4-1 岩块的变形与强度性质(1)

作业
1.什么是岩体？岩体的结构一般根据什么来划分？岩体结构 可以分为哪几种结构类型？ 2.什么是结构面？结构面按地质成因分为哪几种？各有什么 特征？ 3.结构面具有哪些特征？结构面的存在对岩体的力学性质和 岩体稳定性有什么影响？试举例说明。 4.岩块的主要物理性质(包括水理性质)有哪些？各有什么工 程意义？

第四章 岩块的变形与强度性质
• • • • 有关的基本概念 岩块的变形性质 岩块的强度性质 岩石的破坏判据

第一节 概述
（一）研究岩块力学性质的意义
岩石的力学性质
岩体
环
（水） 岩块 结构面 （地应力） 境
主要力学性质：变形与强度、破坏 研究岩块力学性质的主要方法：室内试验

（二）材料受力所表现出的 σ 几种基本力学性质 • 弹性 物体受外力作用产生变形，除去外
力（荷载）后，变形立刻完全恢复 的性质，称为弹性。该变形为弹性 变形，该物体为弹性介质。
岩石的力学性质
直线关系
0
ε
• 塑性 物体受外力作用产生变形，除去 外力（荷载）后，变形不能完全 恢复的性质，称为塑性。不能恢 复的变形称为塑性变形（永久变 形或残余变形）。 在外力作用下，或者在一定应力 范围内，只发生塑性变形的物体 称为塑性介质。
线弹性（理想弹性）
σ
σs
0
ε
理想弹塑性材料

物体受外力作用后变形不能在瞬间 σ • 粘性 完成，且变形速率随应力增加而增 加的性质，称为粘性。 • 脆性 物体受外力作用后，变形很小时就 dε & ε dt 发生破裂的性质，称为脆性。相应 0 理想粘性材料 的破坏称为脆性破坏。 物体受外力作用后，发生较大变形时发生破坏，称为 塑性破坏。 脆性破坏与塑性破坏的区别:以材料受力破坏前的总应变和 全应力-应变曲线上负坡的坡降大小划分。破坏前总应变小, 负坡较陡的为脆性破坏,反之为塑性破坏。工程上以5％进行 划分。脆性破坏--破坏前的总应变<5％;塑性破坏--破坏前的 总应变>5％。
岩石的力学性质

岩石的力学性质
• 延性
物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性 质，称为延性。延性反映的是屈服后的变形能力。
需要温习的概念：内力与外力；应力与应变、应力状 需要温习的概念： 态；强度与变形、破坏；莫尔应力圆等等。

第二节 岩块（岩石）的变形性质
一、单轴压缩条件下的岩块变形
εd
σ
（一）连续加载
岩块典型的应力-应变曲线 εV σ
D
εV = ε L − 2ε d
εL
σ
εd
B A
C
εL
E
压缩
ε(-)
扩容
o
应力-应变全过程曲线
ε(+)

1.岩块的变形、破坏过程 应力-应变全过程曲线 Ⅰ.孔隙、裂隙压密阶段(OA)： εV σ σ − ε 曲线呈上凹型，曲线斜 D 率随应力增加而逐渐增大。 表明在力的作用下，试件 C εL εd 中张性结构面或微裂隙闭 B 合，岩石被压密，表现出 E A 非线性变形的特征。横向 膨胀较小，试件体积随荷 o 扩容 压缩 ε(+) ε(-) 载增加而减小。 应力-应变全过程曲线 Ⅱ.弹性变形阶段(AB)： σ − ε 呈线性关系，变形可恢复，B点的应力为弹性极限。 该变形由固体颗粒被压缩而产生的弹性变形。

Ⅲ. 微裂隙稳定发展阶段(BC)： D σ − ε L 曲线呈近似线性关系， εd C σ − ε v 为曲线，体积压缩率减小。 εL 产生新的微裂隙，随应力增加而发 B E 展;荷载不变时，微裂隙停止发展; A 为塑性变形。上界C点为屈服点， o 其应力为屈服极限(屈服强度) ε(+) ε(-) σ − ε 全过程曲线 Ⅳ. 非稳定破裂发展阶段(CD) 应力-应变曲线呈下凹型,随着应力的增加,变形速率增大。 原因:岩石破裂过程中,应力发生重分布,裂隙处应力集中显著; 并使裂隙不断产生、延展和贯通;荷载不变时,微破裂仍发 展；继续增加荷载，试件会发生破坏。试件体积由压缩转变 为扩容。D点的应力为峰值强度或单轴抗压强度。 峰值强度 单轴抗压强度
εV
应力-应变全过程曲线
σ
σc

Ⅴ. 破坏后阶段(DE)： 岩块承载力达到峰值, εd 其内部结构基本破坏,仍保 持整体状。裂隙快速发展、 贯通,形成一条或几条宏观 断裂面。破坏的岩块沿宏 观断裂面滑移,承载力随变 形的增大快速降低,但仍保 ε(-) 持一定的承载力。
εV
应力-应变全过程曲线
σ
峰值前
峰值后
D C B A
εL
E
σ − ε 全过程曲线
o
ε(+)
岩块的变形、破坏过程是一个渐进式发展过程，总体 分为两个阶段：峰值前阶段和峰值后阶段。

应力-应变全过程曲线

横向应变轴向应变

体积应变

单轴压缩破坏特征

塑-弹性型σ

1

沪蓉西高速某隧道+250处，2006年6月26日施工，7月18日拱顶产生下沉开裂。11月5日上午，拱顶发生大体积的坍塌。