四川大学岩石力学PPT学习教案

1、四川大学岩石力学四川大学岩石力学节点数节点数16240单元数单元数14702第1页/共77页第2页/共77页第3页/共77页(a)(b)(c)(d)(e)(a)(b)(c)(d)(e)(a)(b)(c)(d)(e)第4页/共77页第5页/共77页3.3.1 单轴抗压实验装置单轴抗压实验装置第6页/共77页3.3.1 单轴抗压实验装置单轴抗压实验装置第7页/共77页3.3.2 单轴抗压强度单轴抗压强度APRmaxc第8页/共77页3.3.2 岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度第9页/共77页第10页/共77页3.4.1 试验方法试验方法第11页/共77页DlPRtmax2ctRR4011013

2、.4.1 试验方法试验方法第12页/共77页3.5.1 基本概念基本概念 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指标之一，往往比抗压和抗拉强度更有意义。第13页/共77页3.5.1 基本概念基本概念第14页/共77页 决定抗剪断决定抗剪断( (抗剪抗剪) )强度的方法可分为强度的方法可分为室内室内和和现场现场两大类。两大类。 室内试验常用室内试验常用直接剪切仪直接剪切仪( (直接剪切试验直接剪切试验) )、楔形楔形剪切仪剪切仪( (楔形剪切试验楔形剪切试验) )、三轴压缩仪三轴压缩仪( (三轴压缩试验三轴压缩试验) )测定岩石的抗剪断测定岩石的抗

3、剪断( (抗剪抗剪) )指标。指标。 现场试验主要以现场试验主要以直接剪切试验直接剪切试验为主，有时也可做为主，有时也可做三轴强度试验三轴强度试验。 第15页/共77页3.5.2 室内试验方法室内试验方法PTATAP第16页/共77页3.5.2 室内试验方法室内试验方法失稳阶段，失稳阶段，晶格滑移晶格滑移裂纹发展、裂纹发展、增长阶段增长阶段弹性阶段，弹性阶段，裂纹产生裂纹产生第17页/共77页3.5.2 室内试验方法室内试验方法时当10MPatgcf第18页/共77页3.5.2 室内试验方法室内试验方法第19页/共77页3.5.2 室内试验方法室内试验方法第20页/共77页3.5.2 室内试验

4、方法室内试验方法0000cosPfsinPQFsinPfcosPNFQNN、Q除以剪切面积除以剪切面积AcosfsinAPsinfcosAPfsinAPcosAPf第21页/共77页3.5.2 室内试验方法室内试验方法 采用不同的采用不同的角进行试验，则每个角进行试验，则每个对应一组对应一组和和f。 当当变化范围较大时，变化范围较大时，f为曲线关系，当为曲线关系，当10MPa时，时， f可视为直线，求得可视为直线，求得c、 。第22页/共77页3.5.2 室内试验方法室内试验方法试验步骤试验步骤先将试件施加侧压力先将试件施加侧压力3逐渐增加垂直压力逐渐增加垂直压力1；试件破坏，得到大主应试件破

5、坏，得到大主应力力1，即获破坏应力圆；即获破坏应力圆；改变侧压力改变侧压力3，获得对，获得对应的应的1，和破坏应力圆；和破坏应力圆；第23页/共77页3.5.2 室内试验方法室内试验方法 绘制试验对应绘制试验对应1和和3的应力圆（或称莫尔圆），以及这的应力圆（或称莫尔圆），以及这些应力圆的包络线，即求得岩石的抗剪强度曲线。些应力圆的包络线，即求得岩石的抗剪强度曲线。第24页/共77页3.5.2 室内试验方法室内试验方法 对于三轴试验获得的应力圆，除了用正应力和剪应力表示（即对于三轴试验获得的应力圆，除了用正应力和剪应力表示（即Coulomb形式）外，还可用第一、第三主应力（即形式）外，还可用第

6、一、第三主应力（即Mohr形式）表示，即：形式）表示，即： 023131coscsin 单轴试验作为三轴试验的特殊情形。单轴试验作为三轴试验的特殊情形。单轴压缩：单轴压缩：c130单轴拉伸：单轴拉伸：t310sincoscsincosctc1212coscsincsinttctc211请同学们课后进行推导证明。请同学们课后进行推导证明。第25页/共77页3.5.3 现场强度试验现场强度试验APc第26页/共77页3.5.3 现场强度试验现场强度试验AT,APcosATsinATAP第27页/共77页3.5.3 现场强度试验现场强度试验第28页/共77页第29页/共77页3.6.1 Mohr理论

7、及理论及Mohr-Coulomb准则准则 ff第30页/共77页3.6.1 Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则第31页/共77页tgcf3.6.1 Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则第32页/共77页22222313131sincos3.6.1 Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则第33页/共77页ctgc/sin223131ctgc 23131sincoscsinsin12113103sincoscRc12101sincoscRt1233.6.1 Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则第34页/共77页tRtR带有抗拉强度切割

8、的带有抗拉强度切割的M-C包络线包络线3.6.1 Mohr理论及理论及Mohr-Coulomb准则准则第35页/共77页3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第36页/共77页3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论abm 第37页/共77页3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第38页/共77页2223131cosy2231sinxycoscosx222223131313131coscosx2222231313131313.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第39页/共77页

9、22222222212212sincosmcossinmcosmsinmsincosmmxyxyb3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第40页/共77页0sin1cos222mmxyybbxy3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第41页/共77页04222222222mmmmmxyyxyxyyb由0222xyyxymm222mmxyyxybxy3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第42页/共77页222mmxyyb222bxyxyxyybmm221xyyymaxbmbxy3.6.2 格里菲斯（格里菲

