岩石的力学性质-变形性质.ppt
《岩石的力学性质-变形性质.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《岩石的力学性质-变形性质.ppt(31页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、岩石的力学性质岩石的力学性质 强度特性强度特性强度特性强度特性:岩石抵抗外力作用的能力,岩石破坏时能够:岩石抵抗外力作用的能力,岩石破坏时能够:岩石抵抗外力作用的能力,岩石破坏时能够:岩石抵抗外力作用的能力,岩石破坏时能够 承受的最大应力。承受的最大应力。承受的最大应力。承受的最大应力。许用应力许用应力许用应力许用应力 变形性质变形性质变形性质变形性质:岩石在外力作用下发生形态(形状、体积):岩石在外力作用下发生形态(形状、体积):岩石在外力作用下发生形态(形状、体积):岩石在外力作用下发生形态(形状、体积)变化。变化。变化。变化。许用应变许用应变许用应变许用应变 力力力力学学学学性性性性质质
2、质质变变变变形形形形性性性性质质质质a.a.单向压缩变形单向压缩变形b.b.反复加载变形反复加载变形c.c.三轴压缩变形三轴压缩变形强强度度特特性性单向抗压强度单向抗压强度单向抗拉强度单向抗拉强度剪切强度剪切强度三轴压缩三轴压缩1.1.岩石的单轴抗压强度定义定义:岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度 式中:P无侧限的条件下的轴向破坏荷载 A试件截面积c=P/APPA A2.岩石的抗拉强度定义:岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破 坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的 单轴抗拉强度(Ten
3、sile strength)。直接试验直接试验间接试验间接试验试验方法试验方法间接试验间接试验直接试验直接试验3.岩石的抗剪强度定义定义定义定义:岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的 最大剪应力称为岩石的抗剪切强度(最大剪应力称为岩石的抗剪切强度(Shear Shear strengthstrength)。所能抵抗的最大剪应力常用)。所能抵抗的最大剪应力常用 表示表示 非限制性剪切强度试验非限制性剪切强度试验限制性剪切强度试验限制性剪切强度试验试验方法试验方法非限制性非限制性限制性限制性l l定义定义定义定义:岩石在三向压缩荷载作用下,达到破坏时所能
4、承受:岩石在三向压缩荷载作用下,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的最大压应力称为岩石的三轴抗压强度a.a.a.a.真三轴加载真三轴加载真三轴加载真三轴加载:六个面均受到加压铁板所引起的摩擦力,六个面均受到加压铁板所引起的摩擦力,对试验结果影响很大,因而实用意义不大对试验结果影响很大,因而实用意义不大 故极少有人做这样的三轴试验。故极少有人做这样的三轴试验。应力状态:应力状态:1 12 2 3 3b.b.b.b.假三轴试验假三轴试验假三轴试验假三轴试验:轴向压力的加载方式与单轴压缩时相同。轴向压力的加载方式与单轴压缩时相同。但由于有了侧向压力,其加载上时的端但由于有了侧向压
5、力,其加载上时的端 部效应比单轴加载时要轻微得多。部效应比单轴加载时要轻微得多。应力状态:应力状态:1 12 2=3 34.4.三轴抗压强度三轴抗压强度 真三轴真三轴假三轴假三轴假三轴假三轴2.3.2 2.3.2 岩石的变形性质岩石的变形性质 岩石在载荷作用下首先发生的现象是变形,随随着载荷的不断增加,或在恒定的载荷作用下,随着时间的着载荷的不断增加,或在恒定的载荷作用下,随着时间的增长,岩石的变形逐渐增加,最终导致岩石的破坏。增长,岩石的变形逐渐增加,最终导致岩石的破坏。岩石的变形性质对岩石工程有重要影响。岩石的单向、二向、三向变形特征不同,但研究最充分的是岩石的单向变形,岩石的变形(用应变
6、表示)与载荷(用应力表示)有关,但有时还与时间有关。当岩石的变形不仅取决于应力还取决于时间时,需要考虑岩石的流变特性。岩石的变形有岩石的变形有岩石的变形有岩石的变形有弹性变形弹性变形、塑性变形塑性变形和和粘性变形粘性变形三种三种三种三种.弹性:弹性:物体在受外力作用的物体在受外力作用的瞬间瞬间即产生全部变形,而去除即产生全部变形,而去除 外力后又能外力后又能 立即恢复立即恢复其原有形状和尺寸的性质。其原有形状和尺寸的性质。塑性:塑性:物体受力后变形,在外力去除后变形物体受力后变形,在外力去除后变形不能完全恢复不能完全恢复.粘性:粘性:物体受力后变形物体受力后变形不能在瞬时完成不能在瞬时完成,且
7、应变速率随应力,且应变速率随应力 增加而增加的性质增加而增加的性质弹性塑性粘性2.3.2 2.3.2 岩石的变形性质岩石的变形性质l l1 1)弹性)弹性(elasticity)(elasticity):l l线弹性体线弹性体,其应力应变呈直线关系,其应力应变呈直线关系=E=El l非线性弹性体,非线性弹性体,其应力其应力应变呈非直线的关系应变呈非直线的关系 =f()2 2)塑性()塑性(plasticityplasticity):l l不能恢复的那部分变形称为不能恢复的那部分变形称为塑性变形塑性变形,或称,或称永久永久变形,残余变形变形,残余变形。l l在外力作用下只发生塑性变形的物体,称为
