[物理]第2章 巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)ppt課件

1、第第 二二 章章 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)1本章內(nèi)容：本章內(nèi)容： 2 2-1-1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 2-2 2-2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 2-2-3 3 巖石的流變性（時(shí)效性、粘性）巖石的流變性（時(shí)效性、粘性） 2-2-4 4 巖石的各向異性巖石的各向異性 2-2-5 5 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素 2-6 2-6 巖石的強(qiáng)度理論巖石的強(qiáng)度理論 2計(jì)劃學(xué)時(shí)：計(jì)劃學(xué)時(shí)：13 1 1、巖石的基本物理性質(zhì)；、巖石的基本物理性質(zhì)； 2 2、巖石單軸壓縮變形特性：、巖石單軸壓縮變形特性：應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線及工程意義；應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線

2、及工程意義； 3 3、巖石的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度及其實(shí)驗(yàn)室測定方法；、巖石的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度及其實(shí)驗(yàn)室測定方法； 4 4、巖石在三軸壓縮條件下的力學(xué)特性；、巖石在三軸壓縮條件下的力學(xué)特性； 5 5、莫爾強(qiáng)度理論、格里菲斯斷裂強(qiáng)度理論及判據(jù)；、莫爾強(qiáng)度理論、格里菲斯斷裂強(qiáng)度理論及判據(jù)； 6 6、巖體強(qiáng)度的各向異性；、巖體強(qiáng)度的各向異性； 7 7、巖石的流變性。、巖石的流變性。難點(diǎn)：難點(diǎn)：巖石的流變性。巖石的流變性。重點(diǎn)重點(diǎn):3 關(guān)鍵術(shù)語關(guān)鍵術(shù)語: 密度；重度；巖石的孔隙性；孔隙率；孔隙比；巖石的水理性；密度；重度；巖石的孔隙性；孔隙率；孔隙比；巖石的水理性；吸水率；飽水率；飽水系數(shù)；巖石的透

3、水性；滲透系數(shù)；巖石的碎吸水率；飽水率；飽水系數(shù)；巖石的透水性；滲透系數(shù)；巖石的碎脹性；碎脹系數(shù)；巖石的軟化性；軟化系數(shù)；脆性、塑性、延性、脹性；碎脹系數(shù)；巖石的軟化性；軟化系數(shù)；脆性、塑性、延性、粘性（流變性）；蠕變；松弛；彈性后效；擴(kuò)容；巖石的強(qiáng)度；抗粘性（流變性）；蠕變；松弛；彈性后效；擴(kuò)容；巖石的強(qiáng)度；抗壓強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度；抗剪強(qiáng)度；壓強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度；抗剪強(qiáng)度；峰值強(qiáng)度；長期強(qiáng)度；殘余強(qiáng)度；峰值強(qiáng)度；長期強(qiáng)度；殘余強(qiáng)度；巖石的變形；全應(yīng)力應(yīng)變曲線；剛性壓力機(jī)；強(qiáng)度理論。巖石的變形；全應(yīng)力應(yīng)變曲線；剛性壓力機(jī)；強(qiáng)度理論。 要求：要求：1 1、須掌握本課程重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容；、須掌握本課程重點(diǎn)難點(diǎn)

4、內(nèi)容；2 2、了解巖石的擴(kuò)容；、了解巖石的擴(kuò)容；3 3、了解影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素；、了解影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素；4 4、理解巖石流變本構(gòu)模型。、理解巖石流變本構(gòu)模型。42.1 2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 巖石由固體，水，空氣等巖石由固體，水，空氣等三相三相組成。組成。 單位體積的巖石的質(zhì)量稱為巖石的單位體積的巖石的質(zhì)量稱為巖石的密度密度。 單位體積的巖石的重力稱為巖石的單位體積的巖石的重力稱為巖石的重度（容重）重度（容重）。 所謂單位體積就是包括孔隙體積在內(nèi)的體積。所謂單位體積就是包括孔隙體積在內(nèi)的體積。 （g/cmg/cm3 3），）， gg (kN /m(kN /m3

5、3) ) 巖石的密度可分為巖石的密度可分為天然密度天然密度、干密度干密度和和飽和密度飽和密度。相應(yīng)地，巖。相應(yīng)地，巖石的重度可分為石的重度可分為天然重度天然重度、干重度干重度和和飽和重度飽和重度。VW 一、密度（一、密度（）和重度）和重度()()5 1 1、巖石的天然密度（、巖石的天然密度（）和天然重度（）和天然重度（） 指指巖石巖石在在天然狀態(tài)下的密度和重度。天然狀態(tài)下的密度和重度。 VW （g/cm3）(kN /m3)g 式中：式中：WW天然狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量天然狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量(g(g；) ) V V巖石試件的體積巖石試件的體積(cm(cm3 3) )； gg重力加速度。重力加速度

6、。 2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 6 干密度是干密度是指巖石孔隙中的液體全部被蒸發(fā)后指巖石孔隙中的液體全部被蒸發(fā)后單位體積巖石的質(zhì)單位體積巖石的質(zhì)量量，相應(yīng)的重度即為干重度。，相應(yīng)的重度即為干重度。 ddWV 2 2、干密度（、干密度（d d）和干重度）和干重度(d d ) )（g/cmg/cm3 3）(kN /m(kN /m3 3) )gdd 式中：式中：W Wd d巖石試件烘干后的質(zhì)量巖石試件烘干后的質(zhì)量(g)(g)； VV巖石試件的體積巖石試件的體積(cm(cm3 3) )； gg重力加速度。重力加速度。 2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 7 3 3、飽和密度

