岩石力学第二章01PPT课件

其线性应变达到10%时就算塑性破坏；
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岩石的破坏形式 (a)拉伸破坏；(b)劈裂破坏；(c)剪切破坏；(d)塑性破坏
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2.1.2岩块的强度
1. 岩石单轴抗压强度
岩石单轴强度定义
➢ 定义：岩石试件在无侧限和单轴压力作用下抵抗破 坏的极限能力；
➢ 公式
c
P A
式中：—c —单轴抗压强度，MPa，也称无侧限强度；
➢ 缺点：试件结果的离散性较大。
➢ 公式
Is
Pt D
式中：—Pt —破坏荷载， —D—破坏时两加载点间的距离，mm； I S —点荷载强度，MPa ；
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点荷载试验对试件形状和尺寸的要求
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ห้องสมุดไป่ตู้. 岩石抗剪强度
定义
➢ 岩石抵抗剪切的最大剪应力，由内聚力c和内摩擦
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岩石三轴压缩试验的破坏类型
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2.1.3岩石的强度理论
定义
➢ 研究岩石在各种应力状态下的强度准则的理论；
➢ 一般为1f(2,3)
或 f()
➢ 它不仅要能解释岩石破坏的原因、破坏的形态，而 且要能确定岩石破坏时应力状态和变形状态；
强度准则与本构方程不同
➢ 测定方法：直接拉伸法、劈裂法、点荷载法
直接拉伸法
➢ 公式
Rt
P A
式中：R—t —岩石的抗拉强度，MPa
P——试件受拉破坏时的极限拉力； A——与所施加拉力相垂直的截面面积；
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拉伸试验加载和试件示意图
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劈裂法（巴西法）
➢ 由于实验简单，所测得的抗拉强度与直接拉伸很接近， 故常用此法。
➢ 试验方法 •几何尺寸： ~c L/D（=2.5~3）
•加工精度；
加载速率，一般0.5~0.8MPa/s；
承压板刚度；
•端面效应；
➢ 环境
含水量：
•温度：室温无明显影响；若对试件加温，则有明显变化
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2. 岩石抗拉强度
定义
➢ 岩石试件在单轴拉伸时能承受的最大拉应力，称为 单轴抗拉强度，简称抗拉强度；
➢ 作为强度准则判别：当前计算点处于全应力应变曲 线哪个区；计算处或测定处的岩土工程是否稳定；
➢ 在简单地下工程条件下，可作为极限平衡条件(塑性 条件)，求解弹塑性问题的塑性区范围，以及弹性区 和塑性区的应力与位移；
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岩石的破坏形式
➢ 拉伸破坏: (a)为直接拉伸，(b)为劈裂破坏 ➢ 剪切破坏：(c) ➢ 塑性流动：(d)，岩石在剪应力作用下产生塑性变形，
I1 x y z 1 2 3
I2
x
y
y
z
z
x
2 xy
2 yz
2 zx
1 2 2 3 3 1
x xy xz I3 yx y yz 1 2 3
zx zy z
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阻力 tan两部分组成； ➢ 测定方法：直剪试验、变角板剪切试验；
直剪试验装置图
c、 的确定示意图
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变角板剪力仪装置示意图
岩块强度包洛线
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4. 岩石三轴压缩强度
定义
➢ 试件在三轴压应力作用下能抵抗的最大轴向压力；
➢ 公式
lm
Pm A
第二章 岩石的力学性质
岩石力学是固体力学的一个分支。在固体力学的基本 方程中，平衡方程和几何方程都与材料性质无关，而本 构方程（物理方程/物性方程）和强度准则因材料而异。
岩石的基本力学性质主要包括2大类，即岩石的变形 性质和岩石的强度性质。
研究岩石变形性质的目的，是建立岩石自身特有的本 构关系或本构方程(constitutive law or equation)，并确定 相关参数。
➢ 公式
t
2P
dt
式中： —t —试件中心的最大拉应力，即为抗拉强度， MPa
P——试件破坏时的极限压力；
d , t——承压圆盘的直径和厚度；
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劈裂试验加载和应力分布示意图
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点荷载法
➢ 优点：是一种简易、快速、价廉的测定岩石单轴抗 拉和抗压强度的试验方法；试件可以用不规则岩块。
——试件破坏时的轴向荷载，N； ——试件在初始横断面面积，mm2；
影响因素
➢ 侧向压力影响；
➢ 加载途径对岩石三轴压缩强度的影响；
➢ 孔隙水压力对岩石三轴压缩强度的影响
试验方法
➢ 真三轴试验；
➢ 假三轴试验（ 12 3 ）；
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三轴试验加载示意图
P——无侧限条件下岩石试件的轴向破坏荷载； A——试件的截面面积；
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试验数据的处理
➢ 设 n个试件抗压强度试验数据为 ci ，i 1, 2, ,n；
➢
求平均值：
c
1 n
n
ci
i1
➢ 求偏差：ei cic
➢ 求标准方差： s
1 n 1
n i1
ei2
➢ 求离散系数（偏差系数、变异系数）：
➢ 本构方程：一般是指受力过程的“应力—应变”关 系；
➢ 强度准则：在极限状态下的“应力—应力”关系； 或“应变—应变”关系；
强度准则与坐标轴的选取无关，故通常用坐标
不变量表示；
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坐标不变量
➢ 常见坐标不变量
o 主应力 1,2,3 ；
o 应力不变量 I1, I2, I3 ； o 应力偏量不变量 J1,J2,J3 ； ➢ 应力不变量
研究岩石强度性质的目的，是建立适应岩石特点的强 度准则，并确定相关参数。
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第二章 岩石的力学性质
2.1岩石的强度特性
2.1.1概念
岩石强度
➢ 岩石介质破坏时所能承受的极限应力；
➢ 单轴抗压强度、单轴抗拉强度、多轴强度、抗剪强 度；
研究岩石强度的意义
➢ 岩石分类、分级中的重要数量指标；
s 100% c
➢ 一般，金属 3%~5%，岩石 1% 5~2% 0
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单轴压缩荷载作用下试件的破坏形态
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(a)圆锥形破坏；(b)柱形劈裂破坏；(c)圆锥形破坏应力分布
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岩石单轴抗压强度的影响因素
➢ 岩石内在因素
如：矿物成分、结晶程度、颗粒大小、颗粒联结及胶结情 况、密度、层理和裂隙的特性和方向、风化特征等；