巖體力學(xué)第三章

1、主講：涂主講：涂 國國 祥祥 3、巖石強(qiáng)度理論、巖石強(qiáng)度理論3.1概述概述理解并掌握巖石的破壞形式，掌握巖石主要強(qiáng)度指標(biāo)及試驗(yàn)方法，理解強(qiáng)度理解并掌握巖石的破壞形式，掌握巖石主要強(qiáng)度指標(biāo)及試驗(yàn)方法，理解強(qiáng)度理論、強(qiáng)度準(zhǔn)則、本構(gòu)方程的概念理論、強(qiáng)度準(zhǔn)則、本構(gòu)方程的概念3.2最大正應(yīng)變理論最大正應(yīng)變理論掌握最大正應(yīng)變理論及其適用條件掌握最大正應(yīng)變理論及其適用條件3.3莫爾強(qiáng)度理論莫爾強(qiáng)度理論重點(diǎn)掌握莫爾強(qiáng)度理論、莫爾圓的概念相關(guān)計(jì)算，掌握莫爾強(qiáng)度理論的基本重點(diǎn)掌握莫爾強(qiáng)度理論、莫爾圓的概念相關(guān)計(jì)算，掌握莫爾強(qiáng)度理論的基本形式及其應(yīng)用形式及其應(yīng)用3.4格里菲斯強(qiáng)度理論格里菲斯強(qiáng)度理論理解理解格里菲斯

2、強(qiáng)度理論格里菲斯強(qiáng)度理論的理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)過程及其工程應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)過程及其工程應(yīng)用3.5其他強(qiáng)度理論其他強(qiáng)度理論理論其他強(qiáng)度理論的使用條件，理論基礎(chǔ)理論其他強(qiáng)度理論的使用條件，理論基礎(chǔ)3.1概述概述基本破壞類型：基本破壞類型：張性破壞張性破壞(拉伸破壞拉伸破壞)由于巖石受到拉伸或其它承由于巖石受到拉伸或其它承載狀態(tài)衍生的拉伸作用而引載狀態(tài)衍生的拉伸作用而引起的破壞起的破壞,稱為張性破壞。稱為張性破壞。特點(diǎn)：沿?cái)嗔衙姘l(fā)生拉開，特點(diǎn)：沿?cái)嗔衙姘l(fā)生拉開，出現(xiàn)張開的裂縫。出現(xiàn)張開的裂縫。3、巖石強(qiáng)度理論、巖石強(qiáng)度理論3.1概述概述剪性破壞剪性破壞(剪切破壞剪切破壞)(包括包括塑性流動塑性流動)

3、由剪切作用或壓縮衍生的剪應(yīng)由剪切作用或壓縮衍生的剪應(yīng)力引起的破壞。特點(diǎn)：沿?cái)嗔衙媪σ鸬钠茐?。特點(diǎn)：沿?cái)嗔衙姘l(fā)生相互錯(cuò)動，出現(xiàn)閉合的裂縫，發(fā)生相互錯(cuò)動，出現(xiàn)閉合的裂縫，斷裂面上可觀察到擦痕。斷裂面上可觀察到擦痕。 直剪時(shí)直剪時(shí)：沿剪應(yīng)力方向錯(cuò)動：沿剪應(yīng)力方向錯(cuò)動;壓縮時(shí)壓縮時(shí)：試件內(nèi)的剪應(yīng)力具有對稱：試件內(nèi)的剪應(yīng)力具有對稱性，破壞時(shí)出現(xiàn)交叉裂縫，呈性，破壞時(shí)出現(xiàn)交叉裂縫，呈X形，形，破壞角大于破壞角大于45度度(45) 。每種破壞都是在應(yīng)力應(yīng)變滿足一定條件后發(fā)生的。每種破壞都是在應(yīng)力應(yīng)變滿足一定條件后發(fā)生的。3、巖石強(qiáng)度理論、巖石強(qiáng)度理論3.1概述概述抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度(單軸單軸)：巖石在單軸壓

