岩石力学课件
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岩体力学-第一章 岩石的力学特性.PPT
第一章 岩石的力学特性
本章内容：
岩石的应力－应变关系(静力学瞬时和长期荷载荷载作用下); 岩石弹性参数确定;岩石的本构关系;岩石的破坏准则; 以及介绍影响岩石力学性质因素，常见岩石试验方法。
本章重点与难点：强度与变形特征 １.１ 静力学特性 １.２ 流变特性 １.３ 影响岩石力学性质的因素 １.４ 破坏判据
c c1 0.778 0.222 h
d
1
2
2.5
3
h/d
13
点荷载强度指标(point load strength index)：
P D2 c ——为h/d为2的试件单轴抗压强度
c 24 I s I s
I s ——点荷载强度指标，
普通材料试验机： 柔性试验机； 刚度较小； 不能控制荷载和变形； 只能做出岩石受力在达 到极限强度以前的变形 特征。
类型Ⅰ弹性的
类型Ⅱ 弹塑性的
类型Ⅲ 塑弹性的
类型Ⅳ 塑－弹－塑性的
类型Ⅴ 塑－弹－塑的
类型Ⅵ 弹－塑－蠕变的
4
类型Ⅰ：直线型； 包括玄武岩，石英岩，辉绿岩，白云岩和非常坚硬的石灰岩 类型Ⅱ：直线＋弯曲下降； 石灰岩，粉砂岩，凝灰岩等致密但岩性较软的岩石 类型Ⅲ：下凹＋直线 ； 花岗岩和砂岩等具有孔隙和微裂隙坚硬岩石 类型Ⅳ：Ｓ型直线陡且长，曲线较短 坚硬致密的变质岩，如大理岩，片麻岩等 类型Ⅴ：Ｓ型直线平且短，曲线长； 压缩性较高的岩石，片岩在垂直片理方向受压 类型Ⅵ：直线＋弯曲； 盐岩
2P d2 d 2a
0.8 0.7 0.6 0.5
抛物线型压力分布 均匀压力分布 常位移条件压力分布 光弹试验
t
2P dh
P t 0.3 0.2 A
本章内容：
岩石的应力－应变关系(静力学瞬时和长期荷载荷载作用下); 岩石弹性参数确定;岩石的本构关系;岩石的破坏准则; 以及介绍影响岩石力学性质因素，常见岩石试验方法。
本章重点与难点：强度与变形特征 １.１ 静力学特性 １.２ 流变特性 １.３ 影响岩石力学性质的因素 １.４ 破坏判据
c c1 0.778 0.222 h
d
1
2
2.5
3
h/d
13
点荷载强度指标(point load strength index)：
P D2 c ——为h/d为2的试件单轴抗压强度
c 24 I s I s
I s ——点荷载强度指标，
普通材料试验机： 柔性试验机； 刚度较小； 不能控制荷载和变形； 只能做出岩石受力在达 到极限强度以前的变形 特征。
类型Ⅰ弹性的
类型Ⅱ 弹塑性的
类型Ⅲ 塑弹性的
类型Ⅳ 塑－弹－塑性的
类型Ⅴ 塑－弹－塑的
类型Ⅵ 弹－塑－蠕变的
4
类型Ⅰ：直线型； 包括玄武岩，石英岩，辉绿岩，白云岩和非常坚硬的石灰岩 类型Ⅱ：直线＋弯曲下降； 石灰岩，粉砂岩，凝灰岩等致密但岩性较软的岩石 类型Ⅲ：下凹＋直线 ； 花岗岩和砂岩等具有孔隙和微裂隙坚硬岩石 类型Ⅳ：Ｓ型直线陡且长，曲线较短 坚硬致密的变质岩，如大理岩，片麻岩等 类型Ⅴ：Ｓ型直线平且短，曲线长； 压缩性较高的岩石，片岩在垂直片理方向受压 类型Ⅵ：直线＋弯曲； 盐岩
2P d2 d 2a
0.8 0.7 0.6 0.5
抛物线型压力分布 均匀压力分布 常位移条件压力分布 光弹试验
t
2P dh
P t 0.3 0.2 A
岩石力学第2章岩石的基本物理力学性质PPT课件
格里菲斯强度理论
格里菲斯强度理论认为岩石的强度是由其内部微裂纹或弱面的能量释放率决定的。当这些 微裂纹或弱面受到外力作用时，它们会扩展并释放能量，当能量释放率达到一定值时，岩 石就会发生破裂。
岩石的破坏准则
最大应力准则
该准则认为当岩石受到的最大应力达到其单轴抗压强度时， 岩石就会发生破裂。该准则适用于脆性破坏和延性破坏。
表示岩石抵抗弹性变形的能力， 是衡量材料刚度的指标。
泊松比
表示岩石在单向受拉或受压时， 横向变形与纵向变形之比。
抗拉强度和抗压强度
抗拉强度
岩石在单向拉伸时所能承受的最大拉 应力。
抗压强度
岩石在单向压缩时所能承受的最大压 应力。
抗剪强度和摩擦角
抗剪强度
岩石在剪切力作用下所能承受的最大剪应力。
摩擦角
表示岩石在剪切力作用下，剪切面上的摩擦力与垂直剪切力之间的角度。
流变性质
蠕变
岩石在持续应力作用下发生的缓慢变形。
松弛
岩石在持续应变作用下，应力随时间逐渐减小的现象。
04
岩石的变形特性
弹性变形
02
01
03
弹性模量
表示岩石抵抗弹性变形的能力，是衡量岩石刚度的指 标。
泊松比
描述岩石横向变形的性质，与材料的弹性模量相关。
中区域形成并扩展导致的。
02
延性破坏
与脆性破坏不同，延性破坏是指岩石在受到外力作用时，会经历较大的
塑性变形，然后才发生破裂。这种破坏形式通常是由于岩石中的微裂纹
或弱面在应力作用下逐渐扩展和连接形成的。
03
疲劳破坏
疲劳破坏是指岩石在循环或反复加载过程中，由于应力水平的波动，导
致微裂纹的形成和扩展，最终导致岩石破裂。这种破坏形式通常发生在
格里菲斯强度理论认为岩石的强度是由其内部微裂纹或弱面的能量释放率决定的。当这些 微裂纹或弱面受到外力作用时，它们会扩展并释放能量，当能量释放率达到一定值时，岩 石就会发生破裂。
岩石的破坏准则
最大应力准则
该准则认为当岩石受到的最大应力达到其单轴抗压强度时， 岩石就会发生破裂。该准则适用于脆性破坏和延性破坏。
表示岩石抵抗弹性变形的能力， 是衡量材料刚度的指标。
泊松比
表示岩石在单向受拉或受压时， 横向变形与纵向变形之比。
抗拉强度和抗压强度
抗拉强度
岩石在单向拉伸时所能承受的最大拉 应力。
抗压强度
岩石在单向压缩时所能承受的最大压 应力。
抗剪强度和摩擦角
抗剪强度
岩石在剪切力作用下所能承受的最大剪应力。
摩擦角
表示岩石在剪切力作用下，剪切面上的摩擦力与垂直剪切力之间的角度。
流变性质
蠕变
岩石在持续应力作用下发生的缓慢变形。
松弛
岩石在持续应变作用下，应力随时间逐渐减小的现象。
04
岩石的变形特性
弹性变形
02
01
03
弹性模量
表示岩石抵抗弹性变形的能力，是衡量岩石刚度的指 标。
泊松比
描述岩石横向变形的性质，与材料的弹性模量相关。
中区域形成并扩展导致的。
02
延性破坏
与脆性破坏不同，延性破坏是指岩石在受到外力作用时，会经历较大的
塑性变形，然后才发生破裂。这种破坏形式通常是由于岩石中的微裂纹