7、（、飽和密度（ ）和飽和重度）和飽和重度(w w) ) 飽和密度就是飽水狀態(tài)下巖石試件的密度。飽和密度就是飽水狀態(tài)下巖石試件的密度。VWww 式中：式中：W WW W飽水狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量飽水狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量 (g)(g)； VV巖石試件的體積巖石試件的體積(cm(cm3 3) )； gg重力加速度。重力加速度。 gww （g/cm3）(kN /m3)2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 8 二、巖石的比重二、巖石的比重(G(Gs s) )巖石的巖石的比重比重：巖石固體的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比值。：巖石固體的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比值。巖石巖石固體體積固體體積：不包括孔隙體積在

8、內(nèi)的體積。：不包括孔隙體積在內(nèi)的體積。巖石的比重可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測定，其計(jì)算公式為：巖石的比重可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測定，其計(jì)算公式為： 式中：式中：G GS S巖石的比重；巖石的比重； W Ws s干燥巖石的質(zhì)量干燥巖石的質(zhì)量(g)(g); ; V Vs s巖石固體體積巖石固體體積(cm(cm3 3);); W 40C時(shí)水的密重。時(shí)水的密重。 2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) wsssVWG9 三、巖石的空隙性三、巖石的空隙性空隙空隙：巖石中孔隙和裂隙的總稱。巖石中孔隙和裂隙的總稱。小開型空隙小開型空隙空隙空隙閉型空隙閉型空隙開型空隙開型空隙大開型空隙大開型空隙 閉型空隙閉型空隙：巖石中不

9、與外界相通的空隙。：巖石中不與外界相通的空隙。 開型空隙開型空隙：巖石中與外界相通的空隙。包括大開型空隙和小開型：巖石中與外界相通的空隙。包括大開型空隙和小開型空隙?？障?。 在常溫下水能進(jìn)入大開型空隙，而不能進(jìn)入小開型空隙。只有在常溫下水能進(jìn)入大開型空隙，而不能進(jìn)入小開型空隙。只有在真空中或在在真空中或在150150個(gè)大氣壓以上，水才能進(jìn)入小開型空隙。個(gè)大氣壓以上，水才能進(jìn)入小開型空隙。 空隙空隙度度：指巖石的裂隙和孔隙發(fā)育程度，其衡量指標(biāo)為指巖石的裂隙和孔隙發(fā)育程度，其衡量指標(biāo)為空空隙隙率率(n)(n)或或空隙空隙比（比（e e）。）。2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 10 根據(jù)

10、巖石空隙類型不同，巖石的空隙率分為根據(jù)巖石空隙類型不同，巖石的空隙率分為： ( (1)1)總空隙率總空隙率n n (2) (2)大大開空隙率開空隙率n nb b (3) (3)小小開空隙率開空隙率n nl l (4) (4)總總開空隙開空隙率率n no o ( (5)5)閉空隙率閉空隙率n nc c一般提到巖石的空隙率時(shí)系指巖石的總空隙率。一般提到巖石的空隙率時(shí)系指巖石的總空隙率。 1 1、空隙率、空隙率2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 11 (1) (1)總總空隙率空隙率n: 即巖石試件內(nèi)即巖石試件內(nèi)空隙空隙的體積（的體積（V VV V) )占試件總體積占試件總體積( (V)V)

11、的百分比。的百分比。 (2) (2)大大開空隙率開空隙率n nb b: :即巖石試件內(nèi)大開型空隙的體積（即巖石試件內(nèi)大開型空隙的體積（V Vb b) )占試件占試件總體積總體積( (V)V)的百分比。的百分比。 100%vVnV100%bbVnV ( (3 3) )小開空隙率小開空隙率n nl l: :即巖石試件內(nèi)小開型空隙的體積（即巖石試件內(nèi)小開型空隙的體積（V VS S) )占試件占試件總體積總體積( (V)V)的百分比。的百分比。 2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) %100VVnll12 (4) (4)總開空隙率（總開空隙率（孔隙率）孔隙率）no: 即巖石試件內(nèi)開型空隙的總體

12、即巖石試件內(nèi)開型空隙的總體積（積（V V0 0) )占試件總體積占試件總體積( (V)V)的百分比。的百分比。 ( (5 5) )閉閉空隙率空隙率n nc c: : 即巖石試件內(nèi)即巖石試件內(nèi)閉閉型空隙的體積（型空隙的體積（V Vc c) )占試件占試件總體積總體積( (V)V)的百分比。的百分比。 00100%VnV100%ccVnV2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 13 所謂所謂空隙空隙比是指巖石試件內(nèi)比是指巖石試件內(nèi)空隙空隙的體積的體積（V V V V) )與巖石試件內(nèi)固與巖石試件內(nèi)固體礦物顆粒的體積體礦物顆粒的體積（V Vs s) )之比。之比。nnVVVVVesssV 1

13、2 2 、空隙比、空隙比(e)(e)2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 14 四、巖石的水理性質(zhì)四、巖石的水理性質(zhì) 巖石遇水后會引起某些物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的改巖石遇水后會引起某些物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的改變，巖石的這種性質(zhì)稱為巖石的水理性。變，巖石的這種性質(zhì)稱為巖石的水理性。 1 1、巖石的天然含水率、巖石的天然含水率 巖石在天然狀態(tài)下，巖石在天然狀態(tài)下，含水的質(zhì)量含水的質(zhì)量與與烘干質(zhì)量烘干質(zhì)量的比值的比值 2 2、巖石的吸水性巖石的吸水性 巖石吸收水分的性能稱為巖石的吸水性，其吸水量巖石吸收水分的性能稱為巖石的吸水性，其吸水量的大小取決的大小取決于于巖石孔隙體積的大小及其密閉程度。

