石强度降低。 §2-5 影响岩石力学性质的因素 4、孔隙水压力作用： 对于孔隙或裂隙中含有自由水的岩石，当其突然受荷载作用水来不及排出时，会产生很高的孔隙水压力，减小了颗粒之间的压应力，从而降低了岩石的抗剪强度。 有效应力的概念 5、溶蚀－潜蚀作用： 水在岩石中渗透：可将可溶物质溶解带走（溶蚀） 有时将岩石中的小颗粒冲走（潜蚀） 从而使岩石强度大为降低，变形增大。 水对岩石强度的影响通常用软化系数表示。 §2-5 影响岩石力学性质的因素 四、 温度对岩石力学性能的影响 1、不同温度下岩石的变形特征和强度 温度升高：岩石延性加大，屈服点降低，强度也降低。 §2-5 影响岩石力学性质的因素 2、高温高压下岩石的破坏机理 岩石在高温高压下产生微裂隙。 例如花岗岩： （1）微破碎带； （2）粒间微透镜带； （3）短程破裂； （4）扭折带边界破裂； （5）晶内破裂； （6）颗粒边界破裂。 §2-5 影响岩石力学性质的因素 五、 加载速度对岩石力学性能的影响 岩石岩石加载变形空隙压缩、警惕错动缓慢流动 加载速度对岩石的变形性质和强度指标有明显的影响： 加载速度越快，测得的弹性模量越大，强度指标越高。 国际岩石力学学会（ISRM)建议： 加载速度为0.5～1MPa/s； 从开始试验直至岩石试件破坏的时间为5～10分钟。 §2-5 影响岩石力学性质的因素 六、 受力状态对岩石力学性能的影响 岩石的脆性和塑性并非完全岩石固有的性质； 而与岩石的受力状态有关，随着受力状态的变化； 其脆性和塑性时可以相互转化的。 例如坚硬的花岗岩在很高的地应力条件下，表现出明显的塑性变形。这与试验结果吻合。 §2-5 影响岩石力学性质的因素 七、 风化对岩石力学性能的影响 风化的概念 风化程度不同，对岩石力学性质的影响程度也不同： 1、降低岩体结构面的粗糙程度并产生新的裂隙 使岩体分裂成更小碎块，进一步破坏岩体的完整性。 2、岩石在化学风化过程中矿物成分发生变化 原生矿物受水解、水化、氧化等作用，逐渐为次生矿物所代替，特别是产生粘土矿物。 3、由于岩石和岩体的成分结构和构造的变化，岩体的物理力学性质也随之变化。 一般：抗水性降低，亲水性增高（如膨胀性、崩解性、软化性增强），强度降低，压缩性加大，孔隙性增加，透水性增强（但当风化剧烈，粘土矿物较多时，透水性又趋于降）。 总之，岩体在风化营力作用下，岩体的力学性质大大恶化。 §2-5 影响岩石力学性质的因素 ② 预测蠕变破坏 长期强度的概念 长期强度与瞬时强度的关系 长期强度的限度时间无限长但长期强度不会无限小 蠕变终止的概念 蠕变终止轨迹 蠕变终止轨迹 2.2 岩石的静力学特性 ③ 预测循环加载岩石破坏 加载与卸载 完全卸载与不完全卸载 循环加载的概念 逐级循环加载的概念 循环加载引起破坏 2.2 岩石的静力学特性 弹性变形 塑性变形 线弹性变形 非线弹性变形 变形 2.2 岩石的静力学特性 理想弹性体 理想弹塑性体 线性硬化弹塑性体 理想粘性体 2、岩石的变形特性 σ0 理想刚性体 ⑴ 概述 ⑵ 单轴压缩条件下岩石的变形特性 如图全应力应变曲线可分几段 压密阶段（OA）原有张性裂隙被压密，曲线上凹 弹性变形阶段（AC）近乎直线，AB为线性弹性，BC微裂