4、應(yīng)力條件下所能承受的最大壓應(yīng)力：巖石在單軸壓應(yīng)力條件下所能承受的最大壓應(yīng)力巖石的強(qiáng)度指標(biāo)：巖石的強(qiáng)度指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度 巖石在壓應(yīng)力條件下的破壞形式與巖石在壓應(yīng)力條件下的破壞形式與巖石的應(yīng)力條件、巖石自身的性質(zhì)巖石的應(yīng)力條件、巖石自身的性質(zhì)有有關(guān)：關(guān)：一般對于脆性巖石在無圍壓條件下主要以拉破壞為主，對于強(qiáng)度中等一般對于脆性巖石在無圍壓條件下主要以拉破壞為主，對于強(qiáng)度中等或圍壓較小條件下以剪破壞為主，而對于巖性極軟或圍壓極大條件下巖石或圍壓較小條件下以剪破壞為主，而對于巖性極軟或圍壓極大條件下巖石將表現(xiàn)出塑性流動的性質(zhì)。將表現(xiàn)出塑性流動的性質(zhì)。ApRc

5、3、巖石強(qiáng)度理論、巖石強(qiáng)度理論巖石在單軸壓力作用下的破壞巖石在單軸壓力作用下的破壞3.1概述概述抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度：巖石在單軸拉應(yīng)力條件下所能承受的最拉壓應(yīng)力：巖石在單軸拉應(yīng)力條件下所能承受的最拉壓應(yīng)力巖石的強(qiáng)度指標(biāo)：巖石的強(qiáng)度指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度ApRrtPr：試樣破壞時(shí)最大拉力：試樣破壞時(shí)最大拉力A：試樣中部截面積：試樣中部截面積Rt：抗拉強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度由于實(shí)驗(yàn)技術(shù)上的原因，進(jìn)由于實(shí)驗(yàn)技術(shù)上的原因，進(jìn)行巖石直接拉伸試驗(yàn)是比較行巖石直接拉伸試驗(yàn)是比較困難的，目前多采用間接方困難的，目前多采用間接方法，其中主要的有法，其中主要的有巴西試驗(yàn)巴西試驗(yàn)法法(

6、(或稱劈裂法或稱劈裂法) )、點(diǎn)荷載試、點(diǎn)荷載試驗(yàn)法等。驗(yàn)法等。pp3、巖石強(qiáng)度理論、巖石強(qiáng)度理論3.1概述概述劈裂法：劈裂法：將試件加工成圓板狀或圓柱狀，在上下各加一根鋼將試件加工成圓板狀或圓柱狀，在上下各加一根鋼絲墊條，沿試樣直徑方向施加線性荷載，試件中將產(chǎn)生拉應(yīng)力絲墊條，沿試樣直徑方向施加線性荷載，試件中將產(chǎn)生拉應(yīng)力分布，繼續(xù)加載至試件沿軸線劈裂。分布，繼續(xù)加載至試件沿軸線劈裂。巖石的強(qiáng)度指標(biāo)：巖石的強(qiáng)度指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度 DhpRt2P：試樣破壞時(shí)最大壓力：試樣破壞時(shí)最大壓力h：試樣高度：試樣高度Rt：抗拉強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度D：試樣直徑：試樣直徑

7、PPD3、巖石強(qiáng)度理論、巖石強(qiáng)度理論3.1概述概述巖石的強(qiáng)度指標(biāo)：巖石的強(qiáng)度指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度：抗剪強(qiáng)度：巖石抵抗剪切破壞的最大能力，以剪斷時(shí)剪切面上的巖石抵抗剪切破壞的最大能力，以剪斷時(shí)剪切面上的極限剪應(yīng)力表示，稱為抗剪強(qiáng)度。工程中為獲得巖石的抗剪強(qiáng)度，極限剪應(yīng)力表示，稱為抗剪強(qiáng)度。工程中為獲得巖石的抗剪強(qiáng)度，常采用常采用直剪試驗(yàn)和楔剪試驗(yàn)。直剪試驗(yàn)和楔剪試驗(yàn)。直剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn)關(guān)系曲線關(guān)系曲線ATANN：作用在試樣上的壓力：作用在試樣上的壓力T：作用在試樣上的剪力：作用在試樣上的剪力A：試驗(yàn)截面積：試驗(yàn)截面積 施加垂直荷載施加垂直荷載P和水

