2巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)ppt課件

1、第二章第二章 巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì) 巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)是巖體最基本、最巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)是巖體最基本、最重要的性質(zhì)之一，也是巖石力學(xué)學(xué)科中研究最重要的性質(zhì)之一，也是巖石力學(xué)學(xué)科中研究最早、最完善的內(nèi)容之一。早、最完善的內(nèi)容之一。 第一節(jié)第一節(jié) 基本物理性質(zhì)基本物理性質(zhì) 一、巖石的質(zhì)量指標(biāo)一、巖石的質(zhì)量指標(biāo)（一密度和比重（一密度和比重 1、巖石的密度：單位體積內(nèi)巖石的質(zhì)量。、巖石的密度：單位體積內(nèi)巖石的質(zhì)量。巖石含：固相、液相、氣相。巖石含：固相、液相、氣相。三相比例不同而密度不同。三相比例不同而密度不同。（2 2飽和密度：巖石中的孔隙被水充填時的單飽和密度：巖石

2、中的孔隙被水充填時的單 位體積質(zhì)量水中浸位體積質(zhì)量水中浸4848小時）小時） （1天然密度：自然狀態(tài)下，單位體積質(zhì)量 VG/)/(31mKNVVGWVdGG巖石總質(zhì)量；巖石總質(zhì)量；VV總體積?？傮w積。VVVV孔隙體積孔隙體積（3干密度：巖塊中的孔隙水全部蒸發(fā)后的單位體積質(zhì)量108烘24h） VGc/12、巖石的比重：巖石固體質(zhì)量G1與同體積水在4時的質(zhì)量比VC固體積； 水的比重)/(1WCVGWG1巖石固體的質(zhì)量。（KN/m3） CVVVe/VVnV/WcVVCVCVGnnnVVVVVVVVVVVe/11/二、巖石的孔隙性：反映裂隙發(fā)育程度的指標(biāo)（一孔隙比VV孔隙體積水銀充填法求出）（二孔隙率

3、V=VC+VVen關(guān)系關(guān)系cd/)(天然狀態(tài)下飽和狀態(tài)下三、巖石的水理性質(zhì)三、巖石的水理性質(zhì)（一含水性（一含水性1、含水量：巖石孔隙中含水量GW與固體質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)W=GW/G1（%）2、吸水率：巖石吸入水的質(zhì)量與固體質(zhì)量之比Wd= （%）吸水率是一個間接反映巖石內(nèi)孔隙多少的指標(biāo) Adxdhkqxdxdh（二滲透性（二滲透性 在一定的水壓作用下，水穿透巖石的能力。反映了巖石中裂隙向相互連通的程度，大多滲透性可用達(dá)西Darcy定律描述：水頭變化率；qx沿x方向水的流量；h水頭高度； A垂直x方向的截面面積；k滲透系數(shù)。 四、巖石的抗風(fēng)化指標(biāo)3類）(1)(1)軟化系數(shù)表示抗風(fēng)化能力的指標(biāo)）軟化系

4、數(shù)表示抗風(fēng)化能力的指標(biāo)）Rcc干燥單軸抗壓強度、 Rcd飽和單軸抗壓強度；（）越小，表示巖石受水的影響越大。cdccRR /1耐崩解性指數(shù)是通過對巖石試件進(jìn)行烘干，浸水循環(huán)試驗所得的指標(biāo)。試驗時，將烘干的試塊，約500g，分成10份，放入帶有篩孔的圓筒內(nèi)，使圓筒在水槽中以20rs速度連續(xù)轉(zhuǎn)10分鐘，然后將留在圓筒內(nèi)的石塊取出烘干稱重。如此反復(fù)進(jìn)行兩次，按下式計算耐崩解性指數(shù)：(2)(2)巖石耐崩解性指數(shù)巖石耐崩解性指數(shù)試驗前的試件烘干質(zhì)量試驗前的試件烘干質(zhì)量 ；殘留在筒內(nèi)的試件烘；殘留在筒內(nèi)的試件烘干質(zhì)量干質(zhì)量rmsm%/2srdmmI 1、自由膨脹率：無約束條件下，浸水后脹變形與原尺寸 之比

