岩石力学的性质1.ppt

1岩石的力学性质，岩石的强度：岩石抵抗外力的能力，以及岩石受到破坏时所能承受的最大应力。a .单轴抗压强度b .单轴抗拉强度c .剪切强度d .三轴抗压强度岩石变形：在外力作用下，岩石的形状(形状、体积)发生变化。a .单向压缩变形b .重复加载变形c .三轴压缩变形d .剪切变形，岩石强度与外力a .外力性质：动荷载和静荷载b .外力模式：拉伸、压缩和剪切c .应力状态：单向、双向和三轴。1.1岩石的单轴抗压强度1)定义：岩石在单轴压缩载荷下达到破坏之前所能承受的最大压应力称为单轴抗压强度(单轴抗压强度)或无侧限抗压强度(无侧限抗压强度)。如图所示。2)计算公式： c=p/a，3)四种失效模式：1。x形共轭边坡剪切破坏是最常见的破坏模式。2.单一边坡剪切破坏，也是剪切破坏。3.塑性流动变形，线性应变 10%。4.拉伸破坏，在轴向压缩应力的作用下，会产生横向拉伸应力。这是泊松效应的结果。这种类型的破坏是由超过岩石拉伸极限的侧向拉伸应力引起的。4)实验方法a .试样标准立方体505050毫米或707070毫米圆柱体，但圆柱体使用最广泛。圆柱体的直径D一般不小于50毫米，长径比=2.53.0(国际岩石力学委员会ISRM推荐的尺寸)要求：两端不均匀为0.5毫米；尺寸误差为0.3毫米；垂直于轴的两个端面之间的误差为0.25度。加载速率：0.5 0.8帕/秒，b .非标准试件对试验结果的影响及其修正，c .压缩试验设备示意图(500吨压机)，d .端部效应及其消除方法端部效应：消除方法：润滑试件端部(如云母片；结尾涂黄油)延长试样，5)水对岩石单轴抗压强度的影响-软化系数：饱和岩石抗压强度b与干燥岩石抗压强度c =b/c1，1.2岩石单轴抗拉强度，1)定义：岩石在单轴拉伸载荷下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石单轴抗拉强度。拉伸载荷下试样的破坏通常是沿其横截面的断裂破坏。岩石拉伸破坏试验分为直接试验和间接试验。2)直接拉伸试验载荷和试样示意图，计算公式：破坏时的最大轴向拉伸载荷(Pt)除以试样的横截面积(A)。即t=Pt/A，2)直接拉伸试验加载和试件示意图-(续)，3)间接拉伸试验加载和试件示意图巴西试验，俗称劈裂试验法。a .试件：为岩石圆盘，加载方法如图所示。事实上，载荷是沿弧线增加的，但高度不能超过圆盘直径的1/20。应力分布：在压应力的作用下，沿圆盘直径y-y和x-x方向的应力分布都是压应力。离开边缘后，沿y-y方向的应力仍为压缩应力，但应力值明显低于边缘处的应力值。并且趋于一致；x-x方向变成拉应力。破坏原因：从图中可以看出，尽管拉应力值比压应力值低得多，但由于岩石的抗拉强度低，在x方向上的拉应力，试样仍沿直径方向裂开。破坏从直径中心开始，然后发展到两端，反映了岩石的抗拉强度比抗压强度低得多的事实。d .计算公式： t= x=-2p/ dt y=(1/r1 1/r2-1/d)在2p/ t圆盘的中心：t=x=-2P/dty=6P/dt，1.3抗剪强度，1)定义：岩石在剪切载荷下达到破坏之前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪强度。抗剪强度试验分为两类：无侧限抗剪强度试验(无侧限抗压强度试验)和限制抗剪强度试验(无侧限抗压强度试验)。在非限制性剪切试验中，剪切面上只存在剪应力，不存在法向应力。在限制剪切试验中，除了sh2)四种典型的非限制性剪切强度试验：a .