8、平荷和水平荷載載T，在不同的，在不同的下，巖石的下，巖石的抗剪斷不同，可得到一條抗剪斷不同，可得到一條-相互關(guān)系的曲線，此曲線用相互關(guān)系的曲線，此曲線用直線近似表示：直線近似表示： f = tg + c 這樣就可求得兩個(gè)重要的抗剪強(qiáng)度這樣就可求得兩個(gè)重要的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：指標(biāo)：C、C3、巖石強(qiáng)度理論、巖石強(qiáng)度理論3.1概述概述巖石的強(qiáng)度指標(biāo)：巖石的強(qiáng)度指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度攜剪試驗(yàn)攜剪試驗(yàn)N = P（cos a +f sin a）Q = P（sin a f cos a）作用在剪切面上的垂直壓力和切向剪力為：作用在剪切面上的垂直壓力和切向剪力為：)cos(s

9、in)sin(cosfApfAp作用在剪切面上的正應(yīng)力力和剪應(yīng)力為：作用在剪切面上的正應(yīng)力力和剪應(yīng)力為： 與直剪試驗(yàn)有相同的受力狀況。與直剪試驗(yàn)有相同的受力狀況。調(diào)整試調(diào)整試件傾角可得到一系列試驗(yàn)結(jié)果，同樣可獲件傾角可得到一系列試驗(yàn)結(jié)果，同樣可獲得得-曲線，當(dāng)曲線，當(dāng)不大時(shí)可視為直線，同樣不大時(shí)可視為直線，同樣可求得兩個(gè)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)可求得兩個(gè)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C、楔形剪切關(guān)系曲線關(guān)系曲線C3、巖石強(qiáng)度理論、巖石強(qiáng)度理論 0 0，沿完整巖石剪斷（沿完整巖石剪斷（ 稱為抗剪斷強(qiáng)度）稱為抗剪斷強(qiáng)度） tg+Ctg+C3.1概述概述巖石的強(qiáng)度指標(biāo)：巖石的強(qiáng)度指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)

10、度、抗拉強(qiáng)度 0 0，巖石內(nèi)部僅由內(nèi)聚力抵抗剪力（，巖石內(nèi)部僅由內(nèi)聚力抵抗剪力（ c c 稱稱為抗切強(qiáng)度）為抗切強(qiáng)度） c c C C 0 0，剪力沿巖石中已有的裂隙面施加（剪力沿巖石中已有的裂隙面施加（ ff 稱為抗剪強(qiáng)度或摩擦強(qiáng)度）稱為抗剪強(qiáng)度或摩擦強(qiáng)度） f f tgtg巖石的三種剪切條件巖石的三種剪切條件3、巖石強(qiáng)度理論、巖石強(qiáng)度理論巖石的應(yīng)力、應(yīng)變達(dá)到一定程度后，就會破壞，單軸應(yīng)力下的巖石破壞巖石的應(yīng)力、應(yīng)變達(dá)到一定程度后，就會破壞，單軸應(yīng)力下的巖石破壞容易理解；但復(fù)雜應(yīng)力、應(yīng)變條件下，巖石是怎么破壞的？容易理解；但復(fù)雜應(yīng)力、應(yīng)變條件下，巖石是怎么破壞的？ 用以表征巖石的破壞條件的函