5、軸向自由膨脹 （%）H試件高度 徑向自由膨脹 （%）D直徑 HHVH/DDVD/返回返回（三巖石的膨脹性（三巖石的膨脹性評價膨脹性巖體工程的穩(wěn)定。第二節(jié)第二節(jié) 巖石的強度特性巖石的強度特性工程師對材料提出兩個問題 1 最大承載力許用應(yīng)力 ？ 2 最大允許變形許用應(yīng)變 ？本節(jié)討論 問題強度：材料受力時抵抗破壞的能力。強度單向抗壓強度單向抗拉強度剪切強度三軸壓縮真三軸假三軸一 巖石的單軸抗壓強度1.定義：指巖石試件在無側(cè)限的條件下，受軸向壓力作用定義：指巖石試件在無側(cè)限的條件下，受軸向壓力作用破壞時單位面積上承受的荷載。破壞時單位面積上承受的荷載。 APRc/ 式中：P無側(cè)限的條件下的軸向破壞荷載

6、 A試件界面積2.2.試件方法：試件方法： 圓柱形試件：4.85.2cm ，高H=（22.5) 長方體試件：邊長L= 4.85.2cm , 高H=（22.5)L 試件兩端不平度0.5mm；尺寸誤差0.3mm; 兩端面垂直于軸線0.25o（1試件標(biāo)準(zhǔn)：3.3.單向壓縮試件的破壞形態(tài)單向壓縮試件的破壞形態(tài)破壞形態(tài)有兩類：（1圓錐形破壞 原因：壓板兩端存在摩擦力，箍作用又稱端部效應(yīng)），在工程中也會出現(xiàn)。（2柱狀劈裂破壞 張拉破壞巖石的抗拉強度遠(yuǎn)小于抗壓強度） 是巖石單向壓縮破壞的真實反映消除了端部效應(yīng)）消除試件端部約束的方法 潤滑試件端部如墊云母片；涂黃油在端部） 加長試件 破壞形態(tài)是表現(xiàn)破壞機理的

7、重要特征；破壞形態(tài)是表現(xiàn)破壞機理的重要特征；其主要影響因素：應(yīng)力狀態(tài)其主要影響因素：應(yīng)力狀態(tài) 試驗條件試驗條件4.4.影響單軸抗壓強度的主要因素影響單軸抗壓強度的主要因素（1承壓板端部的摩擦力及其剛度加墊塊的依據(jù)）（2試件的形狀和尺寸 形狀：圓形試件不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，好加工 尺寸：大于礦物顆粒的10倍； 50的依據(jù) 高徑比：研究表明；h/d(23)較合理（3加載速度 加載速度越大，表現(xiàn)強度越高(見圖25) 我國規(guī)定加載速度為0.5 1.0MPa/s（4環(huán)境 含水量：含水量越大強度越低；巖石越軟越明顯，對泥巖、粘土等軟弱巖體，干燥強度是飽和強度的23倍。見表22 溫度：180以下不明顯：大于18

8、0，溫度越高強度越小。二二 巖石的抗拉強度巖石的抗拉強度1. 1. 定義：巖石試件在受到軸向拉應(yīng)力后其試件發(fā)生破壞時定義：巖石試件在受到軸向拉應(yīng)力后其試件發(fā)生破壞時的單位面積上所受的拉力。的單位面積上所受的拉力。 由于試件不易加工，除研究直接的拉伸的夾具外，研究由于試件不易加工，除研究直接的拉伸的夾具外，研究了大量的間接試驗方法。了大量的間接試驗方法。2. 2. 直接拉伸法直接拉伸法 抗拉強度抗拉強度APRt/關(guān)鍵技術(shù)試件和夾具之間的連接加力P與試件同心3. 3. 間接方法間接方法IMCt/巖石是各向同性的線彈性材料巖石是各向同性的線彈性材料滿足平面假設(shè)的對稱面內(nèi)彎曲滿足平面假設(shè)的對稱面內(nèi)彎曲

9、適用條件：（1抗彎法梁的三點彎曲試驗） 抗拉強度 三點彎曲梁內(nèi)的最大拉應(yīng)力；梁發(fā)生破壞時 的 就是tttRM 作用在試件上的最大彎矩C 梁邊緣到中性軸的距離I 梁截面繞中性軸的慣性矩 （2 2劈裂法巴西法），對稱徑向壓裂法劈裂法巴西法），對稱徑向壓裂法 由巴西人由巴西人HondrosHondros提出提出ttR要求荷載沿軸向均勻分布破壞面必須通過試件的直徑注： 端部效應(yīng) 并非完全單向應(yīng)力試件：實心圓柱50mm； 25mm試驗：徑向壓縮破壞張開）計算公式：由彈性力學(xué)Boursinesq公式Dtpt/2式中： 試驗中心的最大拉應(yīng)力，即p 試驗中破壞時的壓力D 試件的直徑t 試件的厚度（3 3點荷載

