花岗岩的物理力学性质与微观破坏特性
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反复加载情况下花岗岩的变形特征:
对花岗岩进行等载荷循环加、卸载时,如 果卸载点P超过屈服点,则卸载曲线不与加 载曲线重合,形成塑形滞回环。
对花岗岩进行不断增大载荷循环加、卸载,
且每次施加的最大载荷与第一次施加的最 大载荷一样,则每次加、卸载曲线都形成 一个塑形滞回环。这些滞回环随着加、卸 载的次数增加而愈来愈狭窄,并且彼此愈 来愈近,岩石愈来愈接近弹性变形,一直 到某次循环没有塑形变形为止。
1、容重:岩石单位体积(包括岩石内空隙体 积)的重量成为岩石的容重。
2、比重:岩石的比重是岩石固体部分的重量 和4摄氏度时同体积纯水重量的比值。
3、孔隙率:描述岩石裂隙和空隙发育程度, 岩石空隙体积与岩石体积之间的比值。
4、吸水性:岩石在一定条件下吸收水分的性 能。
5、透水性:岩石能被水透过的性能。 6、软化性:岩石浸水后强度降低的性能。 7、抗冻性:岩石抵抗冻融破坏的性能。
花岗岩的上述性质直接影响着其力学性质、 对于其存在的微观结构也起着一定的解释 作用。所以要研究花岗岩的力学性质、微 观结构性质就不得不对其基本物理性质有 一定研究。
花岗岩的力学性能:
岩石力学性质(mechanical properties of rocks)是指岩石在应力作用下表现的弹 性、塑性、弹塑性、流变性、脆性、韧性 等力学性质。不同性质岩石的应力应变关 系、变形条件或破裂条件等都不同。
抗拉强度:岩石在单轴拉伸载荷作用下 达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩 石的单轴抗拉强度。
2、花岗岩的变形特征:
岩石在载荷作用下,首先发生的物理 现象是变形,随着载荷的不断增加,岩石 的变形会逐渐增大,最终会导致岩石破坏, 现简述花岗岩变形基本规律:
在单轴压缩条件下花岗岩的变形特征是:
在压力较低时,应力-应变曲线略向上弯曲。 当应力增加到一定数值后,应力-应变曲线 逐渐变成直线,直至发生破坏——塑-弹性 体。
水对花岗岩力学性质的影响。主要表现在连接作用、润滑 作用、水楔作用、孔隙压力作用、溶蚀及潜蚀作用;
温度对花岗岩力学性质的影响。随着温度的增高,岩石的 延性加大,屈服点降低,强度也降低;
加荷速度对花岗岩力学性质的影响。随着加荷速度的降低, 岩石的延性加大,屈服点降低,强度也降低;
围压对花岗岩力学性质的影响。随着温度的增高,岩石的 延性加大,屈服点降低,强度也降低;
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发生岩爆时花岗岩的微观结构
实验前样品微观结构
ห้องสมุดไป่ตู้
试验后样品微观结构
通过上面对中粒碎屑的SEM照片观察,试 件经历岩爆试验破坏后,其矿物晶体内裂 纹增加,不同矿物晶体间胶结物开裂或相 对滑移,SEM图像上可见层裂纹。
根据典型裂纹的开裂特征,可以分析引起 裂纹开裂的力学模型。图 (b)是非常典型的 剪切型撕开裂纹,II和III型的剪切复合形式, 表面的解理台阶是张开型的裂纹断口,在 该断面形后沿原来的裂隙填充带由于滑移 及撕开共同作用,产生了图示的裂纹形态。 看到的断裂表面的解理面I 型张裂纹形成的。
一:花岗岩的定义 二:花岗岩的物理力学特性
1.物理特性 2.力学特性 三:花岗岩的微观破坏特性 1.不同温度下花岗岩破坏时的微观结
构 2.发生炎爆时花岗岩的微观结构
1、花岗岩的分类: 细粒花岗岩 中粒花岗岩 粗粒花岗岩
2、花岗岩的外表特征: 3、花岗岩的组成、化学成分、性质
花岗岩的物理性能:由岩石固有的物质组 成和结构特征所决定的岩石基本属性。
三轴压缩条件下的岩石变形特征:
不同围压下的花岗岩的应力-应变曲线
随着围压的增大,花岗 岩的抗压强度显著增加; 随着围压的增大,花岗 岩的变形显著增加; 随着围压的增大,花岗 岩的弹性极限显著增大;
影响花岗岩力学特性的因素:
影响花岗岩力学性质的因素很多,如水、温度、风化程度、 加荷速度、围压的大小、各向异性等等,对岩石的力学性 质都有影响。现分述如下:
1、花岗岩的强度特性:
花岗岩在外载荷作用下达到破坏时所能承 受的最大应力。
一般用单轴抗压强度、三轴抗压强度、抗拉 强度来描述花岗岩的强度
单轴抗压强度:岩石在单轴压缩载荷作用下 达到破坏前所能承受的最大压应力成为岩 石的单轴抗压强度。,此时岩石可能会发 生4种破坏形式:
四种形式分别为:
1.X状共轭斜面剪切破坏,是最常见的破坏形 式。
常温下花岗岩破坏时的微观结构
由上述图对比可得出:
由于岩石是一种复杂的天然材料,由多种矿物 所组成,这些成分基本上由不同尺寸的晶体颗粒 构成,在力学、热学性质等方面,各种矿物一般 都表现为各向异性。另一方面,岩石材料的抗拉、 抗剪和抗压强度之间亦存在很大差别。因此对岩 样的加热往往会在其内部产生一个三维拉应力状 态,加热产生的拉应力极易在岩石内部形成沿晶 和穿晶断裂,由本次扫描电镜的实验观察结果可 知,当热处理温度低于 200℃时,沿晶断裂是主 要的热开裂形式,随着热处理温度的继续升高, 穿晶裂纹明显增多,此外,微空洞和较大的沿晶 裂纹可能会成为热开裂新的损伤源。
风化对花岗岩力学性质的影响。产生新的裂隙、矿物成分 发生变化、结构和构造发生变化。
不同温度下花岗岩破坏时的微观结构 花岗岩属于典型的脆性岩石在常温、低
温下显示典型的脆性破坏,当温度超过800℃ 时,破坏类型开始由脆性向塑性转变,在200 余幅不同放大倍数下的断口显微照片中,选 取了下面给出一些具有代表性的照片。
2.单斜面剪切破坏,这种破坏也是剪切破坏。 3.塑性流动变形,线应变≥10%。 4.拉伸破坏,在轴向压应力作用下,在横向将
产生拉应力。这是泊松效应的结果。这种 类型的破坏就是横向拉应力超过岩石抗拉 极限所引起的。
在单轴压缩下花岗岩的抗压强度约为 120-250MPa。
三轴抗压强度:岩石在三向压缩载荷作 用下,达到破坏时所能承受的最大压应力 称为岩石的三轴抗压强度。