岩石的拉伸破裂
岩石断裂分析
岩石断裂分析引言：岩石是地壳的组成部分，其断裂特征对于地质学及工程学具有重要意义。
岩石断裂分析可以揭示岩石受力、岩层移位和内部结构等信息，有助于科学家和工程师进行地质和工程设计。
本文将探讨岩石断裂的类型、形成机制以及岩石断裂分析的方法和应用。
一、岩石断裂类型：岩石断裂可以分为几种不同类型，包括：剪切断裂、拉拔断裂、折断裂和溃裂等。
1. 剪切断裂剪切断裂是岩石中最常见的一种类型。
它是指岩石在受到剪切应力作用下发生的断裂。
剪切断裂可以进一步细分为水平剪切断裂、倾斜剪切断裂和复合剪切断裂等。
这些断裂会使岩石产生错动和滑动。
2. 拉拔断裂拉拔断裂是指岩石在受到拉伸应力作用下发生的断裂。
拉拔断裂发生在板块运动或构造运动中，通常以断层的形式出现。
拉拔断裂常伴随着断层和褶皱的形成。
3. 折断裂折断裂是指岩石断裂时同时发生的压应力和剪应力导致的破碎现象。
这些断裂通常会在岩层中形成断层构造，如逆断层、正断层和走滑断层等。
4. 溃裂溃裂是指岩石在承受较大应力时发生的大面积断裂。
溃裂通常发生在地下工程中，如水坝、地下隧道和岩石挡墙等。
溃裂会引发岩层的塌陷和滑动。
二、岩石断裂形成机制：岩石断裂形成的机制涉及多个因素，主要包括：地壳构造运动、地震、岩石强度、断裂面性质以及周围岩石的应力情况等。
1. 地壳构造运动地壳构造运动是岩石断裂形成的主要驱动因素之一。
板块运动和构造运动会在地壳中造成应力集中，引发地震、断层和岩石溃裂等断裂现象。
2. 地震地震是岩石断裂的重要原因之一。
地震发生时，地壳中的岩石受到剧烈振动和扰动，导致断裂面发生破坏和滑动。
地震断裂的研究对于地震灾害的防治具有重要意义。
3. 岩石强度岩石的强度是岩石断裂形成机制的重要因素之一。
强度低的岩石容易发生断裂，而强度高的岩石则相对稳定。
岩石强度受到岩石类型、物理性质和应力环境等因素的影响。
4. 断裂面性质断裂面的性质对岩石断裂有重要影响。
断裂面的粗糙程度和形态会影响岩石的抗剪强度和滑动性质。
岩石脆性和塑性指标测试方法与分析
岩石脆性和塑性指标测试方法与分析岩石是地球上重要的构造材料之一，了解岩石的性质对工程建设和地质研究具有重要意义。
其中，岩石的脆性和塑性指标是评估岩石抗破坏性能的重要参数。
本文将介绍岩石脆性和塑性指标的测试方法和分析。
一、岩石脆性指标测试方法与分析脆性是岩石破裂的倾向，通常可以通过强度试验来表征。
最常用的方法是岩石压缩试验。
该试验会施加垂直于岩石样本的压力，通过测量压力和变形的关系，可以得到相应的脆性指标。
在岩石压缩试验中，常用的指标包括弹性模量、抗压强度和破裂韧度。
弹性模量可以反映岩石的刚度，抗压强度则是岩石在受到压力时能够承受的最大应力，而破裂韧度则是岩石在破裂前能够吸收的能量。
除了岩石压缩试验，还可以利用冲击试验来评估岩石的脆性。
冲击试验中，会利用冲击能量使岩石样本受到冲击加载，从而观察岩石样本的破裂情况。
通过测量冲击力和冲击变形，可以得到脆性指标。
二、岩石塑性指标测试方法与分析塑性是岩石变形的倾向，可以通过剪切试验来评估。
剪切试验中，将岩石样本施加剪切力，通过测量强度和变形，可以得到相应的塑性指标。
在岩石的剪切试验中，常用的指标包括剪切强度和剪切模量。
剪切强度是岩石在受到剪切力时能够承受的最大应力，剪切模量则是岩石变形的刚度。
除了剪切试验，还可以通过拉伸试验来评估岩石的塑性。
拉伸试验中，将岩石样本拉伸，通过测量拉伸力和变形，可以得到相应的塑性指标。
三、岩石脆性与塑性指标分析脆性指标和塑性指标主要描述了岩石在受力过程中的破裂和变形情况。
通过对这些指标的测试和分析，可以更全面地了解岩石的力学性质和破坏机理，为工程建设和地质研究提供依据。
脆性指标较高的岩石通常呈现出脆性破坏，即在受到较小的应力作用下迅速发生破坏。
塑性指标较高的岩石则表现出塑性变形，即在受到较大的应力作用下具有一定的变形能力。
了解岩石脆性和塑性指标的测试方法和分析对于地质灾害评估和工程设计具有重要的意义。
在地质灾害评估中，通过分析岩石的脆性和塑性指标，可以预测岩石在地震或其他外力作用下的破坏程度。
岩体断裂与蠕变损伤破坏机理研究
岩体断裂与蠕变损伤破坏机理研究一、本文概述《岩体断裂与蠕变损伤破坏机理研究》一文旨在深入探讨岩体在受到外部载荷作用下的断裂与蠕变损伤破坏机理。
岩体作为自然界中广泛存在的地质体，其稳定性和安全性对于工程建设、地质环境保护等方面具有重大意义。
因此，研究岩体的断裂与蠕变损伤破坏机理，对于预防地质灾害、优化工程设计、提高工程安全性等方面具有重要的理论和实践价值。
本文首先将对岩体断裂与蠕变损伤的基本概念进行界定，阐述其在地质学和岩石力学领域的重要性。
接着，将详细分析岩体断裂与蠕变损伤破坏的机理，包括断裂力学的基本原理、蠕变损伤的发展过程以及两者之间的相互作用关系。
在此基础上，文章还将探讨影响岩体断裂与蠕变损伤破坏的主要因素，如岩石的力学性质、地质构造、外部载荷等。
本文将综合运用理论分析、实验研究、数值模拟等多种方法，对岩体断裂与蠕变损伤破坏机理进行深入研究。
通过对比分析不同条件下岩体的断裂与蠕变损伤破坏过程，揭示其内在规律和影响因素。
文章将提出相应的预防和控制措施，为工程实践提供理论支持和指导建议。
《岩体断裂与蠕变损伤破坏机理研究》一文将全面系统地探讨岩体在受到外部载荷作用下的断裂与蠕变损伤破坏机理，旨在为提高工程安全性和优化工程设计提供理论支撑和实践指导。