10、試驗法點荷載試驗法是上世紀(jì)發(fā)展起來的一種簡便的現(xiàn)場試驗方法。試件：任何形狀，尺寸大致5cm，不做任何加工。試驗：在直接帶到現(xiàn)場的點荷載儀上，加載劈裂破壞。 2/ DPI IRt96.015196. 0151iitIR計算： 式中：P 試件破壞時的極限 D 加載點試件的厚度統(tǒng)計公式：要求:（由于離散性大），每組15個，取均值，即建議：用5cm的鉆孔巖芯為試件。三三 巖石的抗剪強度巖石的抗剪強度1. 1. 定義定義 指一定的應(yīng)力條件下主要指壓應(yīng)力），所能抵指一定的應(yīng)力條件下主要指壓應(yīng)力），所能抵抗的抗的最大剪應(yīng)力常用最大剪應(yīng)力常用 表示表示 2. 2. 類型：類型：a.抗剪斷試驗b.抗切斷試驗c.

11、弱面抗剪試驗3. 3. 室內(nèi)試驗抗切斷試驗）室內(nèi)試驗抗切斷試驗） 試驗試驗 楔形剪切儀，加載裝置楔形剪切儀，加載裝置 計算公式計算公式cossinsincosfPQfPN式中：式中： p p壓力機的總壓力壓力機的總壓力 試件傾角試件傾角 f f 圓柱形滾子與上下壓板的摩擦系數(shù)圓柱形滾子與上下壓板的摩擦系數(shù)抗剪斷儀抗剪斷儀cossinsincosfPQfPNQQNNPfP剪切破壞面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力為：cossinsincosfFPFQfFPFN巖石的抗剪斷巖石的抗剪斷曲線強度曲線）曲線強度曲線） 改變夾具傾角改變夾具傾角；在在3030度到度到7070度之間度之間做一組大于做一組大于5 5次不同

12、次不同的試驗，記錄所的試驗，記錄所得的得的 ，值；由該組值作曲線近似直值；由該組值作曲線近似直線得方程線得方程ctan 式中式中 tan巖石抗剪切內(nèi)摩擦系數(shù)巖石抗剪切內(nèi)摩擦系數(shù) c 巖石的粘結(jié)力內(nèi)聚力）巖石的粘結(jié)力內(nèi)聚力）巖石在三向壓縮應(yīng)力作用下的強度巖石在三向壓縮應(yīng)力作用下的強度1. 1. 定義定義 指在不同三向壓縮應(yīng)力作用下巖石抵抗外荷指在不同三向壓縮應(yīng)力作用下巖石抵抗外荷載的最大應(yīng)力載的最大應(yīng)力ff321, 2. 2. 三向壓縮試驗簡介三向壓縮試驗簡介 （1 1） 真三軸真三軸 見圖見圖 （2 2） 假三軸假三軸 見圖見圖00003213213.3.三軸壓縮試驗的破壞類型三軸壓縮試驗的破

13、壞類型4.4.巖石三向壓縮強度的影響因素巖石三向壓縮強度的影響因素（1側(cè)壓力的影響 圍壓越大，軸向壓力越大（2加載途徑對巖石三向壓縮強度影響圖2-13） A、B、C三條虛線是三個不同的加載途徑，加載途徑對巖的最終三向壓縮強度影響不大。（3孔隙水壓力對巖石三向壓縮強度的影響 孔隙水壓力使有效應(yīng)力圍壓減小 強度降低無水有水返回返回第三節(jié)第三節(jié) 巖石的變形特性巖石的變形特性說明變形分析的重要性直觀、易測、建說明變形分析的重要性直觀、易測、建立模型、原則）立模型、原則）一、巖石在單軸壓縮應(yīng)力作用下的變形特性（一普通試驗機下的變形特性應(yīng)力、應(yīng)變曲線形狀與巖性有關(guān) 1、典型的巖石應(yīng)力、應(yīng)變曲線a.a.分三