或弱面在应力作用下逐渐扩展和连接形成的。
03
疲劳破坏
疲劳破坏是指岩石在循环或反复加载过程中，由于应力水平的波动，导
致微裂纹的形成和扩展，最终导致岩石破裂。这种破坏形式通常发生在
《岩石力学》课件(完整版)-第三章岩石动力学基础
能量吸收是指岩石在冲 击或振动载荷作用下吸 收能量的能力，与岩石 的破碎和变形有关。
疲劳是指岩石在循环载 荷作用下发生损伤和破 坏的现象，对地下工程 和边坡工程的稳定性有 重要影响。
03
岩石动力学的基本理论
弹性力学基础
01
弹性力学基本概念
弹性力学是研究弹性物体在外力作用下的应力、应变和位移的学科。它
理论分析方法。这些方法可用于求解各种复杂弹性力学问题。
塑性力学基础
塑性力学基本概念
塑性力学是研究塑性物体在外力作用下的应力、应变和位移的学科。塑性物体在达到屈服 点后会发生不可逆的变形，其应力-应变关系不再满足胡克定律。
塑性力学的基本方程
包括屈服准则、流动法则、增量理论和边界条件等。这些方程描述了塑性物体内部的应力 、应变和位移之间的关系，以及物体与周围介质之间的相互作用。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
有限元法是一种将连续介质离 散化为有限个小的单元体，并 对每个单元体进行力学分析的 方法。
离散元法
离散元法是一种将连续介质离散化为一系列刚性或弹性 单元体的方法。
数据分析
对实验获取的大量数据进行处理和分 析，提取岩石的动力学特性，如阻尼 比、质量放大系数等。
结果解释
根据实验结果，解释岩石在动态载荷 作用下的破坏机制和演化过程，为工 程设计和安全评估提供依据。
实验研究的挑战与展望
挑战
岩石动力学实验技术难度大，需要克服实验条件苛刻、测量精度要求高等问题。 同时，岩石材料的非线性、各向异性等特性也给实验结果分析带来困难。
岩石力学优秀课件
若应力圆(stress circle )与抗剪强度(shear strength )直 线相割，则表示岩石已产生破裂，而且沿剪切面已经产生了滑动。
极限应力圆与抗剪强度(shear strength )直线相切的两 点D1 、D1' 表示岩石内将出现一组共轭剪切破坏裂面的临界状态。
从图中可以看出，这一组剪切破裂面上的剪应力并非是 最大剪应力(maximum shear stress )。
f 0 f n
上式中： | f |：岩石剪切面的抗剪强度(shear strength )；
0 ：岩石固有剪切强度(inherent shear strength )，它与粘聚力
C相当；
f n ：剪切面上的摩擦阻力； n ：剪切面上的正应力；
f ：岩石内摩擦系数 f = tg 。
取、 为直角坐标系的横轴、纵轴，则上式为一直线
t
t
2
tg 1 c 3 2 t
这是双曲线型包络线形式下的剪切强度曲线方程。
第三节 软弱面或各向异性岩层 的破坏准则及稳定条件
岩石的破坏包括破裂（failure ）和摩擦滑动（slide ）两 种情况。
破裂是完整岩石中发生破坏的唯一机制。破裂的条件可以由 库 仑 准 则 给 出 。 倘 若 岩 石 中 预 先 就 存 在 着 软 弱 面 （ plane of weakness ），比如存在着断层，情况就变了，这时岩石发生破 坏的机制可能是沿断层面的摩擦滑动，也可能是穿过断层面的破 裂。究竟发生哪一种类型的破坏，要视岩石内部哪种情况首先满 足库仑准则。
图5-2 共扼剪裂面与主应力关系 图5-3 剪裂面上应力与主应力关系
三、库伦一纳维尔破坏准则的第二种表示方法
库伦一纳维尔破坏准则也可采用主应力 1 、 3 来表示，剪裂
极限应力圆与抗剪强度(shear strength )直线相切的两 点D1 、D1' 表示岩石内将出现一组共轭剪切破坏裂面的临界状态。
从图中可以看出，这一组剪切破裂面上的剪应力并非是 最大剪应力(maximum shear stress )。
f 0 f n
上式中： | f |：岩石剪切面的抗剪强度(shear strength )；
0 ：岩石固有剪切强度(inherent shear strength )，它与粘聚力
C相当；
f n ：剪切面上的摩擦阻力； n ：剪切面上的正应力；
f ：岩石内摩擦系数 f = tg 。
取、 为直角坐标系的横轴、纵轴，则上式为一直线
t
t
2
tg 1 c 3 2 t
这是双曲线型包络线形式下的剪切强度曲线方程。
第三节 软弱面或各向异性岩层 的破坏准则及稳定条件
岩石的破坏包括破裂（failure ）和摩擦滑动（slide ）两 种情况。
破裂是完整岩石中发生破坏的唯一机制。破裂的条件可以由 库 仑 准 则 给 出 。 倘 若 岩 石 中 预 先 就 存 在 着 软 弱 面 （ plane of weakness ），比如存在着断层，情况就变了，这时岩石发生破 坏的机制可能是沿断层面的摩擦滑动，也可能是穿过断层面的破 裂。究竟发生哪一种类型的破坏，要视岩石内部哪种情况首先满 足库仑准则。
图5-2 共扼剪裂面与主应力关系 图5-3 剪裂面上应力与主应力关系
三、库伦一纳维尔破坏准则的第二种表示方法
库伦一纳维尔破坏准则也可采用主应力 1 、 3 来表示，剪裂
《高等岩石力学》课件
用于模拟岩石在三轴压力下的力学行为，包括应力应变关系、破裂模式等。
岩石声波测试仪
用于测量岩石的声波速度，评估岩石的完整性、孔隙 度和弹性参数。
岩石CT扫描仪
通过X射线扫描岩石，获取岩石内部的结构和孔隙分 布信息。
岩石力学实验方法
直接拉伸试验
测量岩石在拉伸载荷下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗拉强度和变形 特性。
《高等岩石力学》ppt课件
目 录
• 岩石力学基础 • 岩石力学性质 • 岩石力学实验 • 岩石工程稳定性分析 • 岩石工程防护与加固 • 高等岩石力学应用案例
01
岩石力学基础
岩石力学定义
总结词：基本概念
详细描述：岩石力学是一门研究岩石在各种外力作用下的变形、破裂、破坏和流 动等行为的科学。它涉及到岩石的物理性质、力学行为和地质环境等多个方面。
单轴压缩试验
测量岩石在单轴压缩下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗压强度和变形 特性。
