岩石力学课程Chapter4PPT课件

值得注意：重新加载时，只有当P≥P1时，才开始出现塑性 变形， σ提高，这种现象称之为“强化”。
§4.3 岩石的变形性质
4.3.2 反复加载与卸载条件下的变形特性
难点：根据岩石的应力～应变曲线进行的材料划 分。
§4.1 概述
4.1.1 岩石变形的概念
岩石变形— 指—多种地质力学环境因素和工程荷载共同作用岩石 形状与大小发生变化。
• 河谷下切、地应力释放、工程开挖等;
• 水库蓄水、隧洞充水的水荷载等；
•岩石锚固、支挡建筑物等的变形等
§4.1 概述
4.1.2 岩石的变形稳定
E
E
0
YZ
ZX
0
0
0
EE
1
0
0 0
0
0 X
EE
1
0
0
EE
0 0 21 0
0 0
Y
XZY
00
E 0
21
E
0
YZ ZX
00
0
0
21
E
三维应力条件下的Hook定律
§4.1 概述
4.1.3 线弹性变形的本构关系
如果已知变形， 也可用下式计算 应力，其中：K 为体积模量；G 称为剪切模量， λ称为拉梅常数。
§4.2 岩石变形室内试验
4.2.1 岩石变形的特点
三轴压缩试验
用岩石三轴仪也可直接测定岩石试件的弹性模量。
通过岩样上应变体引线——量测轴 向、侧向应变。对常规三轴而言：
根据三维Hook定律计算弹模：
E123
1
B13
3 2B11
B
3 1
轴 侧向 向应 应变 变
§4.3 岩石的变形性质
4.3.1 岩石的应力～应变全过程曲线
通过刚性压力机单轴试验获得应力～应变全过程曲线， 分为4个阶段：
1. OA－Stage 1 压密阶段 岩体中细微裂隙受压闭合；
2. AB－Stage 2 线弹性阶段 卸载后变形可恢复，岩石颗粒变形
Stage 3
Stage 4
3. BC－Stage 3 强化阶段 卸载后变形不能完全恢复；
一般采用室内试验或现场试验，静力试验或 动力试验来获取岩石变形指标及应力应变关系。
室内试验一般有单轴压缩试验、三轴试验等， 现场试验有承压板试验、狭缝试验、环形加荷试 验等。
§4.2 岩石变形室内试验
4.2.1 岩石变形的特点
单轴压缩试验
试件：D=5.0cm、H＝10.0cm
加载：普通压力机、刚性压力机 （MTS、INSTRON等）
σ
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
ε
ε类型ⅤBiblioteka 类型Ⅵσσ
单轴试验后，将岩石的应力-应变曲线
分成6种类型：
ε
ε
§4.3 岩石的变形性质
4.3.2 反复加载与卸载条件下的变形特性
一）弹性阶段 加载，卸载过程后，应力～应变曲线重合；
单轴压缩试验
通过单轴试验，可以获得以下几种 模量（变形指标）：
(1) 初始弹性模量 E：i 曲线上零荷载时的切线斜率；
(2) 切线弹性模量 E：t E d /d 随应力状态变化；
(3) 平均弹性模量 E：av 取 ~近似于直线段的平均斜率；
(4) 割线弹性模量 E：s 原点与曲线上某点连线的斜率;
量测：
轴向P：＝P
A
应变片：轴向 y 、侧向 x
§4.2 岩石变形室内试验
4.2.1 岩石变形的特点
单轴压缩试验
成果整理：
（轴向~） （ y 轴向）曲线 （轴向~） （ x 侧向）曲线
一般来说为曲线，当较小时， 为直线
弹模：E e 泊松比： x
e
y
§4.2 岩石变形室内试验
4.2.1 岩石变形的特点
岩体作为建筑物的基础，其变形与上部结构的 变形相互协调→影响结构内力
因此，岩体的变形量常作为工程设计的控制标 准之一。
§4.1 概述
4.1.2 岩石的变形稳定
空间壳体
将上游水载传递给坝肩岩 体，而坝肩岩体的变形
一方面：要影响坝体的变形、应力; 另一方面：库水放空 坝体回弹（大），岩体回弹（小）（差 异） 拱端接触面“脱开”—— 开裂，如锦屏一级拱坝。
塑性变形
荷载卸去后，变形不能全部恢复，残留一 部分永久变形。
蠕
变
荷载（应力）一定的情况下，岩石变形随 时间t增加而增加。
§4.1 概述
4.1.3 线弹性变形的本构关系
~关系
岩石的变形 特性通常用E 和u两个常数 来表示，当E 和u已知时， 可计算给定应 力状态下的变 形。
1
X E
Y
XZY
4. CD－Stage 4 软化阶段 ε↑，强度下降，塑性变形比重大；
Stage 2 Stage 1
§4.3 岩石的变形性质
4.3.1 岩石的应力～应变全过程曲线
不同岩性的岩样，σ～ε全过程 曲线中某些阶段突出，某些阶段弱 化，可根据各阶段的差异对岩性进 行划分。
σ
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ
ε
ε
类型Ⅲ
类型Ⅳ
σ
第四章 岩石的变形 Chapter 4 Rock Deformation
学习提示 Learning Hints
目的：学习和认识岩石在各种物理因素作用下的 形状和大小的变化及其对工程的影响、以及同种类岩 石的变形特征。
要求：掌握岩石的材料的应力～应变曲线、全应 力应变曲线。
重点：单轴压缩试验和岩石的全应力～应变曲线 的构成分析。
§4.1 概述
4.1.2 岩石的变形稳定
重力坝 右江 h=130m
蓄水 坝基不均匀变形影响
库空 是否向上游倾斜—研究岩体 变形的重要性
→不均匀变形造成坝体内剪应力及主 拉应力增长，造成开裂错位等不良后 果。
§4.1 概述
4.1.2 岩石的变形稳定
弹性变形
荷载卸去后，变形可恢复。包括线性和非 线性（粘弹性）
~关系
X 2G
Y
2G
0 0 0X
0
0
0Y
XZY
0
0
2G 0
0G
0 0
00XZY
YZ
0
0
0
0
G
0Y
Z
ZX 0
0
0 0 0 GZX
G
E
21
1E12
K
E
312
显然，要了解岩石的变形特性，必须确定/已 知岩石的变形指标，包括弹性模量，泊松比、剪 切模量、体积模量等，显然，由于岩体结构的复 杂性（含多结构面），其变形指标也存在很大的 差异，因此确定岩石变形指标显得尤为重要。
二）弹塑性（强化）阶段 1. 卸载：卸载→弹性变形恢复
dEd e p
§4.3 岩石的变形性质
4.3.2 反复加载与卸载条件下的变形特性
二）弹塑性（强化）阶段
2. 重复加载（单次） ① 当P<P1时，重新加载→卸载一般不重合，形成 塑性滞回环；重新加载时，σ～ε呈线性关系。 ② 当P≥P1时，重新加载与初始加载时σ～ε曲线重 合。