14、全階段分三全階段（1 1原生微裂隙壓密階段原生微裂隙壓密階段OAOA級）級）特點：特點： 曲線，應(yīng)變率隨應(yīng)力增加而減?。磺€，應(yīng)變率隨應(yīng)力增加而減?。?塑性變形變形不可恢復(fù)）塑性變形變形不可恢復(fù)）原因：微裂隙閉合壓密）原因：微裂隙閉合壓密）（2 2彈性變形階段彈性變形階段ABAB段）段）特點：特點： 曲線是直線；彈性模量，曲線是直線；彈性模量，E E為常為常數(shù)變形可恢復(fù)）數(shù)變形可恢復(fù)）原因：巖石固體部分變形，原因：巖石固體部分變形，B B點開始屈服，點開始屈服，B B點對應(yīng)的點對應(yīng)的應(yīng)力為屈服極限應(yīng)力為屈服極限 。 1111B（3 3塑性變形階段塑性變形階段BCBC）特點：特點： 曲線曲線 ，

15、軟化，軟化現(xiàn)象；塑性變形，變形不可恢復(fù)；應(yīng)變現(xiàn)象；塑性變形，變形不可恢復(fù)；應(yīng)變速率不斷增大。速率不斷增大。原因：新裂紋產(chǎn)生，原生裂隙擴展。原因：新裂紋產(chǎn)生，原生裂隙擴展。巖石越硬，巖石越硬，BCBC段越短，脆性性質(zhì)越顯著。段越短，脆性性質(zhì)越顯著。脆性：應(yīng)力超出屈服應(yīng)力后，并不表現(xiàn)出明脆性：應(yīng)力超出屈服應(yīng)力后，并不表現(xiàn)出明顯的塑性變形的特性，而破壞，即為脆性破顯的塑性變形的特性，而破壞，即為脆性破壞。壞。111b.b.彈性常數(shù)與強度的確定彈性常數(shù)與強度的確定彈性模量國際巖石力學(xué)學(xué)會彈性模量國際巖石力學(xué)學(xué)會ISRHISRH建議三種建議三種方法方法 初始模量初始模量 割線模量割線模量 切線模量切線模

16、量極限強度極限強度 00ddE5050/E50/ddEtcc2 2、反復(fù)循環(huán)加載曲線、反復(fù)循環(huán)加載曲線特點：特點：卸載應(yīng)力越大，卸載應(yīng)力越大，塑性滯理越大原塑性滯理越大原因：由裂隙的擴大，因：由裂隙的擴大，能量的消耗）；能量的消耗）； 卸載線，相互平卸載線，相互平行；行； 反復(fù)加、卸載、反復(fù)加、卸載、曲線、總趨勢保持曲線、總趨勢保持不變有不變有“記憶功記憶功 能能”）。）。3 3、巖石應(yīng)力、巖石應(yīng)力- -應(yīng)變曲線形態(tài)的類型應(yīng)變曲線形態(tài)的類型（1 1直線型：彈性、脆性直線型：彈性、脆性石英巖、玄武巖、堅硬砂巖。石英巖、玄武巖、堅硬砂巖。（2 2下凹型：彈下凹型：彈塑性塑性石灰?guī)r、粉砂巖；軟化效應(yīng)

17、。石灰?guī)r、粉砂巖；軟化效應(yīng)。（3 3上凹型：塑上凹型：塑彈性彈性硬化效應(yīng)，原生裂隙壓密，實體部分堅硬的硬化效應(yīng)，原生裂隙壓密，實體部分堅硬的巖石。例如：片麻巖。巖石。例如：片麻巖。（4 4S S型：塑型：塑彈彈塑型塑型多孔隙，實體部分較軟的巖石：沉積巖多孔隙，實體部分較軟的巖石：沉積巖頁巖）頁巖）（二剛性試驗機下的單向壓縮的變形特性（二剛性試驗機下的單向壓縮的變形特性 普通試驗機得到峰值應(yīng)力前的變形特性，普通試驗機得到峰值應(yīng)力前的變形特性，多數(shù)巖石在峰值后工作。多數(shù)巖石在峰值后工作。注：注：C點不是破壞的點不是破壞的開場開始點開場開始點B），），也不是破壞的終。也不是破壞的終。說明：崩潰原因，