二、岩体基本特性及损伤机制岩体是由多种矿物颗粒、结晶体、岩石碎块和填充物等组成的复杂地质体，具有非均质、非连续、非线性和不确定性的特点。
这些特性使得岩体的力学行为相当复杂，尤其是在受到外部荷载或环境因素作用时，岩体的内部结构和性质往往会发生显著的变化。
损伤是岩体在受力过程中内部微裂纹不断扩展、演化和贯通的结果。
这些微裂纹可能是由于岩体内部的原生缺陷、应力集中、化学腐蚀或温度变化等因素引起的。
随着应力的增加，微裂纹逐渐扩展并相互连接，形成宏观的裂缝，最终导致岩体的破坏。
岩体损伤机制主要包括拉伸损伤、剪切损伤和压缩损伤。
拉伸损伤主要发生在岩体的拉应力区域，导致岩体产生拉伸裂缝。
岩石单轴压缩、拉伸、巴西劈裂数值实验模拟
2.1 软件的基本原理
RFPA 是一个以弹性力学为应力分析工具、以弹性损伤理论及其修正后的 Coulomb 破坏准则为介质变形和破坏分析模块的真实破裂过程分析系统。 其基本 思路是： 1）材料介质模型离散化成由细观基元组成的数值模型，材料介质在细观上 是各向同性的弹-脆性或脆-塑性介质； 2）假定离散化后的细观基元的力学性质服从某种统计分布规律（如 weibull 分布），由此建立细观与宏观介质力学性能的联系； 3）按弹性力学中的基元线弹性应力、应变求解方法，分析模型的应力、应 变状态。RFPA 利用线弹性有限元方法作为应力求解器； 4）引入适当的基元破坏准则（相变准则）和损伤规律，基元的相变临界点 用修正的 Coulomb 准则； 5）基元的力学性质随演化的发展是不可逆的； 6）基元相变前后均为线弹性体； 7）材料介质的裂纹扩展是一个准静态过程，忽略因快速扩展引起的惯性力 的影响。
2.2 软件的网格划分
RFPA 选取等面积四节点的四边形单元剖分计算对象。为了使问题的解答足 够精确，RFPA 方法要求模型中的单元足够小（相对于宏观介质），以能足够精
确的地反映介质的非均匀性。但它又必需足够大（包含一定数量的矿物和胶结物 颗粒，以及微裂隙、孔洞等细小缺陷），因为作为子系统的单元实际上仍是一个 自由度很大的系统，它具有远大于微观尺度的细观尺度。这以要求正是为了保证 使剖分后的单元性质尽量接近基元性质。尽管这样会增加计算量，但是问题的处 理变得简单， 而且随着计算机技术的高速发展， 计算机瓶颈的影响将会逐渐消除。 由于模型中的基元数量足够多，宏观的力学行为，本质上是介质大量基元力学行 为的集体效应。
（a）step42-01
（b）step52-02
（c）step70-06
图 3、RFPA 模拟单轴拉伸条件下的破坏过程、最大主应力场、声发射累计分布图
钻井工程井壁稳定新技术
钻井工程井壁稳定新技术井壁稳定问题包括钻井过程中的井壁坍塌或缩径（由于岩石的剪切破坏或塑性流动）和地层破裂或压裂（由于岩石的拉伸破裂）两种类型。
一、化学因素井壁稳定机理：1、温度和压力对泥岩水化膨胀性能的影响：膨润土水化膨胀速率和膨胀量随着温度的增高而明显的提高，尤其当温度超过120℃时，膨胀曲线形状有较大的变化，膨润土的膨胀程度随着压力的增高而明显下降。
2、泥页岩水化在10～24h范围内出现Na＋突然释放现象，阳离子释放总量及Na＋释放所占的比例越高，泥页岩越易分散，就越易引起井塌。
3、PH值水溶液中PH值低于9时，影响不大，PH值继续增加，泥岩岩水化膨胀加剧，促使泥页岩坍塌。
4、活度与半透膜对泥页岩水化的影响水基钻井液可通过加入无机盐降低活度来减缓泥岩水化膨胀；半透膜影响存有争议。
二、各种防塌处理剂稳定井壁机理1、K+防塌机理一是离子交换，另一是晶格固定，对不同类型的泥页岩，其作用方式不相同，随着PH值的增高，混入Ga2+、Na +等离子浓度的增加，会阻碍对泥页岩的固定作用。
钾离子主要对于蒙皂石等高活性粘土矿物起抑制作用。
2、硅酸盐类稳定剂（1）硅酸盐稳定粘土机理：1）主要机理：尺寸较宽的硅酸粒子通过吸附、扩散等途径结合到粘土晶层端部，堵塞粘土层片间的缝隙，抑制粘土的水化，从而稳定粘土，在某些极端的应用条件（如高温、长时间接触等）下，硅酸盐能与粘土进行化学反应长身无定形的、胶结力很大的物质，使粘土等矿物颗粒凝结层牢固的整体。
2）次要机理：负电性硅酸粒子结合到已经预水化的粘土颗粒端部，使其电动电位升高，粘度、切力和滤失量下降，有利于形成薄而韧的泥饼。
（2）硅粒子防塌机理有机硅在泥岩表面迅速展开，形成薄膜，在一定温度下，有机硅中的—Si—OH基和粘土表面的—Si—OH基缩合脱水形成—Si—O—Si—键，在粘土表面形成一种很强的化学吸附作用，同时有机硅中的有机基团有憎水作用，使粘土表面发生润湿反转，从而使泥岩水化得到控制。
岩石动态拉伸断裂特性的实验研究
第2期
喻 勇等 岩石动态拉伸断裂特性的实验研究
5
变片和半导体应变片。半导体应变片灵敏度高, 可测 到透射杆中的极微弱电信号, 且信号质量极好, 这是 普通电阻应变片所不及的。实验中弹性杆上传播的应 变信号由杆上的应变片测出, 应变信号经过超动态 应变仪放大后送入 TCL 六通道瞬态波形存贮仪, 可 以记录下各通道信号的时间历程, 信号可送入示波 器用于观察和送入计算机中进行分析处理。
3 结 论
(1) 本文采用的 SH TB 装置是进行岩石动态直接 拉伸断裂的理想设备, 这种装置可以获得加载率范围 为 103～ 104M Pa·m 1 2·s- 1的岩石断裂韧度值。
(2) 实验结果表明, 岩石的动态拉伸断裂韧度 及断裂能均高于其相应的静态值。