11、數(shù)（應(yīng)力、應(yīng)變函數(shù)），稱為破壞判據(jù)或用以表征巖石的破壞條件的函數(shù)（應(yīng)力、應(yīng)變函數(shù)），稱為破壞判據(jù)或強(qiáng)度準(zhǔn)則，強(qiáng)度準(zhǔn)則，強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則的建立，應(yīng)反映巖石的破壞機(jī)理，強(qiáng)度準(zhǔn)則的建立，應(yīng)反映巖石的破壞機(jī)理，所有研究巖石破壞原因、過程和條件的理論，稱為強(qiáng)度理論。所有研究巖石破壞原因、過程和條件的理論，稱為強(qiáng)度理論。強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論本構(gòu)方程：本構(gòu)方程：描述物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的力學(xué)狀態(tài)（應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)）、過程（應(yīng)描述物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的力學(xué)狀態(tài)（應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)）、過程（應(yīng)力、應(yīng)變路徑）之間的關(guān)系及其與時(shí)間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。力、應(yīng)變路徑）之間的關(guān)系及其與時(shí)間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。材料力學(xué)中的強(qiáng)度理論，都是根據(jù)對引起材料危

12、險(xiǎn)狀態(tài)的原因作了不同材料力學(xué)中的強(qiáng)度理論，都是根據(jù)對引起材料危險(xiǎn)狀態(tài)的原因作了不同的假設(shè)而得出的。的假設(shè)而得出的。3.1概述概述3、巖石強(qiáng)度理論、巖石強(qiáng)度理論3.2最大正應(yīng)變理論最大正應(yīng)變理論3、巖石強(qiáng)度理論、巖石強(qiáng)度理論該理論表述：該理論表述：物體發(fā)生張性破裂的原因是由最大拉伸應(yīng)變達(dá)到了一定的極限應(yīng)變。物體發(fā)生張性破裂的原因是由最大拉伸應(yīng)變達(dá)到了一定的極限應(yīng)變。按該理論，只要材料任一方向正應(yīng)變達(dá)到單向拉伸中的破壞數(shù)值，材料就發(fā)生破壞。按該理論，只要材料任一方向正應(yīng)變達(dá)到單向拉伸中的破壞數(shù)值，材料就發(fā)生破壞。強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件寫成判據(jù)形式：寫成判據(jù)形式：3 0 (0單軸拉伸下極限應(yīng)變單軸拉伸下極

13、限應(yīng)變)0213)(EEt0Ec極限10t)(213c)(213t)(213c)(213虎克定律：虎克定律：或或得到：得到：莫爾應(yīng)力園莫爾應(yīng)力園xyzzxyyy zxxxzyzz xyyxyxyxyyxxxyx yxx yyxy巖體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用六巖體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用六個(gè)應(yīng)力分量表示。個(gè)應(yīng)力分量表示。 x 、y、z、xy、yz、zx (左圖左圖)。平面問題中，巖體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力平面問題中，巖體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用三個(gè)應(yīng)力分量表示。狀態(tài)可用三個(gè)應(yīng)力分量表示。 x 、y、xy。(右圖右圖)單元體內(nèi)任一斜切面上的應(yīng)力：單元體內(nèi)任一斜切面上的應(yīng)力： 、。(左下圖左下圖)根據(jù)靜力平衡：根據(jù)靜力平

14、衡：整理得：整理得：( X方向方向)( Y方向方向)斜截面長度：斜截面長度：1sincossincosyxxcoscossinsinxyy2sin2cos22xyyxyx2cos2sin2xyyx逆；順逆；順yxxy由三個(gè)應(yīng)力分量由三個(gè)應(yīng)力分量( x 、yxy)求主應(yīng)力求主應(yīng)力 1 、3 。0dd令22minmax,3 , 122xyyxyx得：得：有：有：yxxx yyx yxyxy1133由由主應(yīng)力主應(yīng)力 1 、3 求求斜切面的應(yīng)力：斜切面的應(yīng)力： 、33112cos2231312sin231yxxytg2202cos22sin22xyyxddP )(1313+22-31,02莫爾應(yīng)力園莫