14、巖石孔隙體積的大小及其密閉程度。 巖石的吸水性指標(biāo)有巖石的吸水性指標(biāo)有吸水率吸水率、飽水率飽水率和和飽水系數(shù)飽水系數(shù)。2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 100%rdmm15（1 1）巖石吸水率）巖石吸水率(a a) )： 是指巖石試件在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下吸入水的重量是指巖石試件在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下吸入水的重量W W1 1與巖石干重量與巖石干重量W Ws s之比。之比。 巖石的吸水率的大小，取決于巖石所含孔隙、裂隙的數(shù)量、大巖石的吸水率的大小，取決于巖石所含孔隙、裂隙的數(shù)量、大小、開閉程度及其分布情況小、開閉程度及其分布情況。 此外，此外，還與試驗(yàn)條件還與試驗(yàn)條件（整體和碎塊，（整體和碎塊，

15、浸水時(shí)間浸水時(shí)間等）等）有關(guān)。有關(guān)。 根據(jù)巖石的吸水率可求得巖石的大開空隙率根據(jù)巖石的吸水率可求得巖石的大開空隙率n nb b. . 1 0 0 %od rad rmmmbsbbsVWVnVVW式中：式中：W W s s為干燥巖石的重量為干燥巖石的重量；d d, ,w w分別為干燥巖石和水的重度分別為干燥巖石和水的重度。sbadawwWVVW 2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 16（2 2）巖石的飽水率（）巖石的飽水率（sasa） 巖石的飽水率指在巖石的飽水率指在高壓（高壓（150150個(gè)大氣壓）或真空條件下，巖石個(gè)大氣壓）或真空條件下，巖石吸入水的重量吸入水的重量W Wsasa與

16、巖石干重量與巖石干重量W Ws s之比，即：之比，即： 100%sadrsadrmmm 根據(jù)飽水率求得巖石的總開空隙率根據(jù)飽水率求得巖石的總開空隙率n n0 0：000 ssosadsaswsawVWVWVnVVWVW式中：式中：W Ws s為干燥巖石重量；為干燥巖石重量；d d, ,w w干燥巖石和水的重度。干燥巖石和水的重度。2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 17 （3 3）巖石的飽水系數(shù)（）巖石的飽水系數(shù)（k kw w） 巖石吸水率與飽水率之比稱為巖石的飽水系數(shù)，即巖石吸水率與飽水率之比稱為巖石的飽水系數(shù)，即 assaK 飽水系數(shù)反映了巖石中大開空隙和小開空隙的相對含量。飽水

17、系數(shù)反映了巖石中大開空隙和小開空隙的相對含量。 飽水系數(shù)越大，巖石中的大開空隙越多，而小開空隙越少。飽水系數(shù)越大，巖石中的大開空隙越多，而小開空隙越少。 吸水性較大的巖石吸水后往往會產(chǎn)生膨脹，給井巷支護(hù)造成很吸水性較大的巖石吸水后往往會產(chǎn)生膨脹，給井巷支護(hù)造成很大壓力。大壓力。 2.1 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì) 18 2 2、巖石的軟化性、巖石的軟化性 巖石的軟化性巖石的軟化性：巖石在飽水狀態(tài)下其強(qiáng)度相對于干燥狀態(tài)下：巖石在飽水狀態(tài)下其強(qiáng)度相對于干燥狀態(tài)下降低的性能，可用軟化系數(shù)降低的性能，可用軟化系數(shù)c c表示表示。 軟化系數(shù)軟化系數(shù)：巖石試樣在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度巖石試樣在飽水

18、狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度cwcw與在干燥與在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度c c之比。之比。cwcc 各類巖石的軟化系數(shù)各類巖石的軟化系數(shù) c c=0.45=0.450.90.9之間。之間。 c c 0.75, 0.75,巖石軟化性弱、抗水、抗風(fēng)化能力強(qiáng)；巖石軟化性弱、抗水、抗風(fēng)化能力強(qiáng)； c c 0.7523 常規(guī)三軸試驗(yàn)常規(guī)三軸試驗(yàn)：12=3 立方試件：試驗(yàn)加載的困難性立方試件：試驗(yàn)加載的困難性 圓柱試件：只能作常規(guī)三軸試驗(yàn)圓柱試件：只能作常規(guī)三軸試驗(yàn)2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 312.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 32常規(guī)三軸試驗(yàn)極限莫爾圓常規(guī)三軸試驗(yàn)極限莫爾圓極限莫

19、爾圓的包絡(luò)線極限莫爾圓的包絡(luò)線巖石的強(qiáng)度曲線巖石的強(qiáng)度曲線2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 332.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 34點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo) 點(diǎn)荷載試驗(yàn)的起源點(diǎn)荷載試驗(yàn)的起源 點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo) 尺寸效應(yīng)尺寸效應(yīng)-ISRM推薦推薦IS(50) 換算成巖石單軸抗壓強(qiáng)度換算成巖石單軸抗壓強(qiáng)度ssI(50) = kI(D)2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 k = 0.2717 + 0.01457 D D 55 mmk = 0.7540 + 0.0058 D D 55 mms2PI =ycs= 24I(50)y yx x352.2 巖石的巖石的靜

20、力學(xué)特性靜力學(xué)特性 362.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 37巖石抗拉強(qiáng)度巖石抗拉強(qiáng)度非限制性直接拉伸非限制性直接拉伸直接拉伸存在工藝問題直接拉伸存在工藝問題 端部施力問題端部施力問題 裂紋影響問題裂紋影響問題2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 ttPA382.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 39限制性直接拉伸限制性直接拉伸2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 2221321()P ddd40間接拉伸間接拉伸 劈裂試驗(yàn)（巴西試驗(yàn)）劈裂試驗(yàn)（巴西試驗(yàn)） 彈性力學(xué)劈裂問題計(jì)算公式的簡化彈性力學(xué)劈裂問題計(jì)算公式的簡化2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 2tPdt412.