(3) 扫描电镜观察还发现, 岩石动静态断裂均 呈现出脆性破坏的特征, 而岩石的动态拉伸断口比 静态拉伸断口要复杂一些, 并且断裂能越大岩石断 口的镜下特征越复杂。
W L = W I- W R - W T
(6)
式中: W L 是试样消耗的能量; W I, W T , W R 分别为 入射波、透射波和反射波的能量。应力波能量的计算
公式为[6 ]
∫ W
=
AC E
Ρ2d t
(7)
式中 A , C , E , Ρ, t 分别为弹性杆的横截面积、波
速、弹性模量、应力及时间。 由于试样断裂后分成两
参考文献
图 3 大理岩断裂能与加载率的关系
大理岩单位面积断裂能与加载率的关系如图 3 所示。此处计算面积时是把岩石断口看成一个平面。 由图 3 可以看出, 动态断裂试样单位面积上的断裂
1 Co stin. Sta tic and D ynam ic F ractu re B ehavio r of O il Sha le, A STM ST P 745, 1981: 169～ 184
岩体力学第7讲 岩石强度理论
σ 1 = σ 3 tan 2 θ + σ c
2.8.1 库仑强度准则
σ 1
σ 1 = tan 2 θ + σ c
σ 1 − σ 3坐标系统中库仑准则的
完整强度曲线。 所示， 完整强度曲线。如图 7-6所示，极 限应力条件下剪切面上正应力 σ 和 表示为： 剪力τ 用主应力 表示为：
σ c
O
arc( tan2 θ)
L
σ 3
Φc
D
A
σ 1
O
σ 3
B
σ σ 1
图7-6
σ－ σ－τ坐标下库仑准则
2.8.1 库仑强度准则
若规定最大主应力方向与剪切面（指其法线方向） 若规定最大主应力方向与剪切面（指其法线方向）间的夹角为 θ （称为岩石破 断角），则由图7 可得： ），则由图 断角），则由图7-6可得：
2θ =
故：
π
由： 有： 或：
cos 2θ = − f
2σ = σ 1 1 − f
f 2 +1
f 2 + 1 + σ 3 1 + f f 2 + 1
2σ = σ 1
f 2 +1 − f
f 2 +1 +σ3
f 2 +1 + f
f 2 +1
由于 f 2 + 1 > 0 ，故若 σ > 0
2.8.1 库仑强度准则
岩石发生破裂（或处于极限平衡） 取值的下限确定： 岩石发生破裂（或处于极限平衡）时 σ 1 取值的下限确定： 考虑到剪切面（ 的条件， 值条件下， 考虑到剪切面（图 7-6 ）上的正应力 σ > 0 的条件，这样在 θ 值条件下，由方 34）式得： 程（7-34）式得：
岩石的破坏准则[详细]
![岩石的破坏准则[详细]](https://img.taocdn.com/s3/m/27d063e3f01dc281e53af0b9.png)
五、岩石的破坏准则对岩石试样的室内及现场试验,可获得岩石试样的强度指标,但对复杂应力状态下的天然岩体,又是如何判断其破坏呢？因此,就必须建立判断岩石破坏的准则(或称强度理论).岩石的应力、应变增长到一定程度,岩石将发生破坏.用来表征岩石破坏条件的函数称为岩石的破坏准则.岩石在外力作用下常常处于复杂的应力状态,许多试验指出,岩石的强度及其在荷载作用下的性状与岩石的应力状态有着很大的关系.在单向应力状态下表现出脆性的岩石,在三向应力状态下具有延性性质,同时它的强度极限也大大提高了.许多部门和学者从不同角度提出不同的破坏准则,目前岩石破坏准则主要有:最大正应力理论最大正应变理论最大剪应力理论(H.Tresca)八面体应力理论莫尔理论及库伦准则格里菲思理论(Griffith)伦特堡理论(Lundborg)经验破坏准则1、最大正应力理论这是较早的一种理论,该理论认为岩石的破坏只取决于绝对值最大的正应力.即岩石内的三个主应力中只要有一个达到单轴抗压或抗拉强度时,材料就破坏.适用条件: 单向应力状态.对复杂应力状态不适用.写成解析式:破坏2、最大正应变理论该理论认为岩石的破坏取决于最大正应变,即岩石内任一方向的正应变达到单向压缩或拉伸时的破坏数值时,岩石就发生破坏.则破坏准则为式中ε——岩石内发生的最大应变值;m axε——单向拉、压时极限应变值;u这一破坏准则的解析式为(由广义虎克定律)R —R t或R c推出:实验指出,该理论与脆性材料实验值大致符合,对塑性材料不适用.3、最大剪应力理论(H.Tresca)该理论认为岩石材料的破坏取决于最大剪应力,即当最大剪应力达到单向压缩或拉伸时的危险值时,材料达到破坏极限状态.其破坏准则为:在复杂应力状态下,最大剪应力231 max σστ-=单位拉伸或压缩时,最大剪应力的危险值则有 R ≥-31σσ或写成 {}{}{}0)][)][)][221222232231=------R R R σσσσσσ这个理论适用于塑性岩石,不适用于脆性岩石. 该理论未考虑中间主应力的影响.4、八面体剪应力理论(Von.米ises)该理论认为岩石达到危险状态取决于八面体剪应力.其破坏准则为已知单元体1σ,2σ,3σ ,作一等倾面(其法线夹角相同).为研究等倾面上的应力,取一由等倾面与三个主应力面围成的四面体来研究.N 与x 、y 、z 的夹角分别为γβα、、,且 γβα＝＝. 