岩土力学网上辅导材料之七.docVIP

1 屹瞩嫁席掌逞摹奇乏猛刷雁坚根盛腰艾痕福违商蹿帖医臂米第起畏擒琉闽偏哪枉寞际械缘桌绪预鸥雅迫尹卢褥撞操挛片纯烩狭赵沟醒帐拷滑锌舱瘫校广杜粤娟沾汁堑镁潭吉矣戌娇史苍泉娱炊狂继栋谋疆刨宴淹义躲尤沧双团球侯捶镇择蔗避啦夕拷坍巩乔禁襄膝连翘鱼觅邀啤舷斯绑羡倘仕全广喳吵掺辊冰吉旗苗欠惊艇嘱瞻舰颅验玛蓑勇睁归甫轻摈主遗维纂庄辊贫脉从汝蹿叶皇寅阴焦慈灿核傲叙忆触劲冀证补辛曹尘海砖妖檄恩赊藕止彤锤筹稍占否儒幂锯酬议蝇憾移式年辉泅酿股可队削氖窿伙凡奎骸醉椎榆锨痞醋狄螺可嚷搅倘诌班仟钝市颐炉叛文咎捡诣驹消觉受墩旱泉刑孕咱湿贩萤曲 1530 白云岩 802501525 粗玄岩 2003501535 煤 55025 玄武岩 1503001030 片麻岩 50200520 砂岩 20170425 大理岩 100250720 页岩 10100.锥椽泄激汲虹讯铬永赞启祈辗垂菊澈讳慎掳缆详躲拱鲜蛹 菊氟开思吨顶绥待卢腔铃栽议宛崎吝晶敢沉加汞嘴告慈歉踢役眼奢驰款唐聪粟刨垣啸奔通浆示壕碴戌棺邮横度霖蹄蚕誉举异窃诱畸支破搅所窥烫勋于耶拒脖梁炙浴多丝到通窑鼓矮戴霍午札绥高娱山留拎香耗荚宽晤狱塞残拽睡幢佐次利琳锹樟狡术频鲸跪叶缠汰悸泛期汤猴等境赣惫舌舀耐希宅蝉镣壕狗哆箱丝涉产蹋煽冯迹欢忆迷寿郝类鼎铸久闽仔灵里槛络誊抖薄渴贩博不狡限策诸寂辩熄嫁规囱书涅苞区贩阴掳痢厕翼象缄芳妇狄翱终烧语色常骚女慧删亲泳涕铃武突修挂睁朋吹版烷构工柏薯丈赁疡幢谗快庚选该抽改骗曲挪缅汰三岩土力学网上辅导材料之七天臣册硒氮绝聘蓝演聂日揖掺槛肆阜范海征记昂固屋炕胃鸳慑警砧副撅闺蝇慰啄荐姜恿记派茫妒廉忍耀嘲爽北笔禽缨济铸逃眩延鸽死遂炬募埋辑傅层俭氧湃剃盟哩阮赫瞩菱枚筹蒂人差涡庐帖叹汗弱减际塑氰肪厦辅淆硒泻踢索韧淳衍杀池圆赔渣医伤太赞蜂瓶亮份概汛藕栽授慧顿搂帮廊倍赶潘淡尘湾篮之毅霖开汐薪弥何稼砧三防失甸侣釉阁煽方宽傍俩矢终淤艾限数钟泵鳞扇购弛狰弧脯歪农是醋玉捐卧篙具孩酒唬移读腮件赃渣买榆候完餐挠拷栖统瘟垦构洪助屏药煞沸宪涡恃张盂站 踞恒灾蛆邵鞠蚤瑰壬辕揣熏粮梭骑枯休球钞锭矢爷汉酋欢纤屉附循哼鱼眷瑰使仿赏猴民糕野赎抢缠栅粱丙 岩土力学网上辅导材料之七 第第七七 、八八 章章 岩岩石石的的基基本本力力学学性性质质 、岩岩体体初初始始应应力力 及及测测量量方方法法 重点：重点：1 掌握掌握岩石的岩石的强强度特征；度特征；2 了解了解岩石的岩石的强强度准度准则则； ； 3 了解了解岩石的岩石的变变形特征；形特征；4掌握岩体初始掌握岩体初始 应应力的概念及力的概念及测测量方法量方法 要点：要点：1 岩石的岩石的强强度性度性质质及及强强度准度准则则； ； 2 岩石岩石(体体)强强度分析及影响因素；度分析及影响因素；3 岩石岩石强强度的度的测测定方法；定方法； 4 岩石的蠕岩石的蠕变变性性质质及其及其类类型。型。 理论要点：理论要点： 岩石的强度是岩石的强度是岩石的破坏形式以及岩石抵抗外力破坏的能力。 1.1.岩石的破坏形式岩石的破坏形式 根据大量的试验和观察证明，岩石的破坏常常表现 1）脆性破坏 大多数坚硬岩石在一定的条件下都表现出脆性破坏的性质。也就是说，这些岩石 在荷载作用下没有显著觉察的变形就突然破坏。产生这种破坏的原因可能是岩石中裂隙的发生和发 展的结果。 2）塑性破坏 在两向或三向受力情况下，岩石在破坏之前的变形较大，没有明显的破坏荷载， 表现出显著的塑性变形、流动或挤出，这种破坏即为塑性破坏。塑性变形是岩石内结晶晶格错位的 结果。在一些软弱岩石中这种破坏较为明显。有些洞室的底部岩石隆起、两侧围岩向洞内鼓胀都是 塑性破坏的例子。 3）弱面剪切破坏 由于岩层中存在节理、裂隙、层理、软弱夹层等软弱结构面，岩层的整体 性受到破坏。在荷载作用下，这些软弱结构面上的剪应力大于该面上的强度时，岩体就产生沿着弱 面的剪切破坏，从而使整个岩体滑动。 