18、說明：崩潰原因，Salamon1970年提年提出了剛性試驗機下出了剛性試驗機下的曲線。的曲線。剛剛性性機機（1 1剛性試驗機工作簡介剛性試驗機工作簡介壓力機加壓貯存彈性應(yīng)壓力機加壓貯存彈性應(yīng)能）能）巖石試件達(dá)峰點強度釋巖石試件達(dá)峰點強度釋放放應(yīng)變能導(dǎo)致試件崩潰。應(yīng)變能導(dǎo)致試件崩潰。AAO2O1AAO2O1面積面積峰點后，峰點后，巖塊產(chǎn)生微小位移所需的巖塊產(chǎn)生微小位移所需的能。能。ACO2O1ACO2O1面積面積峰點后，峰點后，剛體機釋放的能貯存的剛體機釋放的能貯存的能）。能）。ABO2O1ABO2O1峰點后，峰點后，普通機釋放的能貯存的普通機釋放的能貯存的能）。能）。（2 2應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)^程曲

19、線形態(tài)應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)^程曲線形態(tài)在剛性機下，峰值前后的全部應(yīng)力、應(yīng)變曲線在剛性機下，峰值前后的全部應(yīng)力、應(yīng)變曲線分四個階段：分四個階段：1-31-3階段同普通試驗機。階段同普通試驗機。 4 4階段應(yīng)變軟化階段階段應(yīng)變軟化階段 特點：特點： 巖石的原生和新生裂隙貫穿，到達(dá)巖石的原生和新生裂隙貫穿，到達(dá)D點，點，靠碎塊間的摩擦靠碎塊間的摩擦 力承載，故力承載，故 稱為殘稱為殘余應(yīng)力。余應(yīng)力。 承載力隨著應(yīng)變增加而減少，有明顯的軟承載力隨著應(yīng)變增加而減少，有明顯的軟化現(xiàn)象?；F(xiàn)象。（3全應(yīng)力全應(yīng)力應(yīng)變曲線的補充性質(zhì)應(yīng)變曲線的補充性質(zhì) 近似對稱性近似對稱性 B點后卸載有殘余應(yīng)變，重復(fù)加載沿另一點后卸載有

20、殘余應(yīng)變，重復(fù)加載沿另一曲線上升形成滯環(huán)曲線上升形成滯環(huán)(hysteresis) ，加載曲線不，加載曲線不過原卸載點，但鄰近和原曲線光滑銜接。過原卸載點，但鄰近和原曲線光滑銜接。D C點后有殘余應(yīng)變，重復(fù)加載滯環(huán)變大，反復(fù)加卸載隨著變形的增加，塑性滯環(huán)的斜率降低，總的趨勢不變。C點后，可能會出現(xiàn)壓應(yīng)力下的體積增大現(xiàn)象，稱此為擴容(dilatancy)現(xiàn)象。一般巖的 =0.15-0.35， 當(dāng) 0.5時，就是擴容.體積應(yīng)變 :2/10)21 (1321e(3)(3)克服巖石試件單向壓縮時生產(chǎn)爆裂的途徑克服巖石試件單向壓縮時生產(chǎn)爆裂的途徑提高試驗機的剛度提高試驗機的剛度改變峰值后的加載方式改變峰值

21、后的加載方式伺服控制試件的位移伺服控制試件的位移普通試驗機附加剛性組件的試驗裝置提高試驗的剛度）1巖石試件；2、6電阻應(yīng)變片；3金屬圓筒；4位移計；5鋼墊塊伺服試驗機原理示意圖1.巖石試件；2.墊塊；3.上壓板；4.下壓板；5.位移傳感器。（一）（一） 時變形規(guī)律見圖時變形規(guī)律見圖越大，越大，E E越大越大二、巖石在三向壓應(yīng)力下的變形特性3232Bc（二當(dāng)為常數(shù)時，巖石的變形特性（二當(dāng)為常數(shù)時，巖石的變形特性 （1） ；（2E基本不受 變化影響 （3） 脆性增強。 （三） 為常數(shù)時，巖石的變形特性 （1） 不變；（2） E不變； （3永保塑性變形的特性， 塑性變形增大。B2223B3233（四