设:l =αcos ,m =βcos ,n =γcos设等倾面ABC 面积为S,则三个主应力面(1σ,2σ,3σ面)的面积分别为根据力的平衡条件∑=0X , ∑=0Y , ∑=0Z推出:⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅=⋅=⋅⋅=⋅=⋅⋅=⋅=∑∑∑γσβσασcos 0cos 0cos 0321S S p Z S S p Y S S p X z y x , 而 等倾面S 上合力:222z y x p p p p ++=所以另,等倾面S 上的法向应力为各分力p x 、p y 、p z 在N 上的投影之和,即S oct ττ≥,推出适用条件:塑性,5、莫尔理论及莫尔库伦准则该理论是目前应用最多的一种强度理论.该理论假设,岩石内某一点的破坏主要取决于它的大主应力和小主应力,即σ1和σ3,而与中间主应力无关.也就是说,当岩石中某一平面上的剪应力超过该面上的极限剪应力值时,岩石破坏.而这一极限剪应力值,又是作用在该面上法向压应力的函数,即)(στf = .这样,我们就可以根据不同的σ1、σ3绘制莫尔应力图. 每个莫尔圆都表示达到破坏极限时应力状态.一系列莫尔圆的包线即为强度曲线一方面与材料内的剪应力有关,同时也与正应力有关关于包络线:抛物线:软弱岩石双曲线或摆线:坚硬岩石直线:当σ＜10米Pa 时为简化计算,岩石力学中大多采用直线形式:c ——凝聚力(米Pa) ϕ——内摩擦角.该方程称为库伦定律,所以上述方法合称为:莫尔库伦准则. 当岩石中任一平面上f ττ≥ 时,即发生破坏.即: ϕσττtg c f ⋅+=≥下面介绍用主应力来表示莫尔库仑准则. 任一平面上的应力状态可按下式计算①②α(σ1)力圆,可建力之间关系1)c和ϕ值与σ1、σ3和α角关系在σ1~σ3的应力圆上,找出2α的应力点T(T米为半径为231σσ-) 则,与直径T米垂直且与圆相切的直线即为ϕστtgc⋅+=根据几何关系,902)2180(90-=--=ααϕ,得出代入ϕστtg c ⋅+=中,得到另由公式推导:将σ1、σ3表示的 σ 和 τ 代入ϕστtg c ⋅+=中,导出对α求导,01=ασd d 推出:245ϕα+= 破坏面与最大主应力面的夹角而与最大主应力方向的夹角2)．用主应力σ1、σ3表达的强度准则 将 σ 和 τ 的表达式代入 ϕστtg c ⋅+=中,ϕασσσσασσtg c ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+++=-2cos 222sin 2313131利用关系:ααϕ2sin )902cos(cos =-= ααϕ2cos )902sin(sin -=-= 化简得:当σ3=0时(单轴压缩):ϕϕσsin 1cos 21-==c R c ,令ϕϕϕsin 1sin 1-+=N ,则,σ1当σ1=0时(单轴抗拉该值为 )(στf =但与实测的R t 线段进行修正.岩石破坏的判断条件:ϕ>, 破坏sin极限ϕ<,稳定sin6、格里菲思(Griffith)理论以上各理论都是把材料看作为连续的均匀介质,格里菲思则认为:当岩石中存在许多细微裂隙,在力的作用下,在缝端产生应力集中,岩石的破坏往往从缝端开始,裂缝扩展,最后导致破坏.方向成β角.且形状接近于椭圆,的局部抗拉强度,的边壁就开始破裂.1).任一裂隙的应力.假定:①椭圆可作为半元限弹性介质中的单个孔洞处理, ②二维问题处理,取0=z σ椭圆参数方程:αcos a x =,αsin b y = 椭圆的轴比为:ab m =椭圆裂隙周壁上偏心角的α的任意点的切向应力 可用弹性力学中英格里斯(Inglis)公式表示:由于裂缝很窄,轴比很小,形状扁平,所以最大应力显然发生在靠近椭圆裂隙的端部,即α很小的部位,当0→α时,αα→sin ,1cos →α又由于米,α很小,略去高次项,则有米为定值,当1σ,2σ,3σ确定时,y σ、xy τ也为定值,则b σ仅随α而变.这是任一条裂隙沿其周边的切向应力.显然在椭圆周边上,随α不同b σ有不同的值,对α求导.2mτxy则,2)．岩块中的最大切向应力所在的裂隙上面导出了 某一条裂隙上的最大切向应力,但在多条裂隙中,哪一条裂隙的b σ 最大？y σ,xy τ与1σ,3σ的关系为:βσσσσσ2cos 223131--+=y , βσστ2sin 231--=xy代入 m ax ,b σ中,显然m ax ,b σ与β有关,对其求导,便可求得b σ为最大的那条裂隙,即确定出β角. 即取 0m ax ,=⋅βσd d m b则①02sin =β,有β＝0或 90代入m ax ,b σ中,β＝0时, mb 3max ,2σσ= 或 0 β＝ 90时,mb 1max ,2σσ=或0. 共四个可能极值,与σ1平行或垂直的裂隙.②将)(22cos 3131σσσσβ+-=代入 m ax ,b σ中,共有两个极值,即与σ1斜交裂隙中有两个方向裂隙的切向应力达极值.因为β＝0或 90时,12cos =β或－1.因此,与σ1斜交时,必须β≠0或 90, 即 12cos <β 时 才是与σ1斜交,则要求或 0331>+σσ此时,裂隙的最大拉应力为(*)如果0331<+σσ, 则1)(23131>+-σσσσ,则3σ必为负值(拉应力)此时由12cos ≥β推出12cos =β,即β为0或90°,表明裂隙与σ1平行或正交.因为03<σ,考查β＝0, 90的极值,则3max ,2σσ=b m (**) 为最大拉应力.式(*)(**)即为岩石中的m ax ,b m σ达到某一临界值时就会产生破坏. 