岩体力学第3章.ppt

3.4.3　岩石在真三轴试验条件下的力学特征 0325 图3-26　中间主应力对片岩极限强度的影响(据茂木清夫)a)第1种情形　b)第2种情形　c)第3种情形 3.5　岩石的流变特性 3.5.1　岩石流变3.5.2　岩石流变方程 3.5.1　岩石流变 1)初始蠕变阶段或瞬态阶段，如图3-27中ab段曲线。2)等速蠕变阶段或稳态阶段，如图3-27中bc段曲线。3)加速蠕变阶段或不稳定阶段，如图3-27中cd段曲线。 3.5.1　岩石流变 图3-27　岩石蠕变曲线 3.5.2　岩石流变方程 1.流变模型基本元件2.流变微分方程3.经验方程 1.流变模型基本元件 (1)弹性元件　如果材料在荷载作用下，其变形性质完全符合胡克定律，则称此种材料为胡克体，是一种理想的弹性体。(2)塑性元件　物体所受的应力达到屈服极限时便开始产生塑性变形，即使应力不再增加，变形仍不断增长，具有这一性质的物体为理想塑性体，其力学模型用一个摩擦片(或滑块)表示，如图3-29a所示。(3)粘性元件　牛顿体是一种理想粘性体，牛顿体的力学模型是用一个带孔活塞组成的阻尼器表示，简化的模型如图3-30a所示，通常称为粘性元件。 (1)弹性元件　 1)具有瞬时弹性变形性质，一定的非零荷载σ对应相应的应变ε，σ为零(卸载)时，ε也为零，说明胡克体不存在弹性后效，即变形与时间无关。2)应变恒定时，应力不变，应力并不因时间增长而减小，说明胡克体无应力松弛性质。3)应力保持恒定，应变也保持不变，胡克体无蠕变性质。 (1)弹性元件　 图3-28　弹性元件力学模型及其性态a)力学模型　b)应力-应变曲线 (2)塑性元件　 图3-29　塑性元件力学模型及其性态a)力学模型　b)应力-应变曲线 (3)粘性元件　 1)因ε=1/ησt，t=0时，ε=0，说明粘性元件应变与时间有关，且无瞬时变形。2)当t=t1且σ=σ0时，即ε=1/ησ0t1。3)当σ=0时，η =0，ε=常数，说明外力撤除后应变为常数，粘性元件无弹性后效，但存在永久变形。4)当应变ε=常数时，σ=η =0，说明当应变保持某一恒定值后，应力为零，说明粘性元件无应力松弛特性。 (3)粘性元件　 图3-30　粘性元件力学模型及其性态a)力学模型　b)应力-应变速率曲线 2.流变微分方程 (1)圣维南(St.Venant)体　圣维南体由一个弹簧和一个摩擦片串联组成，代表弹塑性体。(2)马克斯威尔(Maxwell)体　马克斯威尔体是一种弹粘性体模型，它由一个弹簧和一个阻尼器串联组成，其力学模型如图3-32所示。(3)开尔文(Kelvin)体　开尔文体是一种粘弹性体模型，由胡克体与牛顿体并联而成，即一个弹簧与一个阻尼器组合而成(见图3-34)。(4) 广义开尔文(Modified Kelvin)体　广义开尔文体由一个开尔文元件和一个弹簧串联组成，其力学模型如图3-36所示。(5)伯格斯(Burgers)体　伯格斯体是一种粘弹性体，它由马克斯威尔体与开尔文体串联而成。(6)宾汉(Bingham)体　宾汉体由胡克体和理想粘塑性体串联而成，主要反映岩石的弹性-粘塑性特性，适用于粘土及半坚硬岩石，其力学模型如图3-40所示。 2.流变微分方程 (7)西原体　西原体由胡克体、开尔文体和理想粘塑性体串联而成，最能全面反映岩石的弹性-粘弹性-粘塑性特性，其力学模型如图3-42所示。 (1)圣维南(St.Venant)体　圣维南体由一个弹簧和一个摩擦片串联组成，代表弹塑性体。 1)本构方程。2)卸载特性。 (1)圣维南(St.Venant)体　圣维南体由一个弹簧和一个摩擦片串联组成，代表弹塑性体。 图3-31　圣维南体力学模型及其本构关系a)力学模型　b)本构关系曲线 图3-32　马克斯威尔体力学模型 (2)马克斯威尔(Maxwell)体　马克斯威尔体是一种弹粘性体模型，它由一个弹簧和一个阻尼器串联组成，其力学模型如图3-32所示。 1)本构方程。2)蠕变方程。3)松弛方程。 图3-33　马克斯威尔体蠕变与松弛曲线a)蠕变曲线与卸载曲线　b)松弛曲线 (3)开尔文(Kelvin)体　开尔文体是一种粘弹性体模型，由胡克体与牛顿体并联而成，即一个弹簧与一个阻尼器组合而成(见图3-34)。 1)本构方程。2)蠕变方程。3)卸载方程。4)松弛方程。 (3)开尔文(Kelvin)体　开尔文体是一种粘弹性体模型，由胡克体与牛顿体并联而成，即一个弹簧与一个阻尼器组合而成(见图3-34)。 图3-34　开尔文体力学模型 图3-35　开尔文体蠕变曲线和卸载曲线 图3-36　广义开尔文体力学模型 (4) 广义开尔文(Modified Kelvin)体　广义开尔文体由一个开尔文元件和一个弹簧串联组成，其力学模