15、爾應(yīng)力園23123122得：得：變換后：變換后：3.3莫爾強(qiáng)度理論莫爾強(qiáng)度理論3311 實(shí)實(shí)際際物物體體的的應(yīng)應(yīng)力力 莫莫爾爾應(yīng)應(yīng)力力園園 任何一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 一個(gè)園 某個(gè)斜截面上 、 圓周上某個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo) 傾角為的斜截面上 、 圓心角為2某個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo) 3.3莫爾強(qiáng)度理論莫爾強(qiáng)度理論莫爾應(yīng)力園莫爾應(yīng)力園321o2o1o3kLp 已知斜面外法線與1的夾角為，與3的夾角為（1）過D點(diǎn)作直線DK與DB夾角為（2）過D點(diǎn)作直線DL與OL夾角為（3）以O(shè)3為圓心， O3K為半徑畫弧（4）以O(shè)2為圓心， O2L為半徑畫弧（5）兩弧交點(diǎn)P即為所求3.3莫爾強(qiáng)度理論莫爾強(qiáng)度理論15202060151515KPa

16、KPaKPaKPaKPaKPaKPa60KPa(60,15)(20,-15)(17,10)(63,-10)(65,0)(15,0)(KPa)(KPa)3117KPa10KPa63KPa10KPa10KPa63KPa17KPa 10KPa=65KPa=15KPa舉例舉例利用莫爾園，求：利用莫爾園，求：圖中小方框各面上的圖中小方框各面上的 、 ？主應(yīng)力的大小、方向？主應(yīng)力的大小、方向？（ 及及 ：逆時(shí)針：逆時(shí)針“”；順時(shí)針；順時(shí)針“”）ABC莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則莫爾理論認(rèn)為：巖體沿某一面滑移或剪斷，不僅取決于該面上的剪應(yīng)力的大小，莫爾理論認(rèn)為：巖體沿某一面滑移或剪斷，不僅取決于該面上的剪應(yīng)力的

17、大小，而且和該面上得正應(yīng)力大小有關(guān)。當(dāng)巖體某個(gè)面上得正應(yīng)力和剪應(yīng)力達(dá)到某個(gè)而且和該面上得正應(yīng)力大小有關(guān)。當(dāng)巖體某個(gè)面上得正應(yīng)力和剪應(yīng)力達(dá)到某個(gè)不利組合時(shí)，才發(fā)生剪切或剪斷。即：不利組合時(shí)，才發(fā)生剪切或剪斷。即：當(dāng)滿足當(dāng)滿足 f ( )的某個(gè)函數(shù)形式時(shí)，巖石將破壞。的某個(gè)函數(shù)形式時(shí)，巖石將破壞。巖體處于極限狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，同樣可用應(yīng)力園表示。稱為巖體處于極限狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，同樣可用應(yīng)力園表示。稱為極限應(yīng)力極限應(yīng)力園園。極限應(yīng)力園必然與上述函數(shù)的幾何圖形相切。極限應(yīng)力園必然與上述函數(shù)的幾何圖形相切。上述函數(shù)形式不能由理論確定，只能由試驗(yàn)確定上述函數(shù)形式不能由理論確定，只能由試驗(yàn)確定.極限應(yīng)力園

18、：可通過不同應(yīng)力條件下的強(qiáng)度試驗(yàn)獲得。極限應(yīng)力園：可通過不同應(yīng)力條件下的強(qiáng)度試驗(yàn)獲得。傾斜壓模試驗(yàn)單軸抗拉、抗壓試驗(yàn)三軸試驗(yàn)3.3莫爾強(qiáng)度理論莫爾強(qiáng)度理論3.3莫爾強(qiáng)度理論莫爾強(qiáng)度理論、直線型包絡(luò)線、直線型包絡(luò)線大量試驗(yàn)表明：各種土的強(qiáng)度線接近于直線、而巖石一般都不是直線。但在實(shí)踐中，大量試驗(yàn)表明：各種土的強(qiáng)度線接近于直線、而巖石一般都不是直線。但在實(shí)踐中，但應(yīng)力但應(yīng)力不太大時(shí)，常采用直線型。不太大時(shí)，常采用直線型。c 內(nèi)摩擦角；內(nèi)摩擦角； 內(nèi)聚力內(nèi)聚力強(qiáng)度線強(qiáng)度線:ctg1133破裂面與最大主應(yīng)力夾角為破裂面與最大主應(yīng)力夾角為:245寫成判據(jù)形式：寫成判據(jù)形式：ctg第種形式：第種形式：ct