为了 确定米值,做单轴抗拉试验,使σ3垂直裂隙面(椭圆长轴),则这时的t R -=3σ 推出 t b R m 2max ,-=σ 这说明裂隙边壁最大应力m ax ,b m σ与米乘积必须满足的关系.此时,格菲思强度理论的破坏准则为:I. 由(**)式,,t b R m 2max ,-=σ, 则 322σ=-t RII. 由(*)式,代入 t b R m 2max ,-=σ, 则有:等于0,处于极限状态; 大于0, 破坏; 小于0, 稳定.上面的准则是用σ1、σ3表示的,也可用y σ,xy τ表示 将t b R m 2max ,-=σ 代入 )(122max ,xy y y b mτσσσ+±=中, 222xyy y t R τσσ+±=- 推出:t y xy y R 222+=+±στσ,22224)2(t y t y xy y R R +=+=+σστσ 在0<σ时的包线更接近实际.7、修正的格里菲思理论格里菲思理论是以张开裂隙为前提的,如果压应力占优势时裂隙会发生闭合,压力会从裂隙一边壁传递到另一边,从而缝面间将产生摩擦,这种情况下,裂隙的发展就与张开裂隙的情况不同.麦克林托克(米eclintock)考虑了这一影响,对格里菲思理论进行了修正.麦克林托克认为,在压缩应力场中,当裂缝在压应力作用下闭合时,闭合后的裂缝在全长上均匀接触,并能传递正应力和剪应力.由于均匀闭合,正应力在裂纹端部不产生应力集中,只有剪应力才能引起缝端的应力集中.这样,可假定裂纹面在二向应力条件下,裂纹面呈纯剪破坏.其强度曲线如图.由图可知 OC ＝c τBD=)(2131σσ-(半径)OD=)(2131σσ+(圆心)EB=τ, OE=σ,ED=OD-OE=)(2131σσ+-σAB=EB ϕcos ⋅＝ϕτcos ⋅ϕsin ⋅=ED DA ＝ϕσϕσσsin sin )(2131⋅-+由 AB=BD-AD,可推出式中,摩擦系数ϕtg f =另外,推出tyt xy R R στ+=12取y σ为c σ,裂隙面上的压应力,则有②当c σ很小时,取c σ＝0时(勃雷斯Brace)＝t R 4当时c σ<0时(拉应力),上两式不适用.低应力时,格里菲思与修正的格里菲思理论较为接近,高应力时差别大(当σ3>0时).8、伦特堡(Lundborg)理论定限度,于晶体破坏,大抗剪强度.的破坏状态:σ,τ——研究点的正应力和剪应力(米Pa)τ——当没有正应力时(σ=0)岩石的抗切强度(米Pa)i τ——岩石晶体的极限抗切强度(米Pa)A ——系数,与岩石种类有关.当岩石内的剪应力τ和正应力σ达到上述关系时,岩石就发生破坏.式中的τ实际上是代表最大的剪应力,因而是强度.上式中的0τ,i τ,A 由试验确定,见P55表3-5.9、经验破坏准则现行的破坏理论并不能全面的解释岩石的破坏性态,只能对某一方面的岩石性态做出合理的解释,但对其它方面就解释不通.因此,许多研究者在探求经验准则,目前应用较多的经验破坏准则为霍克(Hoke)和布朗(Brown)经验破坏准则.①Hoke和Brown发现,大多数岩石材料(完整岩块)的三轴压缩试验破坏时的主应力之间可用下列方程式描述:R c—完整岩石单轴抗压强度(米Pa); 米—与岩石类型有关的系数米值是根据岩石的完整程度,结晶及胶结情况,通过大量试验结果及经验而确定的.岩石完整、结晶或胶结好,米值就越大,最大的为25.②对于岩体,Hoke和Brown建议:米和S——常数,取决于岩石的性质以及在承受破坏应力σ1和σ3以前岩石扰动或损伤的程度.完整岩块S=1,岩石极差时S=0.当取σ3=0时,可得到岩体的单轴抗压强度:由于s ＝0～1,则c cm R R ≤ 如果令σ1=0,则得到岩体的单轴抗拉强度.从R厘米和R t 米中可看出,当S=1时,R 厘米=R c 为完整岩块,当S=0时,R t 米=R 厘米=0为完全破损的岩石.因此,处于完整岩石和完全破损岩石之间的岩体,其S 值在1~0之间.。
直接拉伸下裂隙岩体裂纹扩展及力学特性研究
直接拉伸下裂隙岩体裂纹扩展及力学特性研究发布时间：2021-09-23T07:22:56.027Z 来源：《城镇建设》2021年13期（上）作者：王显军，皮崧柏[导读] 岩石的抗拉强度是建立岩石强度判据的重要参数，对岩土工程稳定性评价至关重要。
王显军，皮崧柏贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳 550081摘要岩石的抗拉强度是建立岩石强度判据的重要参数，对岩土工程稳定性评价至关重要。
基于颗粒流方法模拟岩石试样的直接拉伸试验，研究预制裂隙和岩桥倾角对裂纹扩展贯通模式及岩体力学特征的影响。
结果表明：直接拉伸作用下，岩体的破坏主要是次生翼裂纹的扩展贯通造成，裂纹的扩展方向几乎垂直于拉伸应力方向，且与预制裂隙倾角无关，预制裂隙和岩桥倾角的增加在一定程度上抑制次生翼裂纹扩展；拉伸作用下的全应力-应变曲线大致可分为线弹性拉伸阶段、裂纹不稳定扩展阶段和峰值及裂隙贯通阶段，峰值拉伸强度、初裂强度、拉伸模量和极限应变均随着裂隙倾角的增加而增加，岩桥倾角对于岩体拉伸力学特性也有一定程度影响。
关键词裂隙岩体颗粒流岩桥拉伸强度裂纹扩展中图分类号 P642.22；文献标志码 A1 引言在岩土工程中，尤其是水电工程、能源开采与储备以及核废料处置等前沿工程领域，由张拉应力引起岩体内部裂纹扩展贯通导致其发生宏观破坏的问题日益突出，如：大坝坝基的水平裂缝和洞室围岩的平行裂缝都是由张拉破坏导致的[1]。
