岩石物理力学性质下岩石力学

岩石物理力学性质下岩石力学
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第2章 岩石的物理力学性质
3. 三轴压缩状态下岩石的变形特征
围压（ 2 ）3 对岩石变形的影响
• 随着围压的增大，岩石的抗压强度显著 增加；
• 随着围压的增大，岩石的变形显著增 大；
• 随着围压的增大，岩石的弹性极限显著 增大；
第2章 岩石的物理力学性质
• 岩石的变形是指岩石在物理因素作用下形状和大小的变化。工程上最常研究由于 外力（例如在岩石上建造大坝）作用引起的变形或在岩石中开挖引起的变形。岩 石的变形对工程建（构）筑物的安全和使用影响很大，因为当岩石产生较大位移 时，建（构）筑物内部应力可能大大增加，因此研究岩石的变形在岩石工程中有 着重要意义。
• 加卸载循环次数足够多时，卸载曲线与其后一次再加载曲线之间 所形成的滞回环的面积将愈变愈小，且愈靠拢而又愈趋于平行。
Mar , 2007
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第2章 岩石的物理力学性质
• 随着循环次数的增加，塑性滞 回环的面积也有所扩大，卸载 曲线的斜率也逐次略有增加 （强化）。
• 每次卸载后再加载，在荷载超 过上一次循环的最大荷载以 后，变形曲线仍沿着原来的单 调加载曲线上升，好像不曾受 到反复加卸荷载的影响似的， 这就是所谓的岩石具有记忆效 应。
刚性压力机
Mar , 2007
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峰值强度 柔性压力机
岩石试件
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第2章 岩石的物理力学性质
2. 反复加载与卸载条件下岩石的变形特性
常应力下弹塑性岩石加、卸载循环应力－应变曲线
• 卸载应力水平一定时，每次循环中的塑性应变增量逐渐减小， 加、卸载循环次数足够多后，塑性应变增量将趋于零。
5~12
0.2~0.3
页岩
1~3.5
2~8
辉长岩
7~11
7~15
0.12~0.2
砂岩
0.5~8
1~10
辉绿岩
8~11
8~15
0.1~0.3
砾岩
0.5~8
2~8
玄武岩
6~10
6~12
0.1~0.35
灰岩
1~8
5~10
石英岩 Mar ,大200理7 岩
6~20 1~9
6~20
0.1~0.25
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1~9
0.2~0.35
白云岩
4~8 8 4~8
第2章 岩石的物理力学性质
Instron Corporation 英斯特朗公司
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第2章 岩石的物理力学性质
刚压性力试机验加机压工（作贮简存介弹性应变能） 岩石试件达峰点强度（释放 应变能）导致试件崩溃。 AA′O2O1面积——峰点后， 岩块产生微小位移所需的能。 ACO2O1面积——峰点后， 刚性机释放的能（贮存的能）。 ABO2O1——峰点后， 柔性机释放的能（贮存的能）。
常见岩石的变形模量和泊松比
岩石名称 变形模量（×104MPa）
初始
弹性
泊松比
岩石名称 变形模量（×104MPa
初始
弹性
花岗岩
2~6
流纹岩
2~8
5~10
0.2~0.3
片麻岩
1~8
1~10
千枚岩、 片
5~10
0.1~0.25
0.2~5
1~8
岩
闪长岩
7~10
7~15
0.1~0.3
板岩
2~5
2~8
安山岩
5~10
弹塑性岩石在变应力水平下加卸载 循环时的应力－应变曲线
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第2章 岩石的物理力学性质
f 疲劳强度 （0.4～0.5） c
混凝土在重复荷载作用下的应力—应变曲线 （a）混凝土一次加荷、卸荷时的应力－应变曲线
(b)混凝土多次加荷、卸荷时的应力－应变曲线
Mar , 2007
1 岩石在单轴压缩状态下的应力—
2 反复加载与卸载条件下岩石的变形特性
3 三轴压缩状态下岩石的变形特征
4 真三轴压缩试验的应力—
5 岩石的各向异性
美国MTS
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第2章 岩石的物理力学性质
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第2章 岩石的物理力学性质
0
2 3
Rc
④下降段CD，为破坏阶段，C点的纵坐标
就是单轴抗压强度，D点为残余强度（靠碎
块间的摩擦力承载）。
刚性压力机单调加载
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第2章 岩石的物理力学性质
混凝土棱柱体受压
低碳钢拉伸应力—应变曲线
=
P A
弹性 屈服
强化b 颈缩
ey p
s
k
颈缩
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1①. 在岩O石A在区单段轴内压，缩曲状线态稍下微的向应上力弯—曲应，变属曲于线 压密阶段，这期间岩石中初始的微裂隙受 压闭合；
②在AB区段内，接近于直线，近似于线弹 性工作阶段；
③BC区段内，曲线向下弯曲，属于非弹性
阶段，主要是在平行于荷载方向开始逐渐
生成新的微裂隙以及裂隙的不稳定，B点
是岩石从弹性转变为非弹性的转折点；
o
Faculty of 岩Civ石il物En理gi力ne学er性ing质, 下Ch岩on石gq力in学g University
k ' 4= l / l
第2章 岩石的物理力学性质
与 时 间 线弹性 无 关 只 从 变 完全弹性 形 能 否 恢 复 的 弹塑性 角 度
Mar , 2007
弹性变形：能恢复的变形
变形模量(modulus of deformation)：取决于总的变形量，即弹性变形与塑性 变形之和，它是正应力与总的正应变之比，它相应于割线OP的斜率。
E0 e p
切线模量就是曲线上的切线的斜率； 割线模量就是割线的斜率； 卸载模量就是卸载曲线上的切线斜率。
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第2章 岩石的物理力学性质
岩石变形指标 •弹性模量 •泊松比(poisson’ratio) •剪切模量 •拉梅常数 •体积模量
P
l
E
l
d/2
e
x
y
d
G E
2 1 岩石变形性质的室内测定
E
1 1
2
Kv
E
31 2
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源自文库
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第2章 岩石的物理力学性质
岩石的应力—应变关系是曲线， 存在一一对应关系。
滞回效应（hysteresis）
塑性变形（残余变形或永久变形）：不可 恢复的变形
卸载曲线不走加载曲线的路线， 应变也不恢复到原点。
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第2章 岩石的物理力学性质
弹性模量(modulus of elasticity)：加载曲线直线段的斜率，加载曲线直线段大 致与卸载曲线的割线相平行。