岩体力学岩石流变理论PPT课件

三个概念：弹性变形塑性变形粘性流动流变现象：材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象。,与时间无关，只从变形能否恢复的角度,与变形速率有关，与时间有关,2.4岩石流变理论（2/41）,1940.05(底鼓冒顶、断面收缩),1939.01,2.4岩石流变理论（3/41）,湖南五强溪板溪群轻度变质砂岩、石英岩、板岩中的蠕动，深达4050m,2.4岩石流变理论（4/41）,流变的种类：蠕变:应力不变，变形随时间增加而减小松弛:应变不变，应力随时间增加而减小弹性后效:加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象,2.4岩石流变理论（5/41）,图2-27典型的蠕变曲线,（1）岩石的典型蠕变曲线及其特征如图2-27所示：岩石在受到恒定荷载作用下，首先产生一瞬时的弹性应变，随后开始进入蠕变阶段。,2.4岩石流变理论（6/41）,初始蠕变阶段（AB）（瞬态蠕变段）。特点：，应变率随时间增长而减小；卸载后，有瞬时恢复弹性变形PQ，Q后弹性后效。弹性后效是指变形经过一段时间后逐渐恢复的现象，这部分应变叫粘弹性应变。,2.4岩石流变理论（7/41）,稳定蠕变阶段（等速蠕变阶段BC）（较长）特点：应变率为常量；卸载：有瞬弹性恢复，弹性后效，粘性流动，不可恢复的应变粘塑性应变。非稳定蠕变阶段（加速蠕变（破坏）阶段）特点：剧烈增加；曲线；一般此阶段比较短暂。,2.4岩石流变理论（8/41）,类型：稳定蠕变，只包含瞬态蠕变和稳定蠕变段，不会导致破坏，低应力状态下发生的蠕变，图中C类型：不稳定蠕变，又可分典型蠕变和加速蠕变两种，包括蠕变的三个阶段，其中加速蠕变应变率很高，几乎没有稳态蠕变阶段。较高应力状态下发生的蠕变，图中A、B,（2）岩石蠕变曲线的类型,2.4岩石流变理论（9/41）,一种岩石既可发生稳定蠕变也可发生不稳定蠕变，这取决于岩石应力的大小。超过某一临界应力时，蠕变向不稳定蠕变发展；小于此临界应力时，蠕变按稳定蠕变发展。通常称此临界应力为岩石的长期强度。,2.4岩石流变理论（10/41）,岩石蠕变的本构模型：即应力-应变-时间的关系式。在流变学中，流变性主要研究材料流变过程中的应力、应变和时间的关系，用应力、应变和时间组成的流变方程来表达。流变方程主要包括本构方程、蠕变方程和松弛方程。在一系列的岩石流变试验基础上建立反映岩石流变性质的流变方程，通常有二种方法：即经验方程法、微分方程法。,2.4岩石流变理论（11/41）,经验方程法根据岩石蠕变试验结果，由数理统计学的回归拟合方法建立经验方程。典型的岩石蠕变方程有：（1）幂函数方程（2）指数方程（3）幂函数、指数函数、对数函数混合方程,2.4岩石流变理论（12/41）,微分方程法（流变模型理论法）此法在研究岩石的流变性质时，将介质理想化，归纳成各种模型，模型可用理想化的具有基本性能（包括弹性、塑性和粘性）的元件组合而成，通过这些元件不同形式的串联和并联，得到一些典型的流变模型体；相应地推导出它们的有关微分方程，即建立模型的本构方程和有关的特性曲线。微分模型既是数学模型，又是物理模型，数学上简便，比较形象，比较容易掌握，是大学本科生必须努力掌握的岩石力学基本理论之一。,2.4岩石流变理论（13/41）,弹性元件(用弹簧表示)力学模型：材料性质：物体在荷载作用下，其变形完全符合虎克(Hooke)定律。称其为虎克体，是理想的线性弹性体。本构方程：s=ke应力应变曲线（见右图）：模型符号：H虎克体的性能：a.瞬变性b.无弹性后效c.无应力松弛d.无蠕变流动,描述流变性质的三个基本元件,2.4岩石流变理论（14/41）,(2)塑性元件(用摩擦片表示)材料性质：物体受应力达到屈服极限s0时便开始产生塑性变形，即使应力不再增加，变形仍不断增长，其变形符合库仑摩擦定律，称其为库仑(Coulomb)体。是理想的塑性体。力学模型：本构方程：=0，（当ss0时），（当ss0时）,2.4岩石流变理论（15/41）,应力应变曲线模型符号：C库仑体的性能：当s0）,可求得粘性系数,2.4岩石流变理论（39/41）,、凯尔文模型根据凯尔文模型的蠕变方程，取变形稳定后的应变，即，可求得弹性模量在蠕变曲线上任取一的点，可求得其粘性系数,2.4岩石流变理论（40/41）,岩石的长期强度一般情况下，当荷载达到岩石瞬时强度（通常指岩石单轴抗压强度）时，岩石发生破坏。在岩石承受荷载低于其瞬时强度的情况下，如持续作用较长时间，由于流变作用，岩石也可能发生破坏因此，岩石的强度是随外载作用时间