三轴压缩试验
模拟岩石在实际地质环 境中的受力状态，测量 岩石在三轴压力下的应 力-应变关系。
岩石力学实验结果分析
强度分析
根据实验结果，分析岩石的抗压、抗拉和抗剪 强度，评估岩石的稳定性。
变形特性分析
分析岩石的应力-应变曲线，了解岩石的弹性、 塑性 Nhomakorabea破裂特性。
地下水监测
通过监测地下水的变化情况，评估地下水对岩体的影响和破坏程 度。
06
高等岩石力学应用案 例
岩石工程设计案例
总结词 详细描述 详细描述 详细描述
通过实际案例分析，展示高等岩石力学在岩石工程设计中的应 用。
介绍某大型水电站岩石高边坡设计，如何运用高等岩石力学的 理论和方法，对边坡稳定性进行评估，并设计出合理的支护结
岩石声波测试仪
用于测量岩石的声波速度，评估岩石的完整性、孔隙 度和弹性参数。
岩石CT扫描仪
通过X射线扫描岩石，获取岩石内部的结构和孔隙分 布信息。
岩石力学实验方法
直接拉伸试验
测量岩石在拉伸载荷下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗拉强度和变形 特性。
《高等岩石力学》ppt课件
目 录
• 岩石力学基础 • 岩石力学性质 • 岩石力学实验 • 岩石工程稳定性分析 • 岩石工程防护与加固 • 高等岩石力学应用案例
01
岩石力学基础
岩石力学定义
总结词：基本概念
详细描述：岩石力学是一门研究岩石在各种外力作用下的变形、破裂、破坏和流 动等行为的科学。它涉及到岩石的物理性质、力学行为和地质环境等多个方面。
单轴压缩试验
测量岩石在单轴压缩下 的应力-应变关系，了解 岩石的抗压强度和变形 特性。
三轴压缩试验
模拟岩石在实际地质环 境中的受力状态，测量 岩石在三轴压力下的应 力-应变关系。
岩石力学实验结果分析
强度分析
根据实验结果，分析岩石的抗压、抗拉和抗剪 强度，评估岩石的稳定性。
变形特性分析
分析岩石的应力-应变曲线，了解岩石的弹性、 塑性 Nhomakorabea破裂特性。
地下水监测
通过监测地下水的变化情况，评估地下水对岩体的影响和破坏程 度。
06
高等岩石力学应用案 例
岩石工程设计案例
总结词 详细描述 详细描述 详细描述
通过实际案例分析，展示高等岩石力学在岩石工程设计中的应 用。
介绍某大型水电站岩石高边坡设计，如何运用高等岩石力学的 理论和方法，对边坡稳定性进行评估，并设计出合理的支护结
《岩石力学》课件(完整版)-第三章岩石动力学基础
第三十二页，共42页。
第三十三页，共42页。
单向压缩 环向压缩
均匀压缩
第三十四页，共42页。
2.压应力愈大波速愈大
从图中可以看出，随着压力的增大，纵波的波速亦随 之增大。纵波增加的波速，在开始阶段较快，然后逐 渐变小，最后可能不增加。
3.对于层面发育的沉积岩石，当垂直于层面加 载时，在低应力阶段波速急速随应力增长而 增加，
与压应力相同方向 上的纵波波速，在 低应力阶段波速急 速增长，达到一定
程度后增速减缓
第三十八页，共42页。
与压应力垂直 方向上的纵波 波速，随应力 增长而减小（ 波传动方向上 受拉应力）
第三十九页，共42页。
（二）现场量测的结果
在某工程中，测定 了巷道两帮的应力 变化对声波波速的影 响可以推断松动圈的 范围。工程测点布置 如图3－16
岩石在受到扰动时在岩体中主要传播的是弹性波，塑性
波和冲击波只有在振源才可以看到。
第二页，共42页。
• 3.在固体中可传播的弹性波可分为两类
• （1）体波：由岩体内部传播的波(2类）
•
（a）纵波（又称：初至波、Primary波）
• 质点振动的方向和传播方向一致的波
• 它产生压缩或拉伸变形。
• （b）横波（又称次到波、Second波)
• 质点振动方向和传播方向垂直的波
• 产生剪切变形。
• （2）面波：仅在岩石表面传播。
•
质点运动的轨迹为一椭圆，其长轴垂直
•
于表面，这样的面波又称为瑞利波。
•
面波速度小于体波，但传播距离大。
第三页，共42页。
• 按波面形状，应力波又区分为平面波、球面波和和柱面波。 • 波面上介质的质点具有相同的速度、加速度、位移、应力和变形。
第三十三页，共42页。
单向压缩 环向压缩
均匀压缩
第三十四页，共42页。
2.压应力愈大波速愈大
从图中可以看出，随着压力的增大，纵波的波速亦随 之增大。纵波增加的波速，在开始阶段较快，然后逐 渐变小，最后可能不增加。
3.对于层面发育的沉积岩石，当垂直于层面加 载时，在低应力阶段波速急速随应力增长而 增加，
与压应力相同方向 上的纵波波速，在 低应力阶段波速急 速增长，达到一定
程度后增速减缓
第三十八页，共42页。
与压应力垂直 方向上的纵波 波速，随应力 增长而减小（ 波传动方向上 受拉应力）
第三十九页，共42页。
（二）现场量测的结果
在某工程中，测定 了巷道两帮的应力 变化对声波波速的影 响可以推断松动圈的 范围。工程测点布置 如图3－16
岩石在受到扰动时在岩体中主要传播的是弹性波，塑性
波和冲击波只有在振源才可以看到。
第二页，共42页。
• 3.在固体中可传播的弹性波可分为两类
• （1）体波：由岩体内部传播的波(2类）
•
（a）纵波（又称：初至波、Primary波）
• 质点振动的方向和传播方向一致的波
• 它产生压缩或拉伸变形。
• （b）横波（又称次到波、Second波)
• 质点振动方向和传播方向垂直的波
• 产生剪切变形。
• （2）面波：仅在岩石表面传播。
•
质点运动的轨迹为一椭圆，其长轴垂直
•
于表面，这样的面波又称为瑞利波。
•
面波速度小于体波，但传播距离大。
第三页，共42页。
• 按波面形状，应力波又区分为平面波、球面波和和柱面波。 • 波面上介质的质点具有相同的速度、加速度、位移、应力和变形。
岩体力学第二章岩石的基本物理力学性质PPT课件
岩石的强度和破坏
强度
岩石抵抗外力破坏的能力， 通常分为抗压、抗拉和抗 剪强度。
破裂准则
描述岩石在不同应力状态 下从弹性到破坏的过渡规 律。
破裂模式
岩石破坏时的形态和方式， 如脆性、延性、剪切等。
04
岩石的物理力学性质与岩体力学应用
岩石的物理力学性质在岩体工程设计中的应用
岩石的物理性质在岩体工程设计中具有重要影响， 如密度、孔隙率、含水率等参数，决定了岩体的承 载能力和稳定性。
岩石的物理力学性质在岩体工程治理中的应用
在岩体工程治理中，需要根据岩石的 物理力学性质制定相应的治理方案。