21、2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 42 方形試件方形試件：ahPt 2 式中：式中：P P破壞時(shí)的荷載，破壞時(shí)的荷載，N;N; d d 試件直徑；試件直徑；cm； t t試件厚度，試件厚度，cm； a a，h h方形方形試件邊長試件邊長和厚度和厚度，cm。2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 433/2VPt 不規(guī)則試件（加壓方向應(yīng)滿足不規(guī)則試件（加壓方向應(yīng)滿足h/a1.5 ）：）： 式中：式中：P P破壞時(shí)的荷載，破壞時(shí)的荷載，N;N; a a加壓方向的尺寸；加壓方向的尺寸； h h厚度；厚度； V不規(guī)則試件的體積。不規(guī)則試件的體積。 由于巖石中的微裂隙，在間接拉伸試驗(yàn)中，外力都是由

22、于巖石中的微裂隙，在間接拉伸試驗(yàn)中，外力都是壓力，必然使部分微裂隙閉合，產(chǎn)生摩擦力，從而使測得壓力，必然使部分微裂隙閉合，產(chǎn)生摩擦力，從而使測得的抗拉強(qiáng)度值比直接拉伸法測得的大。的抗拉強(qiáng)度值比直接拉伸法測得的大。2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 44巖石的剪切試驗(yàn)方法巖石的剪切試驗(yàn)方法 非限制性剪切非限制性剪切 剪切面上無壓力的剪切試驗(yàn)（純剪切）剪切面上無壓力的剪切試驗(yàn)（純剪切）2.2 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 巖石抗剪強(qiáng)度巖石抗剪強(qiáng)度0cFSA452.2 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性46 限制性剪切試驗(yàn)限制性剪切試驗(yàn)-剪切面上有壓應(yīng)力剪切面上有壓應(yīng)力2.2

23、 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性472.2 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性482.2 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性49APAT尺寸：直徑或邊長不小于尺寸：直徑或邊長不小于50mm50mm，高度應(yīng)等于直徑或邊長。，高度應(yīng)等于直徑或邊長。改變改變P P ，即可測得多組，即可測得多組、，作出，作出曲線。曲線。2.2 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性502.2 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性51 斜剪試驗(yàn)斜剪試驗(yàn) 忽略端部摩擦力，忽略端部摩擦力，根據(jù)力的平衡根據(jù)力的平衡原理，作用于剪切面上的法向力原理，作用于剪切面上的法向力N N和切和切向力向力Q Q

24、可按下式計(jì)算：可按下式計(jì)算： N = Pcos N = Pcos Q = Psin Q = Psin剪切面上的法向正應(yīng)力剪切面上的法向正應(yīng)力和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力為：為： cosAPAN sinAPAQ 2.2 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性522.2 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性ctgc53 2.2 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性54剪切破壞后的殘余強(qiáng)度問題2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 55巖石破壞后的強(qiáng)度巖石破壞后的強(qiáng)度普通試驗(yàn)機(jī)上測試巖石應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系致密、堅(jiān)硬、少裂隙致密、堅(jiān)硬、少裂隙少裂隙、巖少裂隙、巖性較軟性較軟致密、堅(jiān)硬、多裂隙致密、堅(jiān)硬、多裂

25、隙較多裂隙、較多裂隙、巖性較軟巖性較軟2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 56普通試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果材料破壞后強(qiáng)度的概念普通試驗(yàn)機(jī)不能作出全應(yīng)力應(yīng)變曲線試驗(yàn)機(jī)內(nèi)部彈性變形能問題試驗(yàn)機(jī)剛構(gòu)件的剛度系數(shù)試驗(yàn)機(jī)液壓支柱剛度系數(shù)增加剛度系數(shù)的措施sAEkLfAkkH2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 57剛性試驗(yàn)機(jī)的概念剛性伺服試驗(yàn)機(jī)的概念全應(yīng)力應(yīng)變曲線2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 58v全應(yīng)力應(yīng)變曲線的用途全應(yīng)力應(yīng)變曲線的用途預(yù)測巖爆預(yù)測巖爆 A為彈性變形能為彈性變形能 B為巖石破壞耗散能為巖石破壞耗散能 當(dāng)當(dāng)AB時(shí)，巖石破壞時(shí)，巖石破壞后尚有余能后尚有余能-巖爆巖爆 當(dāng)當(dāng)AB

26、時(shí)，巖石破壞時(shí)，巖石破壞后已無余能后已無余能2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 59 預(yù)測蠕變破壞預(yù)測蠕變破壞 長期強(qiáng)度的概念長期強(qiáng)度的概念 長期強(qiáng)度與瞬時(shí)強(qiáng)長期強(qiáng)度與瞬時(shí)強(qiáng)度的關(guān)系度的關(guān)系 長期強(qiáng)度的限度長期強(qiáng)度的限度-時(shí)間無限長但長期強(qiáng)時(shí)間無限長但長期強(qiáng)度不會無限小度不會無限小 蠕變終止的概念蠕變終止的概念 蠕變終止軌跡蠕變終止軌跡 蠕變終止軌跡蠕變終止軌跡2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 60 預(yù)測循環(huán)加載巖石破壞預(yù)測循環(huán)加載巖石破壞 加載與卸載加載與卸載 完全卸載與不完全卸完全卸載與不完全卸載載 循環(huán)加載的概念循環(huán)加載的概念 逐級循環(huán)加載的概念逐級循環(huán)加載的概念 循環(huán)加載

27、引起破壞循環(huán)加載引起破壞 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 61彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形線彈性變形線彈性變形非線彈性變形非線彈性變形變形變形2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 os os odtd 理想彈性體理想彈性體理想彈塑性體理想彈塑性體線性硬化彈塑性體線性硬化彈塑性體理想粘性體理想粘性體2、巖石的變形特性、巖石的變形特性 o o0 0理想剛性體理想剛性體 概述概述62 單軸壓縮條件下巖石的變形特性單軸壓縮條件下巖石的變形特性 如圖全應(yīng)力應(yīng)變曲線可分幾段如圖全應(yīng)力應(yīng)變曲線可分幾段 壓密階段（壓密階段（OA）-原有張性原有張性裂隙被壓密，曲線上凹裂隙被壓密，曲線上凹 彈