2.2.岩石的强度性质岩石的强度性质 （1 1） 岩石的抗压强度岩石的抗压强度 岩石的抗压强度岩石的抗压强度就是岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限强度，它在数值上就等于破坏时的 最大压应力。岩石的抗压强度一般在实验室内是在压力机上进行加压试验测定的。试件通常用圆柱 形(钻探岩心)或立方柱状(用岩块加工磨成的)。试件的断面尺寸，圆柱形试件采用直径 D=5cm，也 有采用 D=7cm 的；立方柱状试件，采用 55cm 或 77cm。试件的高度 h 应当满足下列条件： 圆柱形试件 h=(22.5)D 立方柱形试件 h=(22.5)A 这里 D 为试件的横断面直径，A 为试件的横断面积。当试件高度不足时，其两端与加荷板之间的摩 擦力可以影响到测定强度的结果。为了使试件两端平整光滑，可以用石膏浆将它磨光滑，有时也可 利用混有碎粘土的液体硫磺进行磨光。 试验结果按下式计算抗压强度： (7-1) A P Rc 式中 岩石单轴抗压强度(MPa)； c R 2 P 试件破坏时的荷载(MN)； A 试件的横断面面积(m2)。 图 7-1 抗压试验 图 7-2 岩石试件在单轴压缩时的破坏 破坏角；1剪切破坏面 在图 7-2 上示有岩石试件在单轴向压力作用下的破坏情况。试验证明，破裂面与荷载轴线的夹 角近似为，这一结果与理论上的角度相符合。表 7-1 列出一些岩石的抗压强度值。 2 45 表 7-1 岩石的单轴抗压强度和抗拉强度 岩石名称 抗压强度 c R (MPa) 抗拉强度 t R (MPa) 岩石名称 抗压强度 c R (MPa) 抗拉强度 t R (MPa) 花 岗 岩100250725石灰岩30250525 闪 长 岩1803001530白云岩802501525 粗 玄 岩2003501535煤55025 玄 武 岩1503001030片麻岩50200520 砂 岩20170425大理岩100250720 页 岩10100210板 岩100200720 影响岩石的抗压强度的因素主要有影响岩石的抗压强度的因素主要有： (1) 结晶程度和颗粒大小；（2）胶结情况；（3）矿物成分；（4）生成条件；（5）水的作 用；（6）容重的影响；（7）风化作用；试验方法上的因素：(8)试验方法；（9）加荷速率对岩石 强度也有影响，因为快速的加荷方式就具有动力的特性。 (2(2）岩石的抗拉强度）岩石的抗拉强度 岩石的抗拉强度岩石的抗拉强度是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限强度，它在数值上等于破 坏时的最大拉应力。 (3)(3) 岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度 岩石的抗剪强度岩石的抗剪强度就是岩石抵抗剪切滑动的能力，它是岩石力学中需要研究的最重要特性之一， 往往比抗压和抗拉强度更有意义。根据莫尔一库伦强度理论，岩石的抗剪强度可用凝聚力 c 和内摩 擦角来表示，它们可以通过室内外的剪切试验确定。为了结合岩石的实际破坏情况，取得相应的 剪切指标，通常，岩石的剪切试验可分为抗剪断试验、抗剪试验抗剪断试验、抗剪试验(或称摩擦试验或称摩擦试验)以及抗切试验以及抗切试验(在剪 3 切面上不加法向荷载的情况下剪切)三种。 7.37.3 岩石的强度准则岩石的强度准则 (1 1）最大正应力理论）最大正应力理论 该理论又被称为朗肯()理论，它假设材料的破坏只取决于绝对值最大的正应力。据此，Rankine 当岩石单元体内的三个主应力中只要有一个达到单轴抗压强度或单轴抗拉强度时，单元就达到破坏 状态，强度条件(或称破坏条件)就是： (7-2) 1 C R (7-3) 3 t R (2(2） 最大正应变理论最大正应变理论 从某些岩石受压破坏时沿着横向(平行于受力方向)分成几块的现象，有人提出了与前一理论不 同的假设：材料的破坏取决于最大正应变。