单边剪切试验，b .冲击剪切试验，c .双边剪切试验，d .扭转剪切试验，分别见图。(3)非限制性剪切强度记录为So计算公式：(A)单边剪切试验So=Fc/A(b)冲击剪切试验So=Fc/2ra(c)双边剪切试验So=Fc/2A(d)扭转剪切试验So=16Mc/D3，其中Mc-最大扭矩(nm)D-试样剪切前的试样直径(m)。4)四种典型的限制性剪切强度试验A .直剪仪(剪切盒)压剪试验(单面剪切)B .立方体试件单面剪切试验C .试件端压双面剪切试验D .角压剪切试验(变角剪切试验)，5)Hoek直剪仪试验装置，6)角压剪切试验和应力分析示意图在压力P的作用下，剪切面可分解为沿剪切面的剪切Psin/A和垂直剪切面上的法向应力Pcos/A，如图所示。(7)限制剪切强度试验结果及其分析(1)试验结果：剪切面上的法向应力越大，试样在经受剪切破坏之前所能承受的剪切应力就越大。原因：剪切破坏必须克服内聚力和摩擦力。法向应力越大，摩擦力越大。在-应力平面上标出破坏时的剪应力和法向应力是一个点，法向应力和剪应力的不同组合是不同的点。莫尔强度包络是通过连接所有点获得的，如图所示。(2)剩余强度：当剪切面上的剪应力超过峰值剪切强度时，发生剪切破坏，岩石在较小的剪切力作用下沿剪切面滑动。保持破坏面滑动所需的较小剪应力是破坏面的剩余强度。如图所示，法向应力越高，残余强度越高。因此，只要存在正应力，岩石的剪切破坏面仍然具有抗剪能力。1.4三轴压缩强度，1)定义：岩石在三轴压缩载荷下达到破坏时所能承受的最大压缩应力称为岩石的三轴压缩强度。与单轴压缩试验相比，试样除承受轴向压力外，还承受侧向压力。侧向压力限制了试样的侧向变形，因此三轴试验是一种有限抗压强度试验。2)试验加载方法：a .真三轴加载：个试件为立方体，加载方法如图所示。应力状态：123是一个复杂的加载试验装置，所有六个表面都会受到加压铁板产生的摩擦力，这对试验结果影响很大，实际意义不大。因此，很少有人做这样的三轴试验。b .伪三轴试验：试件为圆柱体，试件直径为25-150 mm，长径比为2: 1或3: 1。如图所示，轴向压力的加载方法与单轴压缩试验相同。然而，由于侧向压力，加载时的端部效应比单轴加载时的端部效应小得多。应力状态：12=3，三轴压缩试验载荷图真三轴123假三轴12=3，3)假三轴试验装置图：由于试件侧面已被压力缸橡胶套覆盖，液压油不会在试件表面产生摩擦，所以侧向压力可以均匀地施加在试件上。其测试装置的示意图如下。(4)第一台经典三轴试验仪和时间：意大利冯卡门，1911年完成。b .试验岩石：白色圆柱形大理石样品，颗粒非常细，非常均匀。试验发现：当围压为零或更低时，大理岩试样沿一组倾斜裂隙以脆性破坏。(2)随着围压的增加，试件的延性变形和强度不断增加，直至发生完全的延性或塑性流动变形，随着加工硬化，试件也变成粗腰筒状。(3)在试验开始时，样品的体积减小。当它达到抗压强度的一半时，膨胀发生，泊松比迅速增加。(5)三轴试验和莫尔强度包络线。三轴压缩试验最重要的结果是为同一岩石的不同试样或不同试验条件给出几乎恒定的强度指标值。该强度指数值为gB.莫尔强度包络图绘制：对56块岩石试件进行三轴压缩试验。每次试验的围压值从小到大变化，以获得试件每次失效时的应力莫尔圆。通常，单轴压缩试验和拉伸试验失败时的应力莫尔圆也用于绘制应力莫尔强度包络线。如图所示。曲线形状：直线形状：6)三轴试验中岩石强度参数的确定直线形状：轴的截距称为岩石的内聚力(或内聚力)，表示为C(MPa)，与轴的夹角称为岩石的内摩擦角