28、性變形階段（彈性變形階段（AC）-近乎近乎直線，直線，AB為線性彈性，為線性彈性，BC微裂微裂隙穩(wěn)定發(fā)展隙穩(wěn)定發(fā)展 非穩(wěn)定破裂階段（非穩(wěn)定破裂階段（CD）-C點(diǎn)點(diǎn)可認(rèn)為是屈服點(diǎn)，可認(rèn)為是屈服點(diǎn)，C點(diǎn)后裂隙非穩(wěn)點(diǎn)后裂隙非穩(wěn)定發(fā)展定發(fā)展-擴(kuò)容擴(kuò)容 破裂后階段（破裂后階段（D點(diǎn)以后）點(diǎn)以后）-峰峰值強(qiáng)度以后，裂隙迅速發(fā)展、破值強(qiáng)度以后，裂隙迅速發(fā)展、破壞，但是還有一定承載力壞，但是還有一定承載力 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 63巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線及破壞后的性態(tài)巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線及破壞后的性態(tài)2.2 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性64巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線的幾種類型巖石應(yīng)力應(yīng)變曲

29、線的幾種類型米勒分類米勒分類 類型類型：直線型（線彈性）：直線型（線彈性） 類型類型：下凹型（彈塑性）：下凹型（彈塑性） 類型類型：上凹型（塑彈性）：上凹型（塑彈性） 類型類型：S型（塑彈塑型（塑彈塑-高模量）高模量） 類型類型：S型（塑彈塑型（塑彈塑-低模量）低模量） 類型類型：類彈粘性：類彈粘性2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 O OO OO OO OO OO O65循環(huán)荷載條件下的巖石變形特征循環(huán)荷載條件下的巖石變形特征v實(shí)踐證明，循環(huán)荷載下巖石的強(qiáng)度低于單調(diào)荷載下的強(qiáng)度實(shí)踐證明，循環(huán)荷載下巖石的強(qiáng)度低于單調(diào)荷載下的強(qiáng)度 理想線彈性材料理想線彈性材料-加載卸載路線加載卸載路線-直

30、線相同直線相同-重合重合 完全彈性巖石完全彈性巖石-加載卸載路線加載卸載路線-曲線重合（近乎）曲線重合（近乎） 彈性巖石彈性巖石-加載卸載路線不重合加載卸載路線不重合-但平均斜率相等但平均斜率相等 非彈性巖石非彈性巖石-在屈服點(diǎn)以上卸載時(shí)加卸載曲線不重合在屈服點(diǎn)以上卸載時(shí)加卸載曲線不重合-回滯環(huán)回滯環(huán)-多次加載卸載回滯環(huán)趨密多次加載卸載回滯環(huán)趨密-趨極限趨極限 2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 66 巖石的變形記憶巖石的變形記憶 單調(diào)加載應(yīng)力應(yīng)變曲線單調(diào)加載應(yīng)力應(yīng)變曲線 逐級增加加載卸載曲線逐級增加加載卸載曲線 巖石變形的記憶巖石變形的記憶2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 67

31、 三軸壓縮條件下巖石的變形特征三軸壓縮條件下巖石的變形特征v常規(guī)三軸（等圍壓）應(yīng)力應(yīng)變試驗(yàn)常規(guī)三軸（等圍壓）應(yīng)力應(yīng)變試驗(yàn)v大理巖和花崗巖試驗(yàn)結(jié)果大理巖和花崗巖試驗(yàn)結(jié)果2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 68幾點(diǎn)結(jié)論：隨著圍壓增大軸向抗壓強(qiáng)度增大幾點(diǎn)結(jié)論：隨著圍壓增大軸向抗壓強(qiáng)度增大 隨著圍壓增大軸向變形增大隨著圍壓增大軸向變形增大 隨著圍壓增大巖石彈性極限增大隨著圍壓增大巖石彈性極限增大 隨著圍壓增大應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系改變隨著圍壓增大應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系改變脆性脆性-彈塑性彈塑性硬化硬化2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 692.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 70 巖石變形指標(biāo)及其確定巖

32、石變形指標(biāo)及其確定A、彈性模量、彈性模量 線彈性巖石線彈性巖石 非線彈性巖石非線彈性巖石 切線模量切線模量 割線模量割線模量 彈塑性巖石彈塑性巖石 卸載割線模量卸載割線模量 變形模量變形模量E( )ftEddsEEe0Eep2121aataaE2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 71B、泊松比、泊松比 橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比值橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比值 另外幾個(gè)重要常數(shù)另外幾個(gè)重要常數(shù) 常見巖石的彈性模量與泊松比常見巖石的彈性模量與泊松比 參見參見Tab 1-13, Page61xy2(1)EG(1)(12 )E 3( 12 )vEK2.2 巖石的巖石的靜力學(xué)特性靜力學(xué)特性 yx7273

33、巖石的擴(kuò)容巖石的擴(kuò)容A、巖石的體應(yīng)變、巖石的體應(yīng)變?nèi)卧w，其體積為：取單元體，其體積為： dv=dxdydz變形后體積變形后體積: dv+ dv = (dx+dx)(dy+dy)(dz+dz) =dx(1+x)dy(1+ y)dz(1+ z)則體積應(yīng)變?yōu)椋簞t體積應(yīng)變?yōu)椋?vxyz()vdvdvdvdvdvdv=vxyzzxyzxyz ( 1)( 1)( 1)-xyzvdxdydzdxdydzdxdydz74將彈性力學(xué)物理方程代入將彈性力學(xué)物理方程代入對于直角坐標(biāo)下三維問題對于直角坐標(biāo)下三維問題1()1()1()xxyzyyzxzzxyEEE =vxyz 12=()vxyzxyzE 12312