10、斯（Griffith）强度理论）强度理论第43页/共77页coscosmmaxb2222232123213131yxy3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第44页/共77页0maxbm 022212232123213131cossin3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第45页/共77页 022212321232131cos313122cos02sin3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第46页/共77页32mmbm020213；mmbm02sin0900或12cos3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（

11、Griffith）强度理论）强度理论第47页/共77页312313131314433或mmbm313122cos03122313131cos312314mmbm3.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第48页/共77页tR3tmmbRm23.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第49页/共77页破破坏坏准准则则 时当033110831231tR3131221arccos 时当032310tR303ctRR 813.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第50页/共77页3103310331破裂未破00083123

12、1tR0331tR33.6.2 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论第51页/共77页3.6.3 修正格里菲斯（修正格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论etetfRRfff2141112121232121etRfff411121232121ftg1最危险方位：否则按未封闭分析。成立，条件：02223131cosy第52页/共77页3.6.3 修正格里菲斯（修正格里菲斯（Griffith）强度理论）强度理论 格里菲斯强度理论的应力准则与库仑格里菲斯强度理论的应力准则与库仑-莫尔准则在破坏机莫尔准则在破坏机理上的认识是不同的。后者认为破坏主要是压剪破坏，即使有理上的认

13、识是不同的。后者认为破坏主要是压剪破坏，即使有拉伸破坏，也是发生在有拉应力作用的情况，而前者则认为不拉伸破坏，也是发生在有拉应力作用的情况，而前者则认为不论材料处于何种受力状态，本质上都是由于拉应力引起破坏的。论材料处于何种受力状态，本质上都是由于拉应力引起破坏的。 因此，有的地方也称格里菲斯（因此，有的地方也称格里菲斯（Griffith）强度准则为）强度准则为拉应力准则拉应力准则。第53页/共77页第54页/共77页3.7.1 对强度的影响对强度的影响tgPcwfsinsincPsinsinPww12113113wP第55页/共77页3.7.1 对强度的影响对强度的影响wwPP31和 时当w

14、P4331102831231wtPRwParccos22213131 时当wP432310wtPR 3第56页/共77页3.7.2 对破坏形态的影响对破坏形态的影响工程问题工程问题/c第57页/共77页 岩体的强度分析包括岩体的强度分析包括结构体强结构体强度分析度分析和和结构面强度分析结构面强度分析。第58页/共77页3.8.1 结构体（均质岩体）条件结构体（均质岩体）条件03极限平衡状态sinctgc23131稳定状态sinctgc23131不稳定状态sinctgc23131wPwwP,P31第59页/共77页3.8.1 结构体（均质岩体）条件结构体（均质岩体）条件03极限平衡状态tR3稳定

15、状态tR3不稳定状态tR3wPwP3第60页/共77页3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析2450第61页/共77页3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析第62页/共77页3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析jnjntgc23213131222sincoscosncossinsinn313122第63页/共77页3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析jjtgsincosccossin232131jjjtgsintgcosccossincossin232131031jjjctgsincossinsintgcoscos031jjjjcosccossinsincos第64

16、页/共77页3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析031xy/开挖后，在边墙处：0jjjycoscsincos第65页/共77页3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析）项均、稳定（第若02110j，取决于代数和项，第项第若020120j才稳定仅有若jjc030体破裂面），代入时（节理面即为完整岩若245400j024524500jjjjjycosc/sin/cos（稳定）jjjysincosc12（极限平衡）jjjysincosc12第66页/共77页3.8.2 结构面的强度分析结构面的强度分析代入：和以）压力若考虑地下水（孔隙水wwwpp,p3105031jjjwjwcoscco

17、ssinPsincosP031jjwjjjjcossinsincospcosccossinsincos031jwjjjjsinpcosccossinsincos第67页/共77页031jjjjcosccossinsincos21231sinctgtgcoscjjj3.9.2 结构面的强度分析结构面的强度分析；1301,受完整岩块强度控制；当无关；不沿结构面破坏，与一定时：当,j10130902第68页/共77页3.9.2 结构面的强度分析结构面的强度分析minj,dd1031024503则求导，令对岩体强度的各向异性响方位角对岩体强度的影不同04第69页/共77页3.10.1 概念概念 岩体中

18、结构面凹凸不平：其起伏程度，工程上一般用粗糙岩体中结构面凹凸不平：其起伏程度，工程上一般用粗糙度称之。度称之。 岩体剪切破坏，从微观上分析，可能存在岩体剪切破坏，从微观上分析，可能存在两种运动形式两种运动形式。第70页/共77页3.10.1 概念概念Case1：当：当P较小时，岩块沿较小时，岩块沿A-A面滑动面滑动isinPicosTicosPisinT剪应力正应力斜面上：极限状态下：极限状态下：isinTicosTisinPicosTtgj正应力剪应力isintgicosisinicostgtgjjjisincosicossinisincosicossintgjjjjjicosisintgjjjitgtgjjP/TtgjP同除爬坡角i即：考虑结构面粗糙度的的强度即：考虑结构面粗糙度的的强度表现摩擦角表现摩擦角ijj第71页/共77页3.10.1 概念概念Case2：当：当P较大时，岩块沿较大时，岩块沿A-A面滑动面滑动剪断突台结构面的综合强度00c突台实际情况：实际情况：i可能介于可能介于1100第72页/共77页3.10.1 概念概念具体应用时，结构面的抗剪强度可写为：具体应用时，结构面的抗剪强度可写为： 当正应力低时：当正应力低时： 当正应力高时：当正应力高时： itgjjjtgC第73页/共77页3.10.2 分析方法分析方法 由于实际