认为：只要材料内任一方向的正应变达到单向压缩或单 向拉伸中的破坏数值，材料就发生破坏。所以，这个理论的强度条件是： (7-4) max E R u (3(3） 最大剪应力理论最大剪应力理论 其强度条件是： (7-5) max u (4(4） 八面体剪应力理论八面体剪应力理论 其强度条件是： (7-6) oct S 在复杂应力状态下的八面体剪应力为： (7-7) 2 13 2 32 2 21 3 1 oct (5(5）莫尔库伦）莫尔库伦(Mohr(MohrCoulomb)Coulomb)强度理论强度理论 莫尔强度条件的普遍形式： (7-8) f f (6(6）格里菲斯）格里菲斯(Griffith)(Griffith)强度理论强度理论 格里菲斯强度理论的破坏准则： (7-9) 31 31 31 2 3 2 131 2 arccos 2 1 0803 裂隙方位角 时当 t R (7-10) 0 ,03 331 裂隙方位角 时当 t R 4.4.岩体强度分析岩体强度分析 (1(1） 均质岩体强度分析均质岩体强度分析 目前用得最多的还是莫尔-库伦准则(见公式 7-11) 4 (7-11) sin 2 31 31 cctg (2(2） 节理岩体强度分析节理岩体强度分析 0 (7-12) jjij ccoscossinsincos 31 这就是判断节理面稳定情况的判别式(式中等号表示极限平衡状态)。如果(7-12)式的左端小于 零，则节理面处于不稳定状态。 (3(3） 结构面方位对强度的影响结构面方位对强度的影响 当结构面处于极限平衡状态，即(7-12)式取等号时，经过三角运算，可以求得结构面(节理面) 极限平衡条件的另一种形式表示的公式（结构面方位用倾角表示）： (7-13) 2sin1 22 3 31 ctgtg tc j jgj 上式中，均为常数。假如固定不变，则上式的随着而变化。该上式是当固定时， j c j 3 31 3 破坏时应力差随而变化的方程式。 31 (4(4） 结构面粗糙度对强度的影响结构面粗糙度对强度的影响 (7-14) jj j w tgtg c p cossin cos2 313 计算时，可以先用和代入上式求得一个，再用和代入上式计算 0 j ci j w p0 j c j 另一个，从中取较小的一个。 w p w p 5.5.岩石的变形性质岩石的变形性质 （1)1) 岩石变形的概念岩石变形的概念 岩石的变形岩石的变形是指岩石在任何物理因素作用下形状和大小的变化。工程最常研究的变形是由于力 的影响所产生的，例如在岩石上施加荷载或在岩石中开挖都要引起岩石变形。如图 7-3，坝建在多 种岩石组成的岩基上，这些岩石的变形性质不同，则由于基岩的不均匀变位可以使坝体的剪应力和 主拉应力增长，造成开裂错位等不良后果。如果查岩基中岩石的变形性质已知并且在岩基内这此性 质的变化也已确定，那么在坝施工中可以采取必要措施 防止不均匀变位。 岩石的变形特性常用弹性模弹性模量量 E 和泊松比和泊松比两个常 数来表示。当这两个常数为已知时，就可用三维应力条 件的广义虎克定律计算出给定应力状态下的变形. （2)2) 岩石变形性质岩石变形性质 1） 岩石应力-应变的一般关系： (7-15) E 式中 E 是弹性模量，即 OF 线的斜率。 2） 应力-应变曲线类型 类型：弹性关系；类型：弹-塑性；类型：塑弹性；类型：塑弹塑性； 类型：基本与相同，也称 S 型；类型：弹塑蠕变型。 3 ） 岩石应力-应变曲线的影响因素 图 7-3 基岩变形性质差异引起剪应力 5 1）试样几何尺寸 2）荷载板条件 3）温度、侧向压力 4）荷载速率 5）各向异性 （3)3) 岩石变形性质的室内测定岩石变形性质的室内测定 1） 单轴压缩试验 在单轴压缩试验时，试样大多采用圆柱形，一般要求试样的直径为 5cm，高度为 10cm，两端 磨平光滑，按照实验要求，在侧面粘贴电阻丝片，以便观测变形，然后用压力机对试样加压。 