34、()vE112vIE75巖石擴(kuò)容的概念巖石擴(kuò)容的概念體積壓縮變形階段體積壓縮變形階段 12 +3 擴(kuò)容點(diǎn)的應(yīng)力是強(qiáng)度擴(kuò)容點(diǎn)的應(yīng)力是強(qiáng)度的一半左右的一半左右體積不變階段體積不變階段 1=2 +3擴(kuò)容階段擴(kuò)容階段 體積增加階段體積增加階段 12 +376 )(1zyxxE )(1xzyyE xyxyxyEG )1(21 )(1yxzzE yzyzyzEG )1(21 zxzxzxEG )1(21 xyxyE )1(2 )21(1 xxE)21(1 yyE)21(1 zzEyzyzE )1(2 zxzxE )1(2 應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系-物理方程物理方程 巖石的各向異性巖石的各向異性77

35、v應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系物理一般表示法應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系物理一般表示法1112131415162122232425263132333435364142434445465152535455xxyzxyyzzxyxyzxyyzzxzxyzxyyzzxxyxyzxyyzzxyzxyzxyyzccccccccccccccccccccccccccccc56616263646566zxzxxyzxyyzzxccccccc78將上式用矩陣表示之將上式用矩陣表示之 應(yīng)力列矩陣等于剛度矩陣乘以應(yīng)變列矩陣應(yīng)力列矩陣等于剛度矩陣乘以應(yīng)變列矩陣 D xyzxyyzzx xyzxyyzzx1112131415162122232

36、42526313233343536414243444546515253545556616263646566 ccccccccccccccccccDcccccccccccccccccc79應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系還可以寫成如下形式應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系還可以寫成如下形式1112131415162122232425263132333435364142434445465152535455xxyzxyyzzxyxyzxyyzzxzxyzxyyzzxxyxyzxyyzzxyzxyzxyyzaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa56616263646566zxzxxyzxyyzzxaaaaaaa80將上式用

37、矩陣表示之將上式用矩陣表示之 應(yīng)變列矩陣應(yīng)變列矩陣等于等于柔度矩陣柔度矩陣應(yīng)力列矩陣應(yīng)力列矩陣 A xyzxyyzzx xyzxyyzzx111213141516212223242526313233343536414243444546515253545556616263646566 aaaaaaaaaaaaaaaaaaAaaaaaaaaaaaaaaaaaa81 極端各向異性體極端各向異性體 極端各向異性體極端各向異性體：任意兩個(gè)不同的方向，力學(xué)性能都不同：任意兩個(gè)不同的方向，力學(xué)性能都不同 對于用應(yīng)力表示應(yīng)變的情形對于用應(yīng)力表示應(yīng)變的情形 柔度矩陣中各元素的意義：柔度矩陣中各元素的意義： 1，

38、2，3分別代表分別代表x，y，z坐標(biāo)方向坐標(biāo)方向 4，5，6分別代表分別代表xy，yz，zx平面平面 柔度矩陣中元素柔度矩陣中元素aij表示當(dāng)表示當(dāng) j 方向應(yīng)力為方向應(yīng)力為1時(shí)，引起時(shí)，引起 i 方向的應(yīng)變方向的應(yīng)變 彈性力學(xué)已經(jīng)證明：彈性力學(xué)已經(jīng)證明：aij=aji， 同理，剛度矩陣中元素同理，剛度矩陣中元素 cij=cji 矩陣矩陣A中共中共36個(gè)元素，主元素個(gè)元素，主元素6個(gè)，其余個(gè)，其余30個(gè)對稱位置相等個(gè)對稱位置相等 所以，柔度矩陣中只有所以，柔度矩陣中只有是獨(dú)立的。是獨(dú)立的。 同理，矩陣剛度同理，矩陣剛度D中也是只有中也是只有是獨(dú)立的。是獨(dú)立的。82 正交各向異性體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系正

39、交各向異性體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系v彈性對稱面：彈性對稱面：彈性體內(nèi)存在這樣的面，任何關(guān)于該面對稱的方向，彈性體內(nèi)存在這樣的面，任何關(guān)于該面對稱的方向，彈性性能相同。彈性性能相同。v彈性主向：彈性主向：與彈性對稱面垂直的方向。與彈性對稱面垂直的方向。v正交各向異性體：正交各向異性體：彈性體內(nèi)存在互相正交的三組彈性主面。彈性體內(nèi)存在互相正交的三組彈性主面。v令三個(gè)彈性對稱面為坐標(biāo)平面，三個(gè)彈性主向?yàn)樽鴺?biāo)軸方向。令三個(gè)彈性對稱面為坐標(biāo)平面，三個(gè)彈性主向?yàn)樽鴺?biāo)軸方向。v由于對稱的緣故，任何平面的切應(yīng)力，都不能引起垂直于該平面由于對稱的緣故，任何平面的切應(yīng)力，都不能引起垂直于該平面的正應(yīng)變。所以有：的正應(yīng)變。所

40、以有： a14=a15=a16=a24=a25=a26=a34=a35=a36=0v同樣，正應(yīng)力也不能引起與之垂直平面內(nèi)的切應(yīng)變，所以有：同樣，正應(yīng)力也不能引起與之垂直平面內(nèi)的切應(yīng)變，所以有： a41=a51=a61=a42=a52=a62=a43=a53=a63=0v切應(yīng)力只能引起其作用平面內(nèi)切應(yīng)變，不會引起其它方向切應(yīng)變切應(yīng)力只能引起其作用平面內(nèi)切應(yīng)變，不會引起其它方向切應(yīng)變 a45=a46=a56=a54=a64=a65=083則柔度矩陣變成下式則柔度矩陣變成下式v正交各向異性體的柔度矩陣正交各向異性體的柔度矩陣111213212223313233445566 0 0 0 0 0 0 0