岩石抗拉强度作为基本力学性质参数之一，是建立岩石强度判据重要参数，岩石的抗拉强度往往只有抗压强度1/10~1/30[2]，因此，工程岩体极易在张拉应力或拉剪应力状态下发生拉破坏。
目前，岩石抗拉强度测量的方法主要有两种，许多学者利用巴西劈裂试验对岩石抗拉强度理论进行了发展和完善[3-5]。
但是越来越多的研究指出，巴西劈裂试验加载时，一方面，岩石试件应力状态较复杂，并非处于单纯的拉应力状态下，其结果必然纯在一定误差[6]；另一方面，巴西劈裂试验无法获取拉应力作用下岩石试件的全应力-应变曲线，无法了解岩石极限拉应变和拉伸变形破坏特征[7]。
岩石的爆破破碎机理2008
岩石的爆破破碎机理2008-07-09 17:39一、岩石爆破破碎的主因破碎岩石的炸药能量以两种形式释放出来，一种是冲击波，一种是爆炸气体。
但是岩石破碎的主要原因究竟是冲击波作用的结果还是爆炸气体作用的结果，由于认识和掌握资料的不同，便出现了不同的结果。
1、冲击波拉伸破坏理论（该观点的代表人物日野熊、美国矿业局的戴维尔）当炸药在岩石中爆轰时，生成的高温、高压和高速的冲击波猛烈冲击周围的岩石，在岩石中引起强烈的应力波，它的强度大大超过了岩石的动抗压强度，因此引起周围岩石的过度破碎。
当压缩应力波通过粉碎圈以后，继续往外传播，但是它的强度已大大下降到不能直接引起岩石的破碎。
当它达到自由面时，压缩应力波从自由面反射成拉伸应力波，虽然此时波的强度已很低，但是岩石的抗拉强度大大低于抗压强度，所以仍足以将岩石拉断。
这种破裂方式亦称“片落”。
随着反射波往里传播，“片落”继续发生，一直将漏斗内的岩石完全拉裂为止。
因此岩石破碎的主要部分是入射波和反射波作用的结果，爆炸气体的作用只限于岩石的辅助破碎和破裂岩石的抛掷。
2、爆炸气体的膨胀压理论（该观点的代表人物村田勉等）从静力学的观点出发，认为药包爆炸后，产生大量高温、高压气体，这种气体膨胀时所产生的推力作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的径向位移，由于作用力不等引起的不同的径向位移，导致在岩石中形成剪切应力。
当这种剪切应力超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石的破裂。
当爆炸气体的膨胀推力足够大时，还会引起自由面附近的岩石隆起、鼓开并沿径向方向推出。
它在很大程度上忽视了冲击波的作用。
3、冲击波和爆炸气体综合作用理论（该观点的代表人物有C.W.利文斯顿、φ.A.鲍姆，伊藤一郎，P.A.帕尔逊、H.K.卡特尔，L.C.朗和N.T.哈根等）这种观点的学者认为：岩石的破碎是由冲击波和爆炸气体膨胀压力综合作用的结果。
即两种作用形式在爆破的不同阶段和针对不同岩石所起的作用不同，爆炸冲击波（应力波）使岩石产生裂隙，并将原始损伤裂隙进一步扩展；随后爆炸气体使这些裂隙贯通、扩大形成岩块，脱离母岩。
岩石爆破破岩机理
岩石爆破破岩机理论文导读：岩体在冲击荷载的作用下产生应力波或冲击波，它在岩体中传播，引起岩石变形乃至破坏。
炸药爆炸首先形成应力脉冲，使岩石表面产生变形和运动。
爆生气体膨胀力引起岩石质点的径向位移，由于药包距自由面的距离在各个方向上不一样，质点位移所受的阻力就不同，最小抵抗线方向阻力最小，岩石质点位移速度最高。
破碎的岩石又在爆生气体膨胀推动下沿径向抛出，形成一倒锥形的爆破漏斗坑。
岩体中爆炸应力波在自由面反射后形成反射拉伸波引起岩石破碎，岩石的破坏形式是拉应力大于岩石的抗拉强度而产生的，岩石是被拉断的。
同样，反射拉伸波也加强了径向裂隙的扩展。
关键词：爆炸，气体膨胀，应力波，爆破，自由面，径向裂隙岩体在冲击荷载的作用下产生应力波或冲击波，它在岩体中传播，引起岩石变形乃至破坏。
炸药爆炸首先形成应力脉冲，使岩石表面产生变形和运动。
由于爆轰压力瞬间高达数千乃至数万兆帕，从而在岩石表面形成冲击波，并在岩石中传播。
1、爆生气体膨胀作用炸药爆炸生成高温高压气体，膨胀做功引起岩石破坏。
爆生气体膨胀力引起岩石质点的径向位移，由于药包距自由面的距离在各个方向上不一样，质点位移所受的阻力就不同，最小抵抗线方向阻力最小，岩石质点位移速度最高。
正是由于相邻岩石质点移动速度不同，造成了岩石中的剪切应力，一旦剪切应力大于岩石的抗剪强度，岩石即发生剪切破坏。
破碎的岩石又在爆生气体膨胀推动下沿径向抛出，形成一倒锥形的爆破漏斗坑。
2、爆炸应力波反射拉伸作用岩体中爆炸应力波在自由面反射后形成反射拉伸波引起岩石破碎，岩石的破坏形式是拉应力大于岩石的抗拉强度而产生的，岩石是被拉断的。
岩石爆破破碎正是爆生气体和爆炸应力波综合作用的结果。
因为冲击波对岩石的破碎作用时间短，而爆生气体的作用时间长，爆生气体的膨胀促进了裂隙的发展；同样，反射拉伸波也加强了径向裂隙的扩展。
岩体内最初裂隙的形成是由冲击波或应力波造成的，随后爆生气体渗入裂隙并在准静态压力作用下，使应力波形成的裂隙进一步扩展。
岩石单轴压缩、拉伸、巴西劈裂数值实验模拟
形成新的刚度矩阵
计算基元节点力和位移
线弹性有限元求解器
将相变基元进 行弱化处理
是
根据相变准则判 断基元是否发生 相变
否 否
加载是否 结束 是
结束
图 1、RFPA 程序流程图