19、gc2sin3131第種形式：第種形式：131tc第種形式：第種形式：2、拋物線型包絡(luò)線、拋物線型包絡(luò)線對于較軟弱巖石，如泥巖、頁巖等，其強(qiáng)度線對于較軟弱巖石，如泥巖、頁巖等，其強(qiáng)度線接近于拋物線。接近于拋物線。根據(jù)拋物線的函數(shù)形式，得到其強(qiáng)度條件：根據(jù)拋物線的函數(shù)形式，得到其強(qiáng)度條件：)(2tt寫成判據(jù)形式寫成判據(jù)形式:)(2tt、雙曲線型包絡(luò)線、雙曲線型包絡(luò)線對于砂巖、石灰?guī)r等堅(jiān)硬巖石，其強(qiáng)度線接近于對于砂巖、石灰?guī)r等堅(jiān)硬巖石，其強(qiáng)度線接近于雙曲線。雙曲線。根據(jù)拋物線的函數(shù)形式，得到根據(jù)拋物線的函數(shù)形式，得到其強(qiáng)度條件：其強(qiáng)度條件：)()()(222ttttg321tctg)()()(22

20、2ttttg寫成判據(jù)形式寫成判據(jù)形式:3.3莫爾強(qiáng)度理論莫爾強(qiáng)度理論注：不適用于注：不適用于c /t 3的巖石的巖石23123132tt）（）（13 已知161.2Mpa， 319.1Mpa，巖石抗拉強(qiáng)度t8.7Mpa，內(nèi)聚力c50Mpa，內(nèi)摩擦系數(shù)ftan1.54，試采用莫爾強(qiáng)度理論評價(jià)其穩(wěn)定性。所以圍巖穩(wěn)定）直線型（sin75. 004.1073 .8054. 115021 .192 .611 .192 .61cot284. 0arctansinsin13131c（2）拋物線型1020304050607080-10-201020304050直 線 型 強(qiáng) 度 曲 線拋 物 線 型 強(qiáng) 度

21、曲 線莫 爾 應(yīng) 力 圓 若按拋物線型強(qiáng)度準(zhǔn)則，強(qiáng)度曲線與應(yīng)力圓相交，則圍巖破壞61.9593209.644832231231231231tttt）（）（）（）（莫爾理論的評價(jià)莫爾理論的評價(jià)剪破壞強(qiáng)度理論剪破壞強(qiáng)度理論優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 比較全面反映了巖石的強(qiáng)度特性。比較全面反映了巖石的強(qiáng)度特性。 真實(shí)地反映了巖石抗剪強(qiáng)度與正應(yīng)力有關(guān)的事實(shí)。真實(shí)地反映了巖石抗剪強(qiáng)度與正應(yīng)力有關(guān)的事實(shí)。 受拉區(qū)閉合，范圍小，反映了巖石抗拉強(qiáng)度低的事實(shí)，三向等拉時(shí)，受拉區(qū)閉合，范圍小，反映了巖石抗拉強(qiáng)度低的事實(shí)，三向等拉時(shí)，縮于曲線與縮于曲線與軸的交點(diǎn)，三向等拉是會破壞的。軸的交點(diǎn)，三向等拉是會破壞的。 受壓區(qū)是開放的，

