岩石的物理力学性质下岩石力学.pptx
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1、会计学1岩石的物理力学性质下岩石力学岩石的物理力学性质下岩石力学Mar,20072第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 在在OA区段内,曲线稍微向上弯曲,属于区段内,曲线稍微向上弯曲,属于压密阶段,这期间岩石中初始的微裂隙受压密阶段,这期间岩石中初始的微裂隙受压闭合;压闭合;在在AB区段内,接近于直线,近似于线弹区段内,接近于直线,近似于线弹性工作阶段;性工作阶段;BC区段内,曲线向下弯曲,属于非弹性区段内,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,生成新的微裂隙以及裂隙的不稳定,B点点是岩石
2、从弹性转变为非弹性的转折点;是岩石从弹性转变为非弹性的转折点;下降段下降段CD,为破坏阶段,为破坏阶段,C点的纵坐标点的纵坐标就是单轴抗压强度,就是单轴抗压强度,D D点为残余强度(靠碎点为残余强度(靠碎块间的摩擦力承载)。块间的摩擦力承载)。刚性压力机单调加载1 1.岩岩岩岩石石石石在在在在单单单单轴轴轴轴压压压压缩缩缩缩状状状状态态态态下下下下的的的的应应应应力力力力应应应应变变变变曲曲曲曲线线线线第1页/共46页Mar,20073Faculty of Civil Engineering,Chongqing University第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 低碳钢拉
3、伸应力低碳钢拉伸应力应变曲线应变曲线 颈颈缩缩 屈屈服服 强强化化 弹弹性性 混凝土棱柱体受压 第2页/共46页Mar,20074第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 线弹性完全弹性弹塑性岩石的应力应变关系是曲线,存在一一对应关系。卸载曲线不走加载曲线的路线,应变也不恢复到原点。塑性变形(残余变形或永久变形):不可塑性变形(残余变形或永久变形):不可恢复的变形恢复的变形弹性变形:能恢复的变形滞回效应(hysteresis)与时间无关 只从变形能否恢复的角度第3页/共46页Mar,20075第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 弹性模量弹性模量(modulus o
4、f elasticity):加载曲线直线段的斜率,加载曲线直线段大: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。致与卸载曲线的割线相平行。变形模量变形模量(modulus of deformation):取决于总的变形量,即弹性变形与塑性: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。的斜率。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。第4页/共46页Mar,20076第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 弹性模量
5、弹性模量泊松比泊松比(poissonratio)剪切模量剪切模量拉梅常数拉梅常数体积模量体积模量岩石变形性质的室内测定岩岩岩岩石石石石变变变变形形形形指指指指标标标标第5页/共46页Mar,20077第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 常常常常见见见见岩岩岩岩石石石石的的的的变变变变形形形形模模模模量量量量和和和和泊泊泊泊松松松松比比比比 第6页/共46页Mar,20078第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 Instron Corporation 英斯特朗公司第7页/共46页Mar,20079第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 压力机加压(
6、贮存弹性应变能)岩石试件达峰点强度(释放应变能)导致试件崩溃。AAO2O1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)。峰值强度 柔性压力机 刚性压力机 岩石试件 刚刚刚刚性性性性试试试试验验验验机机机机工工工工作作作作简简简简介介介介第8页/共46页Mar,200710第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 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。加卸载循环次数足够多时,卸载曲线与其
7、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。2 2.反反反反复复复复加加加加载载载载与与与与卸卸卸卸载载载载条条条条件件件件下下下下岩岩岩岩石石石石的的的的变变变变形形形形特特特特性性性性 第9页/共46页Mar,200711第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 随随着着循循环环次次数数的的增增加加,塑塑性性滞滞回回环环的的面面积积也也有有所所扩扩大大,卸卸载载曲曲线线的的斜斜率率也也逐逐次次略略有有增加(增加(强化强化)。)。每每次次卸卸载载后后再再加加载载,在在荷荷载载超超过过上上一一次次循循环环的的最最大大荷荷载载以以后后,变变形形曲曲线线
8、仍仍沿沿着着原原来来的的单单调调加加载载曲曲线线上上升升,好好像像不不曾曾受受到到反反复复加加卸卸荷荷载载的的影影响响似似的的,这这就就是是所所谓谓的的岩岩石石具有具有记忆效应记忆效应。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 第10页/共46页Mar,200712第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 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(0.40.5)疲劳强度 第11页/共46页Mar,200713第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 围压(围压()对岩石变形的影响)