3.1.3 数值实验结果和分析 图 2 是单轴拉伸应力—位移及其声发射频数数值模拟曲线， 由图可知单轴拉 [2] 伸应力—位移整个过程曲线可以分为三个阶段 ：（Ⅰ）线性变形阶段；（Ⅱ） 非线性变形阶段；（Ⅲ）裂纹迅速发展、贯通，应力急剧弱化阶段。 如图 2 模拟曲线所示，当应力小于 5MPa 时，应力—位移曲线为直线，当随 着应力的不断增加，曲线逐渐偏离线性，应力达到峰值强度后，应力突变到强度 的 1/7 左右，又逐渐平缓到达残余应力，此数值模拟基本上和论文[1]一致，证明 数值模拟的合理性。由此发现，岩石在直接拉伸过程中也具有脆性破坏和残余强 度，这一点和硬岩（例如花岗岩）单轴条件下的力学特性很吻合。
实体建模和网格划分用统计分布函数赋予每个基元刚度相变等值施加荷载产生一个新的位移和载荷形成新的刚度矩阵计算基元节点力和位移根据相变准则判断基元是否发生相变开始结束加载是否结束线弹性有限元求解器将相变基元进行弱化处理cstep7006bstep5202astep4201图3rfpa模拟单轴拉伸条件下的破坏过程最大主应力场声发射累计分布图50100150200100200300400500声发图2单轴拉伸应力位移以及声发射个数位移曲线图4单轴拉伸条件下裂纹扩展是rfpa数值模拟得到的岩石单轴拉伸条件下的破裂过程最大主应力场声发射累计分布图
2.3 程序简介
整个工作流程见下图 1，对于每个给定的位移增量，首先进行应力计算，然 后根据相变准则来检查模型中是否有相变基元，如果没有，继续加载增加一个位 移分量，进行下一步应力计算。如果有相变基元，则根据基元的应力状态进行刚 度弱化处理，然后重新进行当前步的应力计算，直至没有新的相变基元出现。重 复上面的过程， 直至达到所施加的载荷、 变形或整个介质产生宏观破裂。 在 RFPA 系统执行过程中，对每一步应力、应变计算采用全量加载，计算步之间是相互独 立的。
冲击作用下岩石的破坏形态
冲击作用下岩石的破坏形态岩石是地球表面最常见的建筑材料，它们扮演着支撑山体以及抵御风化侵蚀的重要角色。
但当岩石受到强大的冲击作用时，它们可能会发生不同形式的破坏，这对地质灾害及人类工程造成了危害。
本文将介绍冲击作用下岩石的破坏形态。
1. 疲劳破坏冲击作用下，岩石会受到瞬间的大应力，长时间的应力作用可能使岩石表面及其内部出现微裂缝，如果长时间的应力作用持续，这些微裂缝可能会扩展至更深的岩石内部，最终导致疲劳破坏。
疲劳破坏的特点是破碎表面呈现波浪形或者熔融状，通常伴随着小型的裂缝以及细粒子的剥落。
2. 压缩破坏当岩石受到垂直冲击时，可能会产生压缩破坏。
岩石抗压强度通常比其抗拉强度弱，因此一般会出现压缩应力作用下的破坏。
压缩破坏常常表现为近似于球形的断口，出现在岩石中央，将岩石分裂成多个块状体。
3. 拉伸破坏当岩石受到拉伸冲击时，可能会出现拉伸破坏。
拉伸破坏通常会在岩石的表面或者内部形成细长的断裂带。
随着应力的增加，这些断裂带会扩展至整个岩石，并使岩石产生完全破裂。
4. 剪切破坏当岩石受到剪切冲击时，可能会出现剪切破坏形态。
剪切破坏的特点是断口呈现倾斜的、不平行的形态，伴随着摩擦带在岩石上形成。
如果岩石受到的冲击能量很大，常常会导致剪力极大，使得岩石发生连续弯曲和断裂。
5. 爆炸破坏冲击作用除了通过应力作用对岩石造成破坏外，还能引起其他的破坏形态。
如在爆破作业中，炸药的巨大能量可以产生激烈的爆炸波，岩石受到爆炸波的作用后，爆炸波穿透岩石，产生爆炸破坏，形成裂缝、碎石和碎粉等。
总之，冲击作用对岩石产生的破坏形态会因受到的冲击能量、岩石材料的性质、结构、湿度、温度等因素而不同。
掌握冲击破坏岩石的形态及其演化趋势，对于研究岩石动力学方面具有重要意义，对于减轻地质灾害、改善人类建筑物的抗震性有重要作用。
岩石抗拉强度与抗压强度的关系(一)
岩石抗拉强度与抗压强度的关系(一)
岩石抗拉强度与抗压强度的关系
引言
•岩石的力学性质是研究岩石工程性质的重要基础。
•岩石的抗拉强度和抗压强度是两个表示岩石强度的关键指标。
•本文将探讨岩石抗拉强度与抗压强度之间的关系。
岩石抗拉强度
•岩石抗拉强度是指岩石在受拉作用下的最大抵抗能力。
•抗拉强度通常用抗拉强度标准值表示，单位为MPa（兆帕）。
•岩石的抗拉强度与其内部结构、成分以及力学性质有关。
岩石抗压强度
•岩石抗压强度是指岩石在受压作用下的最大抵抗能力。
•抗压强度通常用抗压强度标准值表示，单位为MPa。
•岩石的抗压强度与其孔隙度、密度以及构造性质有关。
抗拉强度与抗压强度的关系
•抗拉强度和抗压强度之间存在一定的关系，两者通常并不相等。
•一般情况下，岩石的抗压强度会大于其抗拉强度。
•这是由于岩石在受拉作用下更易产生裂纹和断裂而导致抗拉强度降低。
解释说明
•岩石在抗拉过程中，由于拉伸应力的作用，易引发裂纹和断裂。
•而在抗压过程中，由于外部应力作用于岩石表面，岩石更容易承受压缩应力。
•因此，岩石抗压强度通常比抗拉强度要高。
结论
•岩石的抗拉强度与抗压强度是岩石力学性质中的重要指标。
•抗拉强度和抗压强度之间存在一定的关系，但一般情况下不相等。
•抗压强度通常大于抗拉强度，这是由于岩石在拉伸过程中更容易产生裂纹和断裂的原因。
以上是岩石抗拉强度与抗压强度关系的简要概述，通过对这一关
系的理解，可以更好地研究和应用岩石的力学性质。
岩石三轴破坏形式
岩石三轴破坏形式
岩石的三轴破坏形式主要分为两种：剪切破坏和拉伸破坏。
当轴向应力超过损伤应力后，岩石内部裂纹加速扩展。
高围压对裂纹扩展和贯通产生较大的约束作用，此时岩石的破坏形式主要是剪切破坏。