22、三向等壓時(shí)，莫爾圓縮為一點(diǎn)，不能與強(qiáng)度曲線受壓區(qū)是開放的，三向等壓時(shí)，莫爾圓縮為一點(diǎn)，不能與強(qiáng)度曲線相切，故認(rèn)為三軸等壓時(shí)，巖石不會破壞。相切，故認(rèn)為三軸等壓時(shí)，巖石不會破壞。 莫爾理論簡單、實(shí)用、方便。莫爾理論簡單、實(shí)用、方便。問題：問題： 忽略了忽略了2影響，與試驗(yàn)有出入；影響，與試驗(yàn)有出入；對拉應(yīng)力區(qū)強(qiáng)度線形式研究不夠，也不適應(yīng)蠕變、膨脹等情況。對拉應(yīng)力區(qū)強(qiáng)度線形式研究不夠，也不適應(yīng)蠕變、膨脹等情況。3.3莫爾強(qiáng)度理論莫爾強(qiáng)度理論3.4 格里菲斯強(qiáng)度理論格里菲斯強(qiáng)度理論兩個(gè)基本事實(shí)：兩個(gè)基本事實(shí)：材料不是材料不是“親密無間的親密無間的”，而是存在微裂紋。巖石更是如此。，而是存在微裂紋。巖

23、石更是如此。材料的理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度差異較大。材料的理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度差異較大。A.A.Griffith 注意到上述事實(shí)，并認(rèn)為：注意到上述事實(shí)，并認(rèn)為：材料中有許多隨機(jī)分布的微細(xì)裂隙；材料的破壞不是受本身的強(qiáng)度控制，材料中有許多隨機(jī)分布的微細(xì)裂隙；材料的破壞不是受本身的強(qiáng)度控制，而是取決于材料內(nèi)部的微裂紋。而是取決于材料內(nèi)部的微裂紋。在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，裂隙端部會出現(xiàn)很大的拉應(yīng)力集中，當(dāng)某點(diǎn)的拉應(yīng)在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，裂隙端部會出現(xiàn)很大的拉應(yīng)力集中，當(dāng)某點(diǎn)的拉應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，裂隙端部會產(chǎn)生新的裂隙，或沿原有裂隙進(jìn)一力超過材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，裂隙端部會產(chǎn)生新的裂隙，或沿原有裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，裂

24、隙發(fā)展的方向最后與最大主應(yīng)力方向平行，并導(dǎo)致材料的脆性步擴(kuò)展，裂隙發(fā)展的方向最后與最大主應(yīng)力方向平行，并導(dǎo)致材料的脆性破壞。破壞。Griffith最初從能量觀點(diǎn)研究這一問題，建立了最初從能量觀點(diǎn)研究這一問題，建立了裂紋擴(kuò)展的能量準(zhǔn)則。裂紋擴(kuò)展的能量準(zhǔn)則。后來又用應(yīng)力的觀點(diǎn)研究，建立了后來又用應(yīng)力的觀點(diǎn)研究，建立了裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力準(zhǔn)則裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力準(zhǔn)則。(一一)裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力準(zhǔn)則裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力準(zhǔn)則3.4格里菲斯強(qiáng)度理論格里菲斯強(qiáng)度理論所謂應(yīng)力法則是從裂紋尖端的局部應(yīng)力場導(dǎo)出裂紋擴(kuò)展的臨界條件。所謂應(yīng)力法則是從裂紋尖端的局部應(yīng)力場導(dǎo)出裂紋擴(kuò)展的臨界條件。巖石內(nèi)裂紋是否擴(kuò)展：巖石內(nèi)裂紋是否擴(kuò)展： 裂紋