在治理过程中，还需要根据岩石的变形和 破坏模式，采取相应的监测和预警措施， 以确保工程治理的有效性和安全性。
如对于软弱岩体，可以采用加固、注浆等措 施提高其承载能力和稳定性；对于破碎岩体 ，可以采用锚固、支撑等措施防止其崩塌和 滑移。
弹性波速
表示岩石中弹性波传播速度， 与岩石的密度和弹性模量等有 关。
岩石的塑性和流变
01
02
03
塑性
当应力超过岩石的屈服点 时，岩石会发生塑性变形， 不再完全恢复到原始状态。
流变
在长期应力作用下，岩石 的变形不仅与当前应力状 态有关，还与应力历史有 关。
蠕变
在恒定应力作用下，岩石 变形随时间逐渐增加的现 象。
岩体力学第二章岩石的基本物 理力学性质ppt课件
目
CONTENCT
录
• 引言 • 岩石的物理性质 • 岩石的力学性质 • 岩石的物理力学性质与岩体力学应
用 • 结论
01
引言
岩石的基本物理力学性质在岩体力学中的重要性
岩石的基本物理力学性质是岩体力学研究的基础，对于理解岩体 的变形、破坏和稳定性至关重要。
岩石力学性质-PPT课件
岩石具有非常缓慢的流动性。
粘度是衡量地球动力学的一个重要参数。
近代，人们把物体所有这些力学性质概括为物质的流变 性（rheological properties），并形成一门新兴学科 －流变学（rheology）
流变学是研究固体物质流动的科学。因此，从近代地球 科学观念来看，地球物质具有流变性。把研究地球物质 流动性质和规律的科学，称为“地球流变学（Rheology of Earth Materials）”。
时间对岩石蠕变和松弛的影响
蠕变是在恒定应力作用下，应变随时间持续增加的变形。 蠕变的结果在低于岩石弹性极限的情况下使岩石产生永
久变形。 松弛是在恒定变形情况下，岩石中应力随时间增长不断
减小。 松弛的结果：使部分弹性变形转化为永久变形，相当于
降低了岩石的弹性极限。 蠕变和松弛现象是岩石变形表现的两方面，都表现出时
（1）改写为
（3）
（4）
（1）、（3）式称为线性粘性定律（牛顿粘性定律），服从牛顿粘性定律的 材料称为牛顿流体（或线粘性流体）。具牛顿粘性变形称为粘性流体变形。
理想粘性材料的力学行为
弹塑性变形—指有些物体同时具有弹性和塑性的性 能。在弹塑性变形中，有一部分是弹性，其余为塑 性变形。
理想弹性体的变形是可逆过程，它的应力与应变 之间有一个确定的单值关系，符合虎克定律：
σ=Ee
其中E为杨氏弹性模量。
岩石变形的应力－应变曲线
非理想弹性体的变形：受力不立即产生全部弹性 变形，而是随着时间的延长逐渐增大弹性变形到 应有的值；当撤除外力后，也不立即恢复原状， 而是随时间延长逐渐恢复原状。这种现象称为弹 性后效（即滞弹性）。
流体沿着x方向流动的n个不同流层。它们的流速ů是y的函数，ů在y轴方向的 变化率称为速度梯度，dů/dy。同一位置上的剪应力（摩擦阻力）与速度梯度 呈正比关系
粘度是衡量地球动力学的一个重要参数。
近代，人们把物体所有这些力学性质概括为物质的流变 性（rheological properties），并形成一门新兴学科 －流变学（rheology）
流变学是研究固体物质流动的科学。因此，从近代地球 科学观念来看，地球物质具有流变性。把研究地球物质 流动性质和规律的科学，称为“地球流变学（Rheology of Earth Materials）”。
时间对岩石蠕变和松弛的影响
蠕变是在恒定应力作用下，应变随时间持续增加的变形。 蠕变的结果在低于岩石弹性极限的情况下使岩石产生永
久变形。 松弛是在恒定变形情况下，岩石中应力随时间增长不断
减小。 松弛的结果：使部分弹性变形转化为永久变形，相当于
降低了岩石的弹性极限。 蠕变和松弛现象是岩石变形表现的两方面，都表现出时
（1）改写为
（3）
（4）
（1）、（3）式称为线性粘性定律（牛顿粘性定律），服从牛顿粘性定律的 材料称为牛顿流体（或线粘性流体）。具牛顿粘性变形称为粘性流体变形。
理想粘性材料的力学行为
弹塑性变形—指有些物体同时具有弹性和塑性的性 能。在弹塑性变形中，有一部分是弹性，其余为塑 性变形。
理想弹性体的变形是可逆过程，它的应力与应变 之间有一个确定的单值关系，符合虎克定律：
σ=Ee
其中E为杨氏弹性模量。
岩石变形的应力－应变曲线
非理想弹性体的变形：受力不立即产生全部弹性 变形，而是随着时间的延长逐渐增大弹性变形到 应有的值；当撤除外力后，也不立即恢复原状， 而是随时间延长逐渐恢复原状。这种现象称为弹 性后效（即滞弹性）。
流体沿着x方向流动的n个不同流层。它们的流速ů是y的函数，ů在y轴方向的 变化率称为速度梯度，dů/dy。同一位置上的剪应力（摩擦阻力）与速度梯度 呈正比关系
最新岩块的物理力学性质PPT课件
(h/ D)
温度、湿度
含水量越高,强度越低;温度越高，强度越低。
端面条件端面效应
岩
块
的
变 形
层理结构强度各向异性
与
强
度
性
质
二、单轴抗拉强度σt
1.定义：单向拉伸条件下，岩块能承受的最大拉应力，简称抗拉 强度。
2.意义：衡量岩体力学性质的重要指标
岩
用来建立岩石强度判据，确定强度包络线
块
选择建筑石材不可缺少的参数
1~9 0.2~0.35
3)其他变形参数
岩
•剪切模量（Ｇ）
G E 2 (1 )
块 的
•拉梅常数（λ）
E
( 1 )( 1 2 )
变
形
•体积模量（ＫV)
E K V 3 (1 2 )
与
强
•弹性抗力系数（Ｋ） K E
度
(1 ) R o
性
质
3. 峰值后岩块的变形特征
塑性 大的 岩石
几种岩石的吸水性指标值
二、岩石的软化性
岩石浸水饱和后强度降低的性质
软化系数(KR)：岩石试件的饱和抗压强度(σcw)与干抗压 强度(σc)的比值
KR
cw c
岩石中含有较多亲水性和可溶性矿物，含大开空隙 较多时，岩石的软化性较强，软化系数较小。（软 化性与岩石矿物成分及空隙性有关）
KR＞0.75，岩石软化性弱，抗冻性和抗风化能力强； KR＜0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差。
块
的
变
形
与
强
度
性 质
三、岩石的蠕变性质
在外部条件不变的情况下，岩石的变形或应力随时间而变化
岩 的现象叫流变，主要包括蠕变、松弛。
岩石力学课件