在剪切破坏过程中，岩石沿着某一斜面滑动破坏，岩石破裂面应力大于其极限剪切应力。
此外，剪切破坏后曲线出现突变，这是脆性破坏的特征，常见于R和BR试件中。
而当围压和VF较大时，轴向变形的大小决定了BR试件的破坏形式。
当轴向变形较小时，趋向于出现脆性破坏；当轴向变形较大时，趋向于出现多峰和延性破坏。
这种破坏形式称为拉伸破坏。
岩石形成复杂裂缝的条件
岩石形成复杂裂缝的条件
《岩石形成复杂裂缝的条件》
嘿，岩石形成复杂裂缝这事儿可有趣呢，就像是岩石在经历一场特殊的“整容手术”，不过这手术是大自然这个神奇的“医生”操刀的。
我有次去山里探险，那可真是让我见识到了岩石裂缝的奇妙。
咱们先说说温度变化这个条件。
白天的时候，太阳像个大火炉烤着岩石，岩石就像被放在热锅上的煎饼，热得发烫。
这时候岩石会膨胀，就像人热了会出汗一样，它也想给自己腾出点空间呢。
到了晚上，温度一下子降下来，冷得像冰窖，岩石就开始收缩，就像热胀冷缩的气球。
这样反复折腾，岩石内部就像有了小矛盾，时间一长，就出现裂缝啦。
我看到有的岩石上，那些裂缝就像蜘蛛网一样，密密麻麻的，这就是温度变化搞的鬼。
还有地壳运动呢。
地壳就像个调皮的小孩，老是不安分。
板块之间相互挤压或者拉伸，岩石就遭殃啦。
想象一下，岩石就像夹心饼干里的奶油，被两边的饼干（板块）使劲挤，那压力大得很。
这种巨大的力量会让岩石变形，最后“咔嚓”一声，裂缝就出现了。
而且这种裂缝可不是简单的小缝，可
能是又长又深的大裂缝，就像大地被撕开了一道口子。
另外，水的作用也不能小瞧。
雨水渗进岩石的小孔隙里，要是温度再低一点，水结冰了，体积就会变大。
这就像在岩石的小孔隙里塞了个不断膨胀的小炸弹，“砰”的一下，把孔隙撑大，裂缝也就越来越多、越来越复杂啦。
我在山里看到一些潮湿的岩石，上面的裂缝里还有小冰晶呢，这些小冰晶就是破坏岩石的“小坏蛋”。
岩石形成复杂裂缝就是这些条件一起捣乱的结果，大自然的力量真是神奇又可怕啊！。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
岩石的拉伸破裂
岩石的抗拉强度是指试件在单轴拉伸条件下达到破坏时的极限应力。
可采用直接或间接方法来测定岩石的抗拉强度。
直接法在原理上类似于金届的拉仲破坏实验，但最大的困难是如何使岩石试件夹紧在拉力机中，同时又要使载荷平行于试件的轴线，使岩石试件处于均匀分布的拉应力状态之中，而不使试件产生弯曲或扭转。
一般利用ABC电子水泥及环氧树脂等胶结物将岩石试件的端部与夹具胶结在一起，通过钢丝绳沿轴线方向对试件施加拉力。
拉伸试件形状如图1—6(a)所示。
若试件破坏时的拉力为久，试件的抗拉强度。
间接法一般采用劈裂法，又称巴西实验法(Drazilian健欢)。
将岩石试件切割成圆柱体，
沿圆柱体直径方向均匀施加载荷，即将试件横置于压力机压头上，在试件上下承压板上各放置一条钢条，然后施加压力至试件沿直径方向劈裂为止。
岩石抗拉强度远远低于抗压强度，一般前者为后者的1／10一1／20，甚至为1／50。
其抗拉强度低的原因主要是受岩石内部结构的影响，一般情况由于岩石内部微裂隙、孔隙较为发育，这种缺陷对抗拉强度降低IC现货尤为敏感，在拉应力作用下具有削弱岩石强度的效应。
岩石的抗拉强度还受到岩石本身内部组分的影响，例如矿物成分、颗粒问胶结物的强度都影响岩石的抗拉强度。
在钻井过程中由于钻井液密度或井内流体循环波动压力过大所造成地层破裂、井壁有效的周向应力超过了地层的拉伸强度所致，所以掌握岩石的抗拉强度对于分析井壁破裂也是很重要的。
实验表明：岩石在一定围压下，随着温度的升高，无论是拉伸或压缩，其屈服应力与强度均要降低，加速了由脆性向延性转化。
其影响程度随着岩石种类及受力状态的不同而各异。
因此一定围压下温度是由脆性转化为延性的主要因素。
温度升高产生延性的原因是由于岩石内部分子的热运动增强，因此，削弱了它们之间的内聚力，使品粒面容易产生滑移的缘故，温度变化时拉伸及压缩的应力一应变TDK电感曲线。
这些结果不仅说明了温度对强度、屈服应力及脆性转化为延性的影响，而且还说明了不同类型的岩石其影响程度不同。
例如，在围压3xlo’MPa下，对压缩而言，索伦泻芬石灰岩在枷℃左右即出现延性，其强度为(4—5)xlo’MPa左右；而白云岩却需要达到800℃才出现延性，强度为5．5xlo’MPa左右。
对拉伸而言，索伦霍芬石灰岩500℃出现延性，强度为(2—8)xlo’MPa左右，白云岩在同样温度下仍处于脆性状态，强度为4．8x10’MPa左右。
即使同一种岩石，在同一围压下拉伸时脆性转化到延性所需温度远远缩时，且压缩的强度远远大于拉伸。
摩尔一库仑准则提供了判别岩石剪切破坏的条件。
如果我们把已求得井壁上的应力状态代人到此准则中，便可知道井壁是否产生坍塌掉块。
只要应力落在包络线的下方，井壁便是稳定的，否则为不稳定。
根据准则的定义可知，只要我们所求得的应力状态点位于德一普圆锥面之内，则岩石会产生破坏；若应力点落在圆锥面之IC现货商外时，则岩石必定破坏。
由此可用来判断井壁岩石是否处力学稳定状态。
孔隙压力不影响剪应力r，而最大和最小的正应力和出增大孔压而减小了相同数值，这意味着应力摩尔回的半径不变，但其圆心却向左移动(有人称此为应力云的漂移)其移动量等于。
Ap(Ap为孔压增量)，使莫尔圆靠近强度包络线，若孔压增量足够大，则摩尔因便会与包线相切，于是岩石产生了破坏。
hymsm%ddz。