25、尖端的應(yīng)力集中程度裂紋尖端的應(yīng)力集中程度裂紋尖端附近巖石的抗拉強(qiáng)度。裂紋尖端附近巖石的抗拉強(qiáng)度。、裂紋尖端的應(yīng)力集中、裂紋尖端的應(yīng)力集中裂紋的形狀近似一扁平的橢圓孔；裂紋的形狀近似一扁平的橢圓孔；巖石性質(zhì)的局部變化忽略不計(jì)；巖石性質(zhì)的局部變化忽略不計(jì)；相鄰裂紋之間互不影響；相鄰裂紋之間互不影響；橢圓形裂紋周圍的應(yīng)力系統(tǒng)作為橢圓形裂紋周圍的應(yīng)力系統(tǒng)作為平面問題處理。平面問題處理。 設(shè)設(shè)2sin22cos222cos223131313131xyyxxybbayxyyyyyyxxxxxx222222222sincoscossin)1 (2cossin)21(sincos)2(mmmmmmxyxyb1

26、cossin0，時(shí)，22)(2mmxyyb扁平橢圓孔在應(yīng)力作用下，孔周邊徑向應(yīng)力扁平橢圓孔在應(yīng)力作用下，孔周邊徑向應(yīng)力0，切向應(yīng)力由下式確定：，切向應(yīng)力由下式確定：(彈性力學(xué)的彈性力學(xué)的Inglis公式公式)對于裂紋尖端附近：對于裂紋尖端附近：代入得：代入得：3.4格里菲斯強(qiáng)度理論格里菲斯強(qiáng)度理論軸比m=b/aa 偏心角x=acosy=bsin 顯然，如果我們知道裂紋的軸比顯然，如果我們知道裂紋的軸比m，以及尖端的抗拉強(qiáng)度，強(qiáng)度條件就可以建立了。，以及尖端的抗拉強(qiáng)度，強(qiáng)度條件就可以建立了。尖端tm但是以這種方式確定：但是以這種方式確定：極限)(bm事實(shí)上，只要能確定：事實(shí)上，只要能確定：就可以

27、了。就可以了。是幾乎不可能的，也沒有必要。是幾乎不可能的，也沒有必要。極限)(bm確定確定假設(shè)：巖石在單軸極限拉伸應(yīng)力下，假設(shè)：巖石在單軸極限拉伸應(yīng)力下，tyxy 和單軸拉伸下0tbm2)(極限 )(1122xyyyxym )(122xyyybm)(22xyyybm或或得：得：3.4格里菲斯強(qiáng)度理論格里菲斯強(qiáng)度理論3.4格里菲斯強(qiáng)度理論格里菲斯強(qiáng)度理論)(42yttxy以以y、xy表示的破裂準(zhǔn)則：表示的破裂準(zhǔn)則：當(dāng)裂紋長軸方向的正應(yīng)力當(dāng)裂紋長軸方向的正應(yīng)力y和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力xy滿足上式，裂紋將要破裂擴(kuò)展。滿足上式，裂紋將要破裂擴(kuò)展。 、 裂紋破裂初始準(zhǔn)則裂紋破裂初始準(zhǔn)則曲率半徑2 t2 t以以

28、1、 3表示的破裂準(zhǔn)則：表示的破裂準(zhǔn)則：2cos222cos22232123213131bm裂紋尖端附近最大切向應(yīng)力，隨裂紋傾角裂紋尖端附近最大切向應(yīng)力，隨裂紋傾角而變化。對于存在多個(gè)方向裂紋的巖而變化。對于存在多個(gè)方向裂紋的巖石，顯然存在一個(gè)最易、最先發(fā)生破裂的裂紋方向。石，顯然存在一個(gè)最易、最先發(fā)生破裂的裂紋方向。02cos2222sin)(2sin223212321232131ddb令令最易、最先發(fā)生破裂的裂紋方向：最易、最先發(fā)生破裂的裂紋方向：后面兩個(gè)極值發(fā)生在與后面兩個(gè)極值發(fā)生在與1斜交的裂紋中。斜交的裂紋中。)(22cos02cos222)(2313123212321232131，得到由代入得兩個(gè)極值：代入得兩個(gè)極值：)(4)3)(3()(313131極值bm)(4)()(31231極值bm和和3