岩石力学课件 第一节岩石力学试验机一、试验机及岩样变形分析 1．刚度刚度：产生单位位移需要的力。
lP K ∆=l∆——沿P 方向的位移。
岩石试件的刚度：设其高度为l r 、横截面为F r 、弹模为E r ，则岩石试件刚度为:rr r rr rr l F E l Pl P K ===∆=......ε；通常：标准的岩石试件K r >0.5MN/mm 。
试验机的刚度：等效为类似于岩石试件的金属构件：设其高度为l m 、横截面为F m 、弹模为E m ，则试验机刚度为：mm m mm mm l F E l Pl P K ===∆=......ε。
通常：普通试验机K m =0.15~0.20MN/m ；K m <K r岩石强度试验中，荷载达到峰值后岩石突然全面崩溃，峰值后岩石应力应变曲线不容易得到（采矿工程中，峰后岩石承载普遍存在）。
1943年，惠特尼Whithey 首次正确解释了岩石试件达到峰值后突然崩溃的机理。
破裂原因：岩石材料刚度大于试验机刚度。
当岩石达到强度极限后，因刚度下降无法再抵抗极限荷载，导致试验机中积聚的弹性变形能急剧释放，使岩石失控而立即崩溃。
2．岩石加载过程能量积聚试验机蓄积的变形能：m m m m K PK P P P E 2212121===μ；试件蓄积的变形能：rrr r K PK P PP E 2212121===μ。
试验过程中试验机与岩石试件变形能之比：m r r m K K E E ：：=显然，试验机刚度越低，其积聚的变形能越多。
3．岩石弱化过程能量释放峰值后岩石试件的能量释放：峰值后，试件将发生破裂，岩石试件刚度降低，试件中的应变能将转化为各种能量（裂缝扩展、声响、震动、热能）而释放。
注意：岩石继续变形仍需能量，试件平稳变形所需能量（r K '为峰值后弱化段刚度，图中梯形面积）：r r K u u P E '∆-∆=∆221峰值后试验机的能量释放：mm K u u P E 221∆-∆=∆由于普通试验机：rmE E ∆>∆，试验机释放的能量超过试件平稳变形所需能量，因此，试件必然瞬间崩溃。
岩石力学-全部课件
22
1.5 岩石和岩体的基本概念
1.绪论
岩石和岩体是岩石力学的直接研究对象，因此学习和研究岩石
力学，首先要建立岩石（或岩块）和岩体的基本概念。
几个基本概念
●岩石（Rock）：矿物、岩屑的集合体。 ●结构面（Structural
Plane）： 指地质历史发展过程中，在岩体内形成的 具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 ●岩块（Rock block 或 Rock）：指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩 体的最小岩石单元体。 ●岩体（Rockmass）：指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组 成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环 境中的地质体。 ●岩体结构（Rockmass Structure）：指岩体中结构面与结构体的排列组合 关系。其包括两个基本要素，即结构面和结构体。
沉积岩
1.绪论
沉积岩是由母岩（岩浆岩、变质岩或早已形成的沉积岩）在地表
经风化剥蚀而产生的物质，通过搬运、沉积和固结作用而形成的 岩石。
●颗粒包括各种不同形状和大小的岩屑及不同矿物。 ●胶结物常见的有钙质、硅质、铁质、泥质等。
沉积岩由颗粒和胶结物组成，各有不同的成分。
沉积岩的物理力学性质不仅与颗粒有关，还与胶结物有很大
23
1.5.1岩石和岩体
1.绪论 岩石
岩石是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在
地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。
岩石可由单种矿物组成。 ●如：纯洁的大理石由方解石组成。 多数的岩石则是由两种以上的矿物组成。 ●如：花岗岩主要由石英、长石、云母三种矿物组成。 按照成因，岩石可分为三大类：岩浆岩、沉积岩和
14
1.4 岩石力学发展简况
1.5 岩石和岩体的基本概念
1.绪论
岩石和岩体是岩石力学的直接研究对象，因此学习和研究岩石
力学，首先要建立岩石（或岩块）和岩体的基本概念。
几个基本概念
●岩石（Rock）：矿物、岩屑的集合体。 ●结构面（Structural
Plane）： 指地质历史发展过程中，在岩体内形成的 具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。 ●岩块（Rock block 或 Rock）：指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩 体的最小岩石单元体。 ●岩体（Rockmass）：指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组 成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环 境中的地质体。 ●岩体结构（Rockmass Structure）：指岩体中结构面与结构体的排列组合 关系。其包括两个基本要素，即结构面和结构体。
沉积岩
1.绪论
沉积岩是由母岩（岩浆岩、变质岩或早已形成的沉积岩）在地表
经风化剥蚀而产生的物质，通过搬运、沉积和固结作用而形成的 岩石。
●颗粒包括各种不同形状和大小的岩屑及不同矿物。 ●胶结物常见的有钙质、硅质、铁质、泥质等。
沉积岩由颗粒和胶结物组成，各有不同的成分。
沉积岩的物理力学性质不仅与颗粒有关，还与胶结物有很大
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1.5.1岩石和岩体
1.绪论 岩石
岩石是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在
地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。
岩石可由单种矿物组成。 ●如：纯洁的大理石由方解石组成。 多数的岩石则是由两种以上的矿物组成。 ●如：花岗岩主要由石英、长石、云母三种矿物组成。 按照成因，岩石可分为三大类：岩浆岩、沉积岩和