22、巖石的體積應(yīng)變特性（四巖石的體積應(yīng)變特性 擴容現(xiàn)象：巖石在壓力下，發(fā)生非線性體積膨脹。321VVV三、巖石的流變特性 彈性可恢復(fù)） 與時間無關(guān)的變形 塑性不恢復(fù)） 與時間有關(guān)的流變 蠕變：應(yīng)力恒定，巖石應(yīng)變隨時間增大，所產(chǎn)生的變形稱為 蠕變又稱為流變）。松馳：應(yīng)變恒定，巖石中的應(yīng)力隨時間減少，這種現(xiàn)象稱“松 馳”。巖石變形蠕變松弛巖石的時間效應(yīng)（一典型的蠕變曲線分三階段）（一典型的蠕變曲線分三階段） 1 1、初始蠕變階段瞬變?nèi)渥冸A段、初始蠕變階段瞬變?nèi)渥冸A段ABAB。特點：特點： 有瞬時應(yīng)變有瞬時應(yīng)變 （OAOA）；）； ，應(yīng)，應(yīng)變率隨時間增長而減??；卸載后，有瞬時恢復(fù)變形，后變率隨時間增長而

23、減??；卸載后，有瞬時恢復(fù)變形，后彈性后效，彈性后效，變形經(jīng)過一段時間后，逐漸恢復(fù)的彈性后效，彈性后效，變形經(jīng)過一段時間后，逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象。現(xiàn)象。2 2、穩(wěn)定蠕變階段、穩(wěn)定蠕變階段BCBC）（較長）（較長）特點：應(yīng)變率特點：應(yīng)變率 為常量；卸載：有瞬彈性恢復(fù)，彈后，為常量；卸載：有瞬彈性恢復(fù)，彈后，粘流，粘性流動，不可恢復(fù)的永變形。粘流，粘性流動，不可恢復(fù)的永變形。3 3、非穩(wěn)定蠕變階段蠕變破壞階段）、非穩(wěn)定蠕變階段蠕變破壞階段）特點：特點： 劇烈增加；劇烈增加； 曲線；一般此階段比較曲線；一般此階段比較短暫。短暫。0t典型蠕變曲（二巖石蠕變的影響因素（二巖石蠕變的影響因素 （1 1巖石的力學(xué)性

24、質(zhì)巖石的力學(xué)性質(zhì) （強度，礦物組成）（強度，礦物組成）應(yīng)力水平應(yīng)力水平 第二階段越長；第二階段越長； 小到一定程度，小到一定程度，第三蠕變不會出現(xiàn)；第三蠕變不會出現(xiàn)； 很高，第二階段短，很高，第二階段短，立即進(jìn)入三階段立即進(jìn)入三階段t（2 2溫度對蠕變的影響溫度對蠕變的影響 總的應(yīng)變量越小?？偟膽?yīng)變量越小。 第二階段的斜率，溫度高，斜率越小。第二階段的斜率，溫度高，斜率越小。（3 3濕度濕度 飽和試件第二階段飽和試件第二階段 和總應(yīng)變量都將和總應(yīng)變量都將大于干燥狀態(tài)下的試件結(jié)果。大于干燥狀態(tài)下的試件結(jié)果。t（三蠕變特性和常規(guī)變形特性的聯(lián)系（三蠕變特性和常規(guī)變形特性的聯(lián)系四、長期強度的的確方法四

25、、長期強度的的確方法 由蠕變試驗曲線確定巖石的長時強度由蠕變試驗曲線確定巖石的長時強度由長時恒載破壞試驗確定巖石的長時強度五、巖石介質(zhì)的力學(xué)模型 巖石性質(zhì)變化范圍大，用多種模型來表述。主要性質(zhì)：彈性、塑性、粘性流變）。（一基本介質(zhì)模型 1、彈性模型 2、理想塑性( 屈服應(yīng)力 ) 3、有硬化的塑性 k塑性硬化系數(shù)E持續(xù)增長0000k/00004、粘性模型 粘性系數(shù)poise；poise=0.1N.S/m2） tdtd（二常用的巖石介質(zhì)模型（彈、塑、粘三種基本模型的組合）（彈、塑、粘三種基本模型的組合）1 1、彈塑性介質(zhì)模型、彈塑性介質(zhì)模型（1 1無塑性硬化作用理想塑性）無塑性硬化作用理想塑性）

26、（2 2有塑性硬化作用有塑性硬化作用持續(xù)增長00E1000KEE塑性硬化2 2、粘彈性介質(zhì)模型、粘彈性介質(zhì)模型最簡單的粘彈模型：（最簡單的粘彈模型：（1Maxwell；（；（2Kelvin（1Maxwell模型模型模型：模型： 串聯(lián)串聯(lián)E串聯(lián)模型：電流相等，總電壓等分電壓之和;每個元素的力相等；總應(yīng)變=分應(yīng)變之和。 求本構(gòu)關(guān)系：求本構(gòu)關(guān)系：EEeeENNettNN所以Maxwell的本構(gòu)關(guān)系為： 蠕變方程：松馳方程是：性質(zhì)：有彈性變形、粘性流動，有松馳 的是 ttEc.,.應(yīng)變時間曲線t 加載卸載t應(yīng)力時間曲線tE00tEc1/)(,ttC（2 2kelvinkelvin模型模型 基本模型，兩