41、 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0 aaaaaaaaaAaaa考慮對稱性，真正獨(dú)立元素只有考慮對稱性，真正獨(dú)立元素只有9 9個(gè)個(gè)84 橫觀各向同性體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系橫觀各向同性體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系v橫觀各向同性體：橫觀各向同性體：材料內(nèi)部存在這樣一個(gè)面，平行這個(gè)面的材料內(nèi)部存在這樣一個(gè)面，平行這個(gè)面的方向力學(xué)性能都相同，而垂直于這個(gè)面的方向力學(xué)性能與之不方向力學(xué)性能都相同，而垂直于這個(gè)面的方向力學(xué)性能與之不同。同。v若取該面為若取該面為xz平面，垂直該面為平面，垂直該面為y方向方向v單位單位x x引起的引起的z z與單位與單位z z引起引起 的的x x相等，所以相等，所

42、以a a1111=a=a3333v單位單位x x引起的引起的y y與單位與單位z z引起引起 的的y y相等，所以相等，所以a a2323=a=a2121v單位單位xyxy引起的引起的xyxy與單位與單位yzyz引起引起 的的yzyz相等，所以相等，所以a a4444=a=a5555v柔度矩陣中只有柔度矩陣中只有6 6個(gè)獨(dú)立的元素個(gè)獨(dú)立的元素85各個(gè)系數(shù)（元素）具體值各個(gè)系數(shù)（元素）具體值v柔度矩陣中各個(gè)元素及其含義柔度矩陣中各個(gè)元素及其含義1111aE2221aE1131aE 2122aE 4421aG6611aG1 11 12 2111213141516212223242526313233

43、3435364142434445465152535455xxyzxyyzzxyxyzxyyzzxzxyzxyyzzxxyxyzxyyzzxyzxyzxyyzaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa56616263646566zxzxxyzxyyzzxaaaaaaa86各向同性體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系各向同性體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系v在各向同性體中，E1=E2，1= 21112131415162122232425263132333435364142434445465152535455xxyzxyyzzxyxyzxyyzzxzxyzxyyzzxxyxyzxyyzzxyzxyzxyyzaaaaaaaa

44、aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa56616263646566zxzxxyzxyyzzxaaaaaaa1122331a =a =a =E122113312332aaaaaaE 4455661aaaG2(1)EG872-5 2-5 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素一、礦物成分對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響一、礦物成分對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響1 1、礦物硬度的影響、礦物硬度的影響 礦物硬度大，巖石的彈性越明顯，強(qiáng)度越高。礦物硬度大，巖石的彈性越明顯，強(qiáng)度越高。 如巖漿巖中，橄欖石等礦物含量多，彈性越明顯，強(qiáng)度越高；如巖漿巖中，橄欖石等礦物含量多，彈性越明顯，強(qiáng)度越高； 沉積巖中，砂巖的彈性及

45、強(qiáng)度隨石英含量的增加而增高；沉積巖中，砂巖的彈性及強(qiáng)度隨石英含量的增加而增高； 石灰?guī)r的彈性和強(qiáng)度隨硅質(zhì)物含量的增加而增高。石灰?guī)r的彈性和強(qiáng)度隨硅質(zhì)物含量的增加而增高。 變質(zhì)巖中，含硬度低的礦物（如云母、滑石、蒙脫石、伊利石、變質(zhì)巖中，含硬度低的礦物（如云母、滑石、蒙脫石、伊利石、高嶺石等）越多，強(qiáng)度越低。高嶺石等）越多，強(qiáng)度越低。882 2、不穩(wěn)定礦物的影響、不穩(wěn)定礦物的影響 化學(xué)化學(xué)性質(zhì)性質(zhì)不穩(wěn)定不穩(wěn)定的礦物：如黃鐵礦、霞石等的礦物：如黃鐵礦、霞石等 易溶于水易溶于水的鹽類礦物：如石膏、滑石、鉀鹽等的鹽類礦物：如石膏、滑石、鉀鹽等 含有這些礦物的巖石其力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間而變化。含有這些礦物的巖

46、石其力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間而變化。3 3、粘土礦物的影響、粘土礦物的影響 含有粘土礦物含有粘土礦物的巖石：的巖石：蒙脫石、伊利石、高嶺石等蒙脫石、伊利石、高嶺石等 遇水時(shí)發(fā)生膨脹和軟化，強(qiáng)度降低很大。遇水時(shí)發(fā)生膨脹和軟化，強(qiáng)度降低很大。2-5 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素89 二、巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響二、巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 1 1、巖石結(jié)構(gòu)的影響、巖石結(jié)構(gòu)的影響 巖石的結(jié)構(gòu)巖石的結(jié)構(gòu)巖石中晶粒或巖石顆粒大小、形狀及結(jié)合方式。巖石中晶?；驇r石顆粒大小、形狀及結(jié)合方式。 巖漿巖：致密結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)、玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)；巖漿巖：致密結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)、玻

47、璃質(zhì)結(jié)構(gòu)； 沉積巖：粒狀結(jié)構(gòu)、片架結(jié)構(gòu)、斑基結(jié)構(gòu)；沉積巖：粒狀結(jié)構(gòu)、片架結(jié)構(gòu)、斑基結(jié)構(gòu)； 變質(zhì)巖：板理結(jié)構(gòu)、片理結(jié)構(gòu)、片麻理結(jié)構(gòu)。變質(zhì)巖：板理結(jié)構(gòu)、片理結(jié)構(gòu)、片麻理結(jié)構(gòu)。 巖石的結(jié)構(gòu)對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的差異上。巖石的結(jié)構(gòu)對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的差異上。 例如：粒狀結(jié)構(gòu)中，等粒結(jié)構(gòu)比非等粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高；例如：粒狀結(jié)構(gòu)中，等粒結(jié)構(gòu)比非等粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高； 在等粒結(jié)構(gòu)中，細(xì)粒結(jié)構(gòu)比粗粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。在等粒結(jié)構(gòu)中，細(xì)粒結(jié)構(gòu)比粗粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。2-5 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素90 2 2、巖石構(gòu)造的影響、巖石構(gòu)造的影響 巖石的構(gòu)造巖石的構(gòu)造巖石中巖石中不同礦物集合體