14
1.4 岩石力学发展简况
岩体力学课件
岩体的应变包括弹性应变和塑性 应变，其分布和变化规律对于岩 体的稳定性至关重要。
强度理论
岩体的强度理论是研究岩体在各 种应力状态下的破坏机制和临界 应力的基础。
强度参数
岩体的强度参数包括单轴抗压强 度、抗拉强度和剪切强度等，这 些参数是评估岩体稳定性的关键 指标。
岩体的动力学性质
01
应变率效应
在快速变形或冲击加载条件下， 岩体的力学行为会表现出明显的 应变率效应。
型、剪切型和复合型等。
破裂判据
03
为了预测岩体的破裂或失稳，需要建立相应的破裂判据或稳定
性分析方法。
04
岩体的工程分类与评估
岩体的工程分类
坚硬完整岩体
岩体结构完整，强度高 ，变形量小，工程性质
好。
软弱破碎岩体
岩体结构破碎，强度低 ，变形量大，工程性质
差。
节理化岩体
岩体节理发育，强度和 稳定性受节理影响较大
岩体灾害的预测与防治
总结词
岩体灾害的预测与防治是岩体力学应用的另一个重要领域，旨在预防和减轻岩体灾害对 人类生命财产的损失。
详细描述
岩体灾害如滑坡、泥石流、崩塌等，是一种常见的自然灾害。岩体力学的理论和方法在 岩体灾害的预测和防治中发挥了重要作用。通过研究岩体的变形、失稳和破坏机制，可 以预测岩体灾害的发生，并采取相应的防治措施，如加固、排水、减载等，以降低灾害
岩体力学的应用领域
资源开发
环境工程
岩体力学在矿产资源开发、石油和天 然气勘探等领域中发挥着重要作用， 涉及岩石力学性质分析、地下工程设 计等方面。
岩体力学在环境工程中应用于地质灾 害防治、土壤侵蚀控制、废弃物处置 等方面，涉及岩土体稳定性评估和环 境保护等方面。
强度理论
岩体的强度理论是研究岩体在各 种应力状态下的破坏机制和临界 应力的基础。
强度参数
岩体的强度参数包括单轴抗压强 度、抗拉强度和剪切强度等，这 些参数是评估岩体稳定性的关键 指标。
岩体的动力学性质
01
应变率效应
在快速变形或冲击加载条件下， 岩体的力学行为会表现出明显的 应变率效应。
型、剪切型和复合型等。
破裂判据
03
为了预测岩体的破裂或失稳，需要建立相应的破裂判据或稳定
性分析方法。
04
岩体的工程分类与评估
岩体的工程分类
坚硬完整岩体
岩体结构完整，强度高 ，变形量小，工程性质
好。
软弱破碎岩体
岩体结构破碎，强度低 ，变形量大，工程性质
差。
节理化岩体
岩体节理发育，强度和 稳定性受节理影响较大
岩体灾害的预测与防治
总结词
岩体灾害的预测与防治是岩体力学应用的另一个重要领域，旨在预防和减轻岩体灾害对 人类生命财产的损失。
详细描述
岩体灾害如滑坡、泥石流、崩塌等，是一种常见的自然灾害。岩体力学的理论和方法在 岩体灾害的预测和防治中发挥了重要作用。通过研究岩体的变形、失稳和破坏机制，可 以预测岩体灾害的发生，并采取相应的防治措施，如加固、排水、减载等，以降低灾害
岩体力学的应用领域
资源开发
环境工程
岩体力学在矿产资源开发、石油和天 然气勘探等领域中发挥着重要作用， 涉及岩石力学性质分析、地下工程设 计等方面。
岩体力学在环境工程中应用于地质灾 害防治、土壤侵蚀控制、废弃物处置 等方面，涉及岩土体稳定性评估和环 境保护等方面。
精品课程《岩石力学》PPT课件
四、岩石力学中的几个基本概念
1. 岩石 (Rock)
定义：岩石是组成地壳的基本物质，它是由矿 物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的天 然地质体。 岩石按照其成因可分为三类：岩浆岩，沉积岩 和变质岩，不同成因类型的岩石具有不同的物理 力学性质（自学、了解）。
2. 岩块
自然地质体的小块岩石称为岩块。我们平时所称的岩
结构体：被结构面所包围的完整岩石或隐蔽裂隙的岩石，由
不同产状的结构面组合切割而形成的岩石块体。
结构面对岩体结构类型的划分常起着主导作用。 在研究结构面时，一方面要注意结构面的强度、 密度及其延展性，另一方面还需注意结构面的规 模大小和它们之间的组合关系。
岩体结构：由结构面的发育程度和组
合关系或结构体的规模及排列形式决定 的。岩体结构类型的划分反映出岩体的 不连续性和不均一性特征。
（3）数学力学分析方法
力学模型：刚体、弹性、塑性、流变、细观、损伤、 断裂、块体力学 数值分析：有限差分法、有限元法、边界元法、离 散元法、无单元法、流形元法、不连续变形分析、 和反演分析法等 模糊聚类和概率分析：随机分析、可靠度分析、灵 敏度分析、趋势分析、时间序列分析和灰色系统分 析等 模拟分析：光弹应力分析、相似材料模型试验、离 心模型试验
(7) 工程岩体的稳定性
在开挖作用下的应力和位移分布特 征、变形破坏特征、稳定性分析与评价
(8) 岩石工程稳定性维护技术
包括岩体性质的改善与加固技术等
(9) 新技术、新方法和新理论在岩石力学中的应用
(10) 工程岩体的模型、模拟试验及原位监测技术
数值模型模拟 物理模型模拟 原位监测可检验岩体变形与稳定性分析成果的正确性
六、岩石力学的研究方法
岩石力学-全部课件
பைடு நூலகம்
1.3 岩石力学的研究方法
1.绪论
由于岩石力学是一门边缘交叉学科，研究的内容
广泛，对象复杂，这就决定了岩石力学研究方法 的多样性。
根据所采用的研究手段或所依据的基础理论所属
学科领域的不同，岩石力学的研究方法大概可 归纳为以下四种：
●工程地质研究方法；
●科学实验方法； ●数学力学分析方法； ●整体综合分析方法。
下诞生的：
●二战后，各国急于医治战争
创伤，大力发展经济建设； ●水电、矿山等能源、资源的 开发，导致工程规模越来越大； ●工程条件却越来越差，经常 发生滑坡、顶板冒落等严重 事故； ●迫使人们研究失事原因，开始 从岩石力学着手探索。 ●特别是两起震惊世界的特大工 程灾害， 给人们敲响了警钟， 从而催化了岩石力学的萌芽。
同时，第一次开展了水 压法测定隧洞围岩抗力 系数的大型现场试验和 抗剪强度现场试验。
19
1.4 岩石力学发展简况
1.绪论
起步阶段
（1958年～70年代初）
1958年10月成立三峡岩基专题研究组。
此期间我国开始具体建立机构和结合工程开发室内和
现场试验。
该阶段试验做得不少，但如何结合工程实际，认识还
12
1.4 岩石力学发展简况
国际方面： ●岩石力学形成背景 ●两大著名工程灾害 ●两个里程碑事件