9、对岩石变形的影响随着围压的增大,岩石的随着围压的增大,岩石的抗压强度抗压强度显显著增加;著增加;随着围压的增大,岩石的随着围压的增大,岩石的变形变形显著增显著增大;大;随着围压的增大,岩石的随着围压的增大,岩石的弹性极限弹性极限显显著增大;著增大;随着围压的增大,岩石的应力随着围压的增大,岩石的应力-应变曲应变曲线形态发生明显改变,岩石的线形态发生明显改变,岩石的性质性质发发生了变化:由弹脆性生了变化:由弹脆性弹塑性弹塑性应变应变硬化。硬化。花岗岩应力应变曲线3 3.三三三三轴轴轴轴压压压压缩缩缩缩状状状状态态态态下下下下岩岩岩岩石石石石的的的的变变变变形形形形特特特特征征征征第12页/共46
10、页Mar,200714Faculty of Civil Engineering,Chongqing University第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 混凝土圆柱体三向受压试验时,轴向应力应变曲线 粘土质石英岩在不同侧限压力下的轴向 应力应变曲线以及径向应变轴向应变曲线 第13页/共46页Mar,200715第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 4 4.真真真真三三三三轴轴轴轴压压压压缩缩缩缩试试试试验验验验的的的的应应应应力力力力应应应应变变变变曲曲曲曲线线线线第14页/共46页Mar,200716第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 轴
11、向应力体积应变曲线 开始压缩的时候,整体体积减小,孔隙压密,纵向变形来不及转变成横向开始压缩的时候,整体体积减小,孔隙压密,纵向变形来不及转变成横向应变应变 ,直到,直到应力大约达到强度的应力大约达到强度的半时,半时,二者相等,体积保持二者相等,体积保持不变,此后,岩石破坏,出现更多裂隙,交叉且相互联合形成宏观断裂面,不变,此后,岩石破坏,出现更多裂隙,交叉且相互联合形成宏观断裂面,岩石的变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移,体积增大(岩石的变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移,体积增大(扩容扩容dilatancydilatancy)。轴向应力应变曲线岩岩岩岩石石石石的的的的扩扩扩扩容容容容第
12、15页/共46页Mar,200717第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 第16页/共46页Mar,200718第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的现象岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的现象称为岩石的称为岩石的各向异性各向异性。=5 5 5 5.岩岩岩岩石石石石的的的的各各各各向向向向异异异异性性性性 第17页/共46页Mar,200719第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 在物体内的任一点沿任何两个不同方向的弹性性质都互不相同,任何在物体内的任一点沿任何两个不同方向的
13、弹性性质都互不相同,任何一个应力分量都会引起六个应变分量。三向应力状态下,弹性矩阵为一个应力分量都会引起六个应变分量。三向应力状态下,弹性矩阵为对称矩阵,对称矩阵,3636个弹性常数只有个弹性常数只有2121个是独立的。个是独立的。极极极极端端端端各各各各向向向向异异异异性性性性体体体体的的的的应应应应力力力力应应应应变变变变关关关关系系系系第18页/共46页Mar,200720第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 在弹性体中存在着三个互相正交的弹性对称面,在各个面两边的对称在弹性体中存在着三个互相正交的弹性对称面,在各个面两边的对称方向上,弹性相同,但在这个弹性主向上弹性并不
14、相同,这种物体称方向上,弹性相同,但在这个弹性主向上弹性并不相同,这种物体称为正交各向异性体。为正交各向异性体。由于对称的关系,正应力分量只能引起线应变,不会引起剪应变;剪由于对称的关系,正应力分量只能引起线应变,不会引起剪应变;剪应力分量只能引起与其相应的剪应变,不会引起线应变。应力分量只能引起与其相应的剪应变,不会引起线应变。正交各向异性体只有正交各向异性体只有9 9个独立的弹性常数。个独立的弹性常数。正正正正交交交交各各各各向向向向异异异异性性性性体体体体的的的的应应应应力力力力应应应应变变变变关关关关系系系系第19页/共46页Mar,200721第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的
15、物理力学性质 分别为各向同性面(横分别为各向同性面(横向)内岩石的弹性模量向)内岩石的弹性模量和泊松比和泊松比分别为垂直于各向同性分别为垂直于各向同性面(纵向)方向的弹性面(纵向)方向的弹性模量和泊松比模量和泊松比在岩石某一平面内的各方向弹性性质相同,这个面称为各向同性面,而垂直此面方向的力学性质是不同的,具有这种性质的物体称为横观各向同性体(Z 方向和X 方向的弹性性质相同)。横观各向同性体只有5个独立的常数,即 横横横横观观观观各各各各向向向向同同同同性性性性体体体体第20页/共46页Mar,200722第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 若物体内的任一点沿任何方向的弹性
16、都相同,则这样的物体称为各向若物体内的任一点沿任何方向的弹性都相同,则这样的物体称为各向同性体。各向同性体的弹性参数中只有同性体。各向同性体的弹性参数中只有2 2个是独立的,即弹性模量个是独立的,即弹性模量 和泊松比和泊松比 。各各各各向向向向同同同同性性性性体体体体 第21页/共46页Mar,200723第第2 2章章 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 岩石在力的作用下发生与时间相关的变形的性质,称为岩石的岩石在力的作用下发生与时间相关的变形的性质,称为岩石的流变性流变性(粘性粘性)。)。蠕变蠕变是指在应力为恒定的情况下岩石变形随时间发展的现象。是指在应力为恒定的情况下岩石变形随时间发展
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