岩石应力应变的各个阶段

岩石的变形特性

岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之二)

一、内容提要：本讲主要讲述岩石的变形特性、强度理论

二、重点、难点：岩石的应力-应变曲线分析及岩石的各种强度理论。

三、讲解内容：

四、岩石的变形特性

与岩石的强度特性一样，岩石的变形特性也是岩石的重要力学特性。只有对岩石的变形特性的变化规律有了足够的了解，才能应用某些数学表达式描述岩石的变形特性，进而运用这些表达式计算岩石在外荷载作用下所产生的变形特性，并评价其稳定性。在实际的工程中，经常遇到岩石在单轴和三轴压缩状态下的变形问题。

(一)岩石在单向压缩应力作用下的变形特性

1. 岩石在普通试验机中进行单向压缩试验时的变形特性

岩石的变形特性通常可从试验时所记录下来的应力-应变曲线中获得。岩石的应力-应变曲线反映了各种不同应力水平下所对应的应变(变形)规律。以下先介绍具有代表性的典型的应力-应变曲线。

1)典型的岩石应力-应变曲线分析

图15-1-17例示了典型的应力-应变曲线。根据应力-应变曲线的变化，可将其分成OA，AB，BC 三个阶段。三个阶段各自显示了不同的变形特性。

(1)OA阶段，通常被称为压密阶段。其特征是应力-应变曲线呈上凹型，即应变随应力的增加而减少。形成这一特性的主要原因是存在于岩石内的微裂隙在外力作用下发生闭合所致。

(2)AB阶段，也就是弹性阶段。从图15-1-17可知，这一阶段的应力-应变曲线基本呈直线。若在这一阶段卸荷的话，其应变可以恢复，由此可称为弹性阶段。这一阶段常用两个弹性常数来描述其变形特性。即弹性模量E和泊松比。所谓弹性模量，是指应力—应变曲线中呈直线阶段的应力与应变之比值(或者是该曲线在直线段的斜率)被称作平均模量。就模量的概念而言，岩石的模量还有初始模量、切线模量、割线模量等。在岩石力学中比较常用的是平均弹性模量E和割线模量E50，E50是指岩石峰值应力一半的应力、应变之比值，其实质代表了岩石的变形模量。所谓泊

松比，是指在弹性阶段中，岩石的横向应变与纵向应变比之值。这是描述岩石侧向变形特性

的一个参数。最近几年来，经过大量的试验发现，在AB阶段，由于岩石受荷后不断地出现裂纹扩展，将产生一些不可逆的变形。因此从某种意义上来说，它并不属于真正的弹性特性，只能是

一种近似的弹性介质。B点是该岩石的屈服点，当应力超过B点，则将进入第三阶段。

(3)BC阶段，也被称作塑性阶段。当应力值超出屈服应力之后，随着应力的增大曲线呈下凹状，明显地表现出应变增大的现象。进入了塑性阶段，岩石将产生不可逆的塑性变形。同时、

应变速率、将同时增大，但最小主应变的应变速率的增大表现得更明显。应该指出，对于坚硬的岩石来说，这一塑性阶段很短，有的几乎不存在，它所表现的是脆性破坏的特征。所谓脆性，是指荷载超出了屈服应力却并不表现出明显的塑性变形的特性，由此而产生的破坏，称为脆性破坏。