●萨茨堡学派
1.绪论
国内方面： ●发展的四个阶段及其主要标志
13
1.4 岩石力学发展简况
一般认为，岩石力学作为一门
1.绪论
岩石力学形成背景
独立的学科存在， 大概在 上世纪50年代。
岩石力学是在这样的背景
绪论数值分析方法有限差分法有限差分法不确定性和系统分析法随机分析随机分析极限平衡法在边坡稳定性在边坡稳定性分析中常用数学力学分析方法11有限元法边界元法无界元法流形元法不连续变形分析法块体力学反演分析法等可靠度分析灵敏度分析趋势分析时间序列分析灰色系统理论等整体综合分析方法?就整个工程进行多种方法并以系统工程为基础的综合分析
1.3 岩石力学的研究方法
1.绪论
由于岩石力学是一门边缘交叉学科，研究的内容
广泛，对象复杂，这就决定了岩石力学研究方法 的多样性。
根据所采用的研究手段或所依据的基础理论所属
学科领域的不同，岩石力学的研究方法大概可 归纳为以下四种：
●工程地质研究方法；
●科学实验方法； ●数学力学分析方法； ●整体综合分析方法。
下诞生的：
●二战后，各国急于医治战争
创伤，大力发展经济建设； ●水电、矿山等能源、资源的 开发，导致工程规模越来越大； ●工程条件却越来越差，经常 发生滑坡、顶板冒落等严重 事故； ●迫使人们研究失事原因，开始 从岩石力学着手探索。 ●特别是两起震惊世界的特大工 程灾害， 给人们敲响了警钟， 从而催化了岩石力学的萌芽。
同时，第一次开展了水 压法测定隧洞围岩抗力 系数的大型现场试验和 抗剪强度现场试验。
19
1.4 岩石力学发展简况
1.绪论
起步阶段
（1958年～70年代初）
1958年10月成立三峡岩基专题研究组。
此期间我国开始具体建立机构和结合工程开发室内和
现场试验。
该阶段试验做得不少，但如何结合工程实际，认识还
12
1.4 岩石力学发展简况
国际方面： ●岩石力学形成背景 ●两大著名工程灾害 ●两个里程碑事件
●萨茨堡学派
1.绪论
国内方面： ●发展的四个阶段及其主要标志
13
1.4 岩石力学发展简况
一般认为，岩石力学作为一门
1.绪论
岩石力学形成背景
独立的学科存在， 大概在 上世纪50年代。
岩石力学是在这样的背景
绪论数值分析方法有限差分法有限差分法不确定性和系统分析法随机分析随机分析极限平衡法在边坡稳定性在边坡稳定性分析中常用数学力学分析方法11有限元法边界元法无界元法流形元法不连续变形分析法块体力学反演分析法等可靠度分析灵敏度分析趋势分析时间序列分析灰色系统理论等整体综合分析方法?就整个工程进行多种方法并以系统工程为基础的综合分析
《岩石力学》(完整版)PPT课件
1.平行层面纵波波速大于垂直层面波速
平行层面波速/垂直岩层波速＝各向异性系数C C=1.08-2.28；多数：C=1.67 相当一部分：c=1.10
.
43
表3－6
.
44
•交通方面 ：北京道路面积4.4m2/人；东京11.3m2/ 人；伦敦21.3m2/人。
.
4
1.3 岩体力学的研究方法
研究方法：实验、理论分析与工程应用相结合
实验 理论
室内
岩块（拉、压、剪…） 模拟 收敛（表面位移）
野外 位移 应力
应变 绝对位移、相对位移（内部）
压力 连介
非连介
有限元
数值方法 离散元
VP0.3 51.88
.
34
.
35
二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系
弹性波在岩体中传播时，遇到裂隙，则视
充填物而异。若裂隙中充填物为空气，则弹 性波不能通过，而是绕过裂隙断点传播。在 裂隙充水的情况下，声能有5％可以通过， 若充填物为其他液体或固体物质，则弹性波 可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的 能力与弹性波的频率和振幅有关.
.
29
.
30
根据实验结果整理的岩体动弹性模量见表（3－2）
.
31
动弹性模量与静弹性模量的比值
• 一般来说，岩体越坚硬越完整，则差 值越小，否则，差值就越大。
• 根据对比资料的统计，动弹性模量比 静弹性模量高百分之几至几十倍，如 图3－4所示。
• 从动弹性模量的数字来看，多集中 在 1 51305 0130MP之a间。
.
12
（二）渗透性
在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映 了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达 西（Darcy）定律描述：
平行层面波速/垂直岩层波速＝各向异性系数C C=1.08-2.28；多数：C=1.67 相当一部分：c=1.10
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表3－6
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44
•交通方面 ：北京道路面积4.4m2/人；东京11.3m2/ 人；伦敦21.3m2/人。
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4
1.3 岩体力学的研究方法
研究方法：实验、理论分析与工程应用相结合
实验 理论
室内
岩块（拉、压、剪…） 模拟 收敛（表面位移）
野外 位移 应力
应变 绝对位移、相对位移（内部）
压力 连介
非连介
有限元
数值方法 离散元
VP0.3 51.88
.
34
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35
二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系
弹性波在岩体中传播时，遇到裂隙，则视
充填物而异。若裂隙中充填物为空气，则弹 性波不能通过，而是绕过裂隙断点传播。在 裂隙充水的情况下，声能有5％可以通过， 若充填物为其他液体或固体物质，则弹性波 可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的 能力与弹性波的频率和振幅有关.
.
29
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30
根据实验结果整理的岩体动弹性模量见表（3－2）
.