8、在外力作用下只发生塑性变形的物体,称为理想理想塑性体。塑性体。l l理想塑性体理想塑性体:当应力低于当应力低于屈服极限时,材料没有变形,屈服极限时,材料没有变形,应力达到后,变形不断增大应力达到后,变形不断增大而应力不变,应力应变曲而应力不变,应力应变曲线呈水平直线线呈水平直线.当当 o 时,时,=0当当 o 时,时,塑性3 3)粘性)粘性(viscosity):(viscosity):物体受力后变形不能在瞬时完成,且应变速率随应力增加而增加的性质,称为粘性。l l应变速率与时间有关,粘粘性与时间有关l l其应力应变速率关系为过坐标原点的直线的物质称为理想粘性体(如牛顿流体),如图所示。l l
9、应力应变速率关系:应力应变速率关系:=d/dt1.1.单轴压缩下岩石的变形特征单轴压缩下岩石的变形特征应力应力-应变全过程曲线:应变全过程曲线:1)压密阶段OA:即试件中原有张开性结即试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合,岩石被压密,构面或微裂隙逐渐闭合,岩石被压密,形成早期的非线性变形,形成早期的非线性变形,曲线呈曲线呈上凹型。在此阶段试件横向膨胀较小,上凹型。在此阶段试件横向膨胀较小,试件体积随载荷增大而减小。本阶段试件体积随载荷增大而减小。本阶段变形对裂隙化岩石来说较明显,而对变形对裂隙化岩石来说较明显,而对坚硬少裂隙的岩石则不明显,甚至不坚硬少裂隙的岩石则不明显,甚至不显现。显现。特
10、点:应变率随应力增加而减小;应变率随应力增加而减小;塑性变形(变形不可恢复)塑性变形(变形不可恢复)原因:微裂隙闭合(压密)微裂隙闭合(压密)2)弹性变形至微裂纹稳定发展阶段AC:特点:ABAB段为弹性变形阶段段为弹性变形阶段 BCBC段为微裂纹稳定发展阶段段为微裂纹稳定发展阶段原因:岩石固体部分变形岩石固体部分变形1.1.单轴压缩下岩石的变形特征单轴压缩下岩石的变形特征 应力应力-应变全过程曲线:应变全过程曲线:3)非稳定破裂发展阶段CD:C点是岩石从弹性变为塑性的转折点,称为屈服点。相应于该点的应力为屈服极限,其值约为峰值强度的2/3。进入本阶段后,微破裂的发展出现了质的变化,破裂不断发展
11、,直至试件完全破坏。试件由体积压缩转为扩容,轴向应变和体积应变速率迅速增大。本阶段的上界应力称为峰值强度。4)破裂后阶段D以后:岩块承载力达到峰值强度后,其内部结构遭到破坏,但试件基本保持整体状。到本阶段,裂隙快速发展。此后,岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移,试件承载力随变形增大迅速下降,但并不降到零,说明破裂的岩石仍有一定的承载力。应力应力-应变曲线的类型应变曲线的类型 岩石的应力应变曲线随着岩石性质不同有各种不同的类型。l类型I:弹性体l类型II:弹塑性体l类型III:塑弹性体l类型IV:塑-弹-塑体l类型V:S型l类型VI:弹-粘性体弹性体弹性体弹塑性体弹塑性体弹弹-粘性体粘性体
12、塑弹性体塑弹性体塑塑-弹弹-塑塑性体性体S型型2.2.反复加卸载条件下岩石的变形特性反复加卸载条件下岩石的变形特性a.a.线弹性岩石:线弹性岩石:加载路径与卸载路径加载路径与卸载路径重合重合,沿着,沿着同一直线同一直线往返往返.b.b.完全弹性岩石完全弹性岩石:加载路径与卸载路径加载路径与卸载路径重合重合,应力,应力-应变曲线是应变曲线是 曲线曲线;c.c.弹性岩石:弹性岩石:加载与卸载曲线加载与卸载曲线不重合不重合,反复加载和卸载时,应,反复加载和卸载时,应 力力-应变曲线服从应变曲线服从环路规律环路规律;d.d.非弹性岩石:非弹性岩石:加载路径与卸载路径加载路径与卸载路径不重合不重合,形成
13、塑性,形成塑性滞回环滞回环;(d)(d)1)弹塑性岩石等荷载循环加载变形特征l l等荷载循环加载:等荷载循环加载:如果多次反复加如果多次反复加载与卸载,且每次施加的最大荷载与载与卸载,且每次施加的最大荷载与第一次施加的最大荷载一样。第一次施加的最大荷载一样。l l塑性滞回环:塑性滞回环:则每次加、卸载曲线则每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环。这些塑性滞都形成一个塑性滞回环。这些塑性滞回环随着加、卸载的次数增加而回环随着加、卸载的次数增加而愈来愈来愈狭窄愈狭窄,并且彼此愈来愈近,并且彼此愈来愈近,岩石愈岩石愈来愈接近弹性变形来愈接近弹性变形,一直到某次循环,一直到某次循环没有塑性变形为止,如图
14、中的没有塑性变形为止,如图中的HHHH环。环。l l临界应力:临界应力:当循环应力峰值小于某当循环应力峰值小于某一数值时,循环次数即使很多,也不一数值时,循环次数即使很多,也不会导致试件破坏;而超过这一数值岩会导致试件破坏;而超过这一数值岩石将在某次循环中发生破坏(疲劳破石将在某次循环中发生破坏(疲劳破坏),这一数值称为临界应力。当循坏),这一数值称为临界应力。当循环应力超过临界应力时,岩石最终破环应力超过临界应力时,岩石最终破坏,给定的应力称为坏,给定的应力称为疲劳强度疲劳强度。2)2)弹塑性岩石增荷载循环加载变形特征弹塑性岩石增荷载循环加载变形特征l l增荷载循环加载增荷载循环加载:如果多
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 岩石 力学 性质 变形
限制150内