27、元件并聯(lián)本構(gòu)關(guān)系：所以本構(gòu)關(guān)系 為一階常系數(shù)微分方程，初始條件dtdE0/0tVEVE,解之： 蠕變方程。蠕變曲線的漸近線。t=t1時卸載，則由本構(gòu)關(guān)系得：當(dāng)t=t1時開始卸載，卸載蠕變方程后效） tEeE10Et01t1/.1ntEtce1/.1tEtect0dtdE0tEce)(11ttEte描述的性質(zhì)描述的性質(zhì) a. 無瞬時彈性變形無瞬時彈性變形 b. 無粘性流動無粘性流動 （無永久變形）（無永久變形） c. 有彈性后效有彈性后效 d. 無松弛無松弛應(yīng)變隨時間變化曲線松弛取應(yīng)變?yōu)槌?shù)代入本構(gòu)關(guān)系得：E可見無松弛?；驹c二元件模型蠕變曲線對比（三多元件模型簡介廣義kelvin模型 廣義

28、kelvin模型蠕變曲線Poynting-Thomson返回返回 第四節(jié)第四節(jié) 巖石的強度理論巖石的強度理論 由正應(yīng)力和剪應(yīng)力組合作用使巖石產(chǎn)生破壞受拉破壞、拉剪破壞，壓剪破壞） 莫爾包絡(luò)線一、莫爾強度理論一、莫爾強度理論Mohr 1900Mohr 1900年提出，莫爾強度準(zhǔn)則）年提出，莫爾強度準(zhǔn)則）（一基本思想（一基本思想以脆性材料、鑄鐵） 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析為基礎(chǔ)；不考慮中間主應(yīng)力對巖石 強度的影響；忽略了對強度的影響忽略了對強度的影響)(f2（三庫倫（三庫倫莫爾強度理論原則）莫爾強度理論原則）CACoulomb1773年提出是莫爾準(zhǔn)則的一特例簡潔、應(yīng)用簡便（二強度曲線（二強度曲線莫爾圖包絡(luò)

29、線莫爾圖包絡(luò)線表達(dá)式：表達(dá)式：由于巖石的力學(xué)性質(zhì)所致，莫爾包線向應(yīng)力增大的由于巖石的力學(xué)性質(zhì)所致，莫爾包線向應(yīng)力增大的方向開放，單向抗拉強度小于單向抗壓強度；單向方向開放，單向抗拉強度小于單向抗壓強度；單向抗拉區(qū)小于單向抗壓區(qū)?？估瓍^(qū)小于單向抗壓區(qū)。應(yīng)用實例說明應(yīng)用實例說明（1 1實驗基礎(chǔ)：巖土材料壓剪或三軸試驗和實驗基礎(chǔ)：巖土材料壓剪或三軸試驗和 純剪。純剪。（2 2破壞機理：（基本思想材料屬壓剪破破壞機理：（基本思想材料屬壓剪破壞，剪切破壞力的一部分用來克服與正應(yīng)力壞，剪切破壞力的一部分用來克服與正應(yīng)力無關(guān)的粘聚力，使材料顆粒間脫離聯(lián)系；另無關(guān)的粘聚力，使材料顆粒間脫離聯(lián)系；另一部分剪切破壞力用來克服與正應(yīng)力成正比一部分剪切破壞力用來克服與正應(yīng)力成正比的摩摩力，使面內(nèi)錯動而最終破壞。的摩摩力，使面內(nèi)錯動而最終破壞。tgtgf 內(nèi)摩擦系數(shù)（3 3數(shù)學(xué)表達(dá)式：數(shù)學(xué)表達(dá)式： （4主應(yīng)力表示22sin3131ctg（2-42） c31sin1sin1sin1cos2Cc03tctc/,031222)245()245(sin1sin1tgtgctg2450由式2-42推出：（243）其中為塑性指數(shù) ；當(dāng)時，c1；為拉壓指數(shù)。（5 5破壞方向角破壞方向角1n（） 強度曲線傾斜向上說明抗剪強度與壓應(yīng)力成正比。 受拉