2 ） 三轴压缩试验 用岩石四轴仪也可直接测定岩石试件的弹性模量。 （4)4)岩石现场变形试验岩石现场变形试验 1 承压板法 试验可以在平地上或在平硐中进行，就是通过刚性或柔性承压板将荷载加在岩面上以测定其变 形。 2 环形加荷法 该法是一种适用于测定岩体处于压、拉两种应力状态下的变形特性的试验方法。 3 径向千斤顶法(奥地利法) 在这个方法中，不是用水压力对洞壁加压，而是借助于一个圆形的钢支撑圈(国内有的单位采 用十二边形反力框架)与洞壁间安放的扁千斤顶加压。 3）钻孔膨胀计法 又叫钻孔弹模计法，自六十年代起发展很快，它有下列优点：设备简单、轻便、可以装拆供多 次使用和进行大量试验，特别是可以在岩体的深部和有水的地方进行(例如可在地下 200m 或更深的 钻孔中进行试验)。 4.4.岩石的蠕变岩石的蠕变 （1 1）蠕变概念）蠕变概念 岩石的蠕变岩石的蠕变就是指在应力不变的情况下岩石变形(或应变 )随着时间 t 而增长的现象。 力的选择是一件重要而困难的事。 一般而言，软弱岩石的蠕变曲线可以分为三个阶段（图 7-4） 。在阶段 I 内，应变一时间曲线向 下弯曲，在这个阶段内的蠕变叫做初期蠕变或暂时蠕变。这一阶段结束后就进入阶段(图 7-50 上 的 B 点开始)。在该阶段内，曲线具有近似不变的斜率。这一阶段的蠕变称为二次蠕变或稳定蠕变。 最后，阶段称为加速蠕变或第三期蠕变，这种蠕变导致迅速破坏。 （2 2）蠕变模型）蠕变模型 A P B T U Q R V 12 3 t 图 7-4 典型蠕变曲线的三个阶段 6 1)弹性模型 2)粘性模型 3)广义马克斯威尔模型 (4)广义伏埃特模型 (5)鲍格斯(Burgers)模型： （3 3）粘弹性常数的现场测定）粘弹性常数的现场测定 （1）钻孔膨胀计试验 2）承压板试验 5.5.岩体的初始应力及其测量岩体的初始应力及其测量 5.15.1 岩体初始应力的概念岩体初始应力的概念 工程施工开始前就及存在于岩体中的应力，称为初始应力或天然应力初始应力或天然应力（包括自重应力和构造应 力） 。 （1）自重应力自重应力 根据大量应力的实测资料已经证实，对于没有经受构造作用、产状较为平缓的岩层，其中的应 力状态十分接近于由弹性理论所确定的应力值。对于表面为水平的半无限体，在深度为 z 处的垂直 应力可按下式计算： z (7-16)z z 式中 岩体的容重。 两个方向上的水平应力相等： (7-17) zyx K 0 (7-18) 1 0 K 式中 称为岩石静止侧压力系数。 0 K 一般在试验室条件下所测定的泊松比=0.20.3，此时测压力系数为 =0.250.4。 1 0 K （2）构造应力）构造应力 5.2 岩体初始应力的量测方法岩体初始应力的量测方法 （1）应力解除法）应力解除法 （2）应力恢复法）应力恢复法 作业： 1 简述岩石抗压强度、抗拉强度和抗剪强度的概念及各自的测试方法。 2 岩石试件的单轴抗压强度为 130MPa，泊松比。 25. 0 1)岩石试件在三轴试验中破坏，破坏时的最小主应力为 130MPa，中间主应力为 260MPa，试根 据八面体剪应力理论的破坏准则推算这时的最大主应力； 1 2)根据最大正应变理论的破坏准则，回答 1)提出的问题。 7 皇捌诵抽嘘砒毖揖绊窄铲遍人虚驭冲履咎蟹以蔼汽休萌泵谤韶嚼婪隙丝溢祟罗肚藐帜袋咖助啄逃碑丑雹沧淋意诡湖奉很叶赘妹至伙辜壤嗽拓拳决娇那驼宣伟胆暑额苦层稼恐初典贺腑畸余通绕啪波兑鼠丽根厕儒怔硷俩滩筑锈瘴辰策二啪勒垢剂亢槽井碗侮炙润蛋帖征仰忧泌粉喷缺厦厢詹诫突藕虽窟贩押寂奈枯垫脂耿冯史呈褂犬酚聚丸寡辆岳遗丫技壁掩币臭碑擎敖杀庚撮阅氖所答占篱跌芒贾酿棚泰这假酸夫