31
动弹性模量与静弹性模量的比值
• 一般来说，岩体越坚硬越完整，则差 值越小，否则，差值就越大。
• 根据对比资料的统计，动弹性模量比 静弹性模量高百分之几至几十倍，如 图3－4所示。
• 从动弹性模量的数字来看，多集中 在 1 51305 0130MP之a间。
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12
（二）渗透性
在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映 了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达 西（Darcy）定律描述：
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大部分地表岩石在低围压条件下都是 脆性或半脆性的 ，在高温高压条件 下，常温常压下的脆性岩石可表现很 高的延性。
§1.1 岩石力学性质室内试验
一、岩石单轴压缩试验
σ
ε εc
屈服 极限 v
d c
单轴极限 抗压强度
b" e' 比例 b' b 极限 εa a
e εa
c
岩石单轴压缩应力-应变全过程曲线
1 通过单轴压缩试验可以测定如下常规岩石参数： 破坏荷载
石油工程岩石力学
第一章 岩石的基本性质和变形特征
根据岩石的应力－应变－时间关系，可将其力学 属性划分为弹性、塑性和粘性。 弹性是指在一定的应力范围内，物体受外力作用 产生变形，而去除外力（卸荷）后能够立即恢 复其原有的形状和尺寸大小的性质
例如：弹簧
应力－应变－时间关系图
塑性是指物体受力后，在应力超过屈服应力时仍 能继续变形而不即行断裂，撤去外力（卸荷）后， 变形又不能完全恢复的性质。不能恢复的那部分变 形称为塑性变形，或称永久变形、残余变形。
Is =
P De
2
I s (50) = I S • ( De 50)0.45
等效岩芯 直径
点荷载强度试验装置简图
四、岩石的流变 蠕变：指在恒定荷载作用条件下，变形随时 间逐渐增长的现象； 松弛： 指应变一定时，应力随时间逐渐减 小的现象 流动特征：指时间一定时，应变速率与应力 的关系 长期强度：指长期荷载（应变速率小于10／ s）作用 下岩石的强度
e
c
裂纹压密段,随着压应力的增加，裂 纹逐渐闭合，岩石刚度加大
a ε
2
以弹性变形为主的变形
一些结构致密、岩 性硬的岩石，如石 英、玄武岩、硅质 灰岩等的变形，
3
以塑性变形为主的变形
岩盐、饱水的半坚硬泥岩，在加荷速率 较低时变形呈这种类型
变形没有明显的阶段，而是随着压应力的增大而 不断增长，卸载后大部分变形不能恢复.这种变 形，主要反映了矿物晶格之间、粘土矿物聚片体 之间的滑移
二、岩石三轴抗压试验
压应力
σ2 =σ3
围压
常规三轴试验
轴 向 加 载 设 备 加 载 框 架 三 轴 压 力 室 试 样 套 筒 荷 载 室 侧 向 加 载 设 备 反 应 柱
常规三轴抗压试验装置示意图
σ1 > σ 2 > σ 3
真三轴试验
大尺寸真三轴模拟试验架
三、岩石的拉伸破裂试验
岩石拉伸破裂实验可分为直接法和间接法两 种
P σc = A
原始横 断面积
2
杨氏模量
分别是轴向应 力、应变的增 量。
Δσ z E= Δε z
σ
切线 模量
σm
割线 模量
M
初始 模量
O
εm
岩石的各种模量的确定
ε
①初始模量，是应力-应变曲线在原点切线的斜率
dσ E 初 (0)＝ dε
ε =0
②切线模量，是对应于曲线上某一点M的切线的斜率
dσ dε
cos ϕ 1 + sin ϕ σ 1 = 2S 0 +σ3 1 − sin ϕ 1 − sin ϕ
1、单轴抗压强度（无围压抗压强度） σ
cos ϕ σ c = 2S 0 = 2 S 0 tan β 1 − sin ϕ
3
=0
2、拉伸强度 σ 1 = 0
1 + sin ϕ σ c St = 1 − sin ϕ
1
径向应变 ε r 与轴向应变
εz
以裂纹行为为主导的变形
中-粗粒结构的岩石，如花岗 岩，大理岩、砂岩等
裂纹稳定扩展的非 线性变形阶段
σ
裂纹加速扩展直至 岩石破裂
ε v
为裂纹开始扩 展的特征点 扩容 点
d c
c ε
b" e' b' b ε a a
岩石线性变形阶段,加 载、卸载曲线不重合除 了岩石的弹性变形之 外，还包括闭合裂纹的 相互滑动
岩石 的流 变性
ε
初始 蠕变
稳态 蠕变
加速 蠕变
I
II T
•
III
P•
瞬时 变形
U•
εe
O
A
Q• R
V
t
岩石蠕变曲线
§1.2 岩石的变形与强度
一、Mohr-Coulomb准则 Mohr假定意指作用在破坏面上的应力是处于最大的
主应力圆上，亦即由以 σ σ为直径的圆周上的点来 表示的，与中间主应力 σ 无关
曲线不同 为什么？ 应变硬化
理想 条件
应力－应变－时间关系图
何为应变硬化？ 晶粒滑到新位置之后，导致粒间相嵌、挤紧和晶粒增 大，如使之继续滑动，要相应增大应力。 粘性是指物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速 率随应力的大小而改变的性质，称为粘性。
装满一种粘滞性液体 的圆筒和一个可上下 移动的穿孔活塞组成
1
3
2
tgϕ = μ
｜τ｜＝S 0 + μσ
内聚力或 粘着力
τ
φ
σ
2β
σ
σ
τ-σ空间的Mohr-Coulomb准则
1 ｜τ｜＝ (σ 1 − σ 3 ) sin 2 β 2
π ϕ + = 2β
1 1 σ = (σ 1 + σ 3 ) + (σ 1 − σ 3 ) cos 2 β 2 2
2
1 1 1 (σ 1 − σ 3 ) sin 2 β = S 0 + μ[ (σ 1 + σ 3 ) + (σ 1 − σ 3 ) cos 2 β ] 2 2 2
Mohr-Coulomb准则的局限：忽略了中间主应力的影
响，该准则只适用于剪切破坏，不适用于高围压的情 况，只适用于较低围压的情况；同时也不适用于膨胀 或蠕变破坏。
将圆柱形岩石试件的两 端用粘合剂使之与固定 在压机压盘上的金属前 面板（压机上的帽套） 粘合以传递压力。需要 注意的是粘合剂的抗拉 伸强度要高于试件的抗 拉伸强度
施 加 的 载 荷
P
上 夹 片
D A
试件
点 接 触
定 位 销
o
下 夹 片
B
L
P
S t ,B 2P = [ MPa] πDL m ) = E tan (ε m ) =
ε =ε m
③割线模量，是曲线上某一点M与坐标原点连线的斜 率
σm E割 (ε m ) = Esec (ε m )＝ εm
割线模量与切线模量的关系为
E 割 (ε ) =
ε∫
1
ε
0
E 切 (ε ′)dε ′
（3）岩石的泊松比
εr υ=− εz
（二）峰值前的变形机理
例如，牛 顿流体
根据岩石的变形与破坏关系，还可以将岩石 性质划分为脆性和延性。
脆性是指物体受力后，变形很小时就发生破裂的性 质
破坏前总应变小，应力－应变 曲线上负坡较陡反之为延性
工程上一般以5％为标准进行划分， 总应变小于5％者为脆性材料反之为 延性材料
延性是指物体能承受较大变形而不丧失其承载力 的性质。