48、之間不同礦物集合體之間或或礦物集合體與其礦物集合體與其他組成部分之間他組成部分之間的排列方式及充填方式。的排列方式及充填方式。 巖漿巖：顆粒排列無一定的方向，形成塊狀構(gòu)造；巖漿巖：顆粒排列無一定的方向，形成塊狀構(gòu)造； 沉積巖：層理構(gòu)造、頁片狀構(gòu)造；沉積巖：層理構(gòu)造、頁片狀構(gòu)造； 變質(zhì)巖：板狀構(gòu)造、片理構(gòu)造、片麻理構(gòu)造。變質(zhì)巖：板狀構(gòu)造、片理構(gòu)造、片麻理構(gòu)造。 層理、片理、板理和流面構(gòu)造等統(tǒng)稱為層理、片理、板理和流面構(gòu)造等統(tǒng)稱為。 宏觀上：塊狀構(gòu)造的巖石多具有宏觀上：塊狀構(gòu)造的巖石多具有各向同性各向同性特征特征 層狀構(gòu)造巖石具有層狀構(gòu)造巖石具有各向異性各向異性或或橫觀各向同性橫觀各向同性特征特征

49、。2-5 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素91 三、水對巖石力學(xué)性能的影響三、水對巖石力學(xué)性能的影響 巖石中的水巖石中的水 水對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響與巖石的水對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響與巖石的孔隙性孔隙性和和水理性水理性（吸水性吸水性、軟化性軟化性、崩解性崩解性、膨脹性膨脹性、抗凍性抗凍性）有關(guān)。）有關(guān)。 水對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：連結(jié)作用水對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響：連結(jié)作用 潤滑作用潤滑作用 水楔作用水楔作用 孔隙壓力作用孔隙壓力作用 溶蝕及潛蝕作用。溶蝕及潛蝕作用。結(jié)合水（連結(jié)、潤滑、水楔作用）結(jié)合水（連結(jié)、潤滑、水楔作用）重力水（自由水）（孔隙壓力、溶蝕及潛蝕）重力水（自由水）（孔隙壓力、

50、溶蝕及潛蝕）2-5 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素92 1 1、連結(jié)作用：、連結(jié)作用： 束縛在礦物表面的水分子通過其吸引力將礦物顆粒拉近，起連束縛在礦物表面的水分子通過其吸引力將礦物顆粒拉近，起連結(jié)作用。結(jié)作用。 這種作用相對于礦物顆粒間的連結(jié)強(qiáng)度非常微弱，故對巖石力這種作用相對于礦物顆粒間的連結(jié)強(qiáng)度非常微弱，故對巖石力學(xué)性質(zhì)影響很小，但對于被土充填的結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)影響很明顯。學(xué)性質(zhì)影響很小，但對于被土充填的結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)影響很明顯。 2 2、潤滑作用：、潤滑作用： 由可溶鹽、膠體礦物連結(jié)的巖石，當(dāng)水浸入時(shí)，可溶鹽溶解，由可溶鹽、膠體礦物連結(jié)的巖石，當(dāng)水浸入時(shí)，可溶鹽溶解，膠

51、體水解，導(dǎo)致礦物顆粒間的膠體水解，導(dǎo)致礦物顆粒間的連結(jié)力減弱連結(jié)力減弱，摩擦力降低摩擦力降低，水起到潤，水起到潤滑作用?；饔?。2-5 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素93 3 3、水楔作用：、水楔作用： 當(dāng)兩個(gè)礦物顆?？康煤芙兴肿友a(bǔ)充到礦物表面時(shí)，礦物當(dāng)兩個(gè)礦物顆粒靠得很近，有水分子補(bǔ)充到礦物表面時(shí)，礦物顆粒利用其表面吸引力將水分子拉到自己周圍，在顆粒接觸處由于顆粒利用其表面吸引力將水分子拉到自己周圍，在顆粒接觸處由于吸引力作用使水分子向兩個(gè)礦物顆粒之間的縫隙內(nèi)擠入，這種現(xiàn)象吸引力作用使水分子向兩個(gè)礦物顆粒之間的縫隙內(nèi)擠入，這種現(xiàn)象稱為水楔作用。稱為水楔作用。 水楔作用的兩

52、種結(jié)果：水楔作用的兩種結(jié)果： 一是巖石一是巖石體積膨脹體積膨脹，產(chǎn)生，產(chǎn)生膨脹壓力膨脹壓力； 二是二是水膠連結(jié)代替膠體及可溶鹽連結(jié)水膠連結(jié)代替膠體及可溶鹽連結(jié)，產(chǎn)生潤滑作用，巖石強(qiáng)，產(chǎn)生潤滑作用，巖石強(qiáng)度降低。度降低。2-5 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素94 4 4、孔隙水壓力作用：、孔隙水壓力作用： 對于孔隙或裂隙中含有自由水的巖石，當(dāng)其突然受荷載作用水對于孔隙或裂隙中含有自由水的巖石，當(dāng)其突然受荷載作用水來不及排出時(shí)，會產(chǎn)生很高的孔隙水壓力，減小了顆粒之間的壓應(yīng)來不及排出時(shí)，會產(chǎn)生很高的孔隙水壓力，減小了顆粒之間的壓應(yīng)力，從而降低了巖石的抗剪強(qiáng)度。力，從而降低了巖石的抗剪強(qiáng)度。 有效應(yīng)力有效應(yīng)力的概念的概念 5 5、溶蝕潛蝕作用：、