全應(yīng)力應(yīng)變曲線中的殘余強(qiáng)度課件

高等巖石力學(xué)第八講：全應(yīng)力應(yīng)變曲線中的殘余強(qiáng)度高等巖石力學(xué)1一、巖石在單軸壓縮應(yīng)力作用下的變形特性

（一）普通試驗(yàn)機(jī)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)變曲線一、巖石在單軸壓縮應(yīng)力作用下的變形特性

（一）普通試驗(yàn)機(jī)下2a.分三全階段（1）原生微裂隙壓密階段（OA級）特點(diǎn)：①曲線，應(yīng)變率隨應(yīng)力增加而減小；②塑性變形（變形不可恢復(fù)）原因：微裂隙閉合（壓密）（2）彈性變形階段（AB段）特點(diǎn)：①曲線是直線；②彈性模量，E為常數(shù)（變形可恢復(fù)）原因：巖石固體部分變形，B點(diǎn)開始屈服，B點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力為屈服極限。a.分三全階段3（3）塑性變形階段（BC）特點(diǎn)：①曲線，軟化現(xiàn)象；②塑性變形，變形不可恢復(fù)；③應(yīng)變速率不斷增大。原因：新裂紋產(chǎn)生，原生裂隙擴(kuò)展。巖石越硬，BC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)出明顯的塑性變形的特性，而破壞，即為脆性破壞。（3）塑性變形階段（BC）4b.彈性常數(shù)與強(qiáng)度的確定彈性模量國際巖石力學(xué)學(xué)會（ISRH）建議三種方法

初始模量

割線模量

切線模量

平均模量直線段的斜率

極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度52、反復(fù)循環(huán)加載曲線特點(diǎn)：①卸載應(yīng)力越大，塑性滯理越大（原因：由于裂隙的擴(kuò)大，能量的消耗）；②卸載線，相互平行；

③反復(fù)加、卸載、曲線、總趨勢保持不變（有“記憶功 能”）。2、反復(fù)循環(huán)加載曲線特點(diǎn)：63、巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)的類型（1）直線型：彈性、脆性石英英、玄武巖、堅(jiān)硬砂巖。（2）下凹型：彈—塑性石灰?guī)r、粉砂巖；軟化效應(yīng)。（3）上凹型：塑—彈性硬化效應(yīng)，原生裂隙壓密，實(shí)體部分堅(jiān)硬的巖石。例如：片麻巖。（4）S型：塑—彈—塑型多孔隙，實(shí)體部分較軟的巖石：沉積巖（頁巖）、大理巖3、巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)的類型7全應(yīng)力應(yīng)變曲線中的殘余強(qiáng)度課件8（二）剛性試驗(yàn)機(jī)下的單向壓縮的變形特性普通試驗(yàn)機(jī)得到峰值應(yīng)力前的變形特性，多數(shù)巖石在峰值后工作。注：C點(diǎn)不是破壞的開始（開始點(diǎn)B），也不是破壞的終點(diǎn)。說明：崩潰原因，Salamon1970年提出了剛性試驗(yàn)機(jī)下的曲線。剛性機(jī)（二）剛性試驗(yàn)機(jī)下的單向壓縮的變形特性剛9（1）剛性試驗(yàn)機(jī)工作簡介壓力機(jī)加壓（貯存彈性應(yīng)能）巖石試件達(dá)峰點(diǎn)強(qiáng)度（釋放應(yīng)變能）導(dǎo)致試件崩潰。AA′O2O1面積——峰點(diǎn)后，巖塊產(chǎn)生微小位移所需的能。ACO2O1面積——峰點(diǎn)后，剛體機(jī)釋放的能（貯存的能）。ABO2O1——峰點(diǎn)后，普通機(jī)釋放的能（貯存的能）。（1）剛性試驗(yàn)機(jī)工作簡介10（2）應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)^程曲線形態(tài)

在剛性機(jī)下，峰值前后的全部應(yīng)力、應(yīng)變曲線分四個階段：1-3階段同普通試驗(yàn)機(jī)。

4階段應(yīng)變軟化階段，峰后曲線

（2）應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)^程曲線形態(tài)11特點(diǎn)：

①巖石的原生和新生裂隙貫穿，到達(dá)D點(diǎn)，靠碎塊間的摩擦力承載，故—稱為殘余應(yīng)力。②承載力隨著應(yīng)變增加而減少，有明顯的軟化現(xiàn)象。（3）全應(yīng)力——應(yīng)變曲線的補(bǔ)充性質(zhì)

①近似對稱性,峰后，巖石并非完全破壞，表現(xiàn)為承載能力降低。②B點(diǎn)后卸載有殘余應(yīng)變，重復(fù)加載沿另一曲線上升形成滯環(huán)(hysteresis)，加載曲線不過原卸載點(diǎn)，但鄰近和原曲線光滑銜接。特點(diǎn)：12③C點(diǎn)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。④C點(diǎn)后，可能會出現(xiàn)壓應(yīng)力下的體積增大現(xiàn)象，稱此為擴(kuò)容(dilatancy)現(xiàn)象。體積應(yīng)變:全應(yīng)力應(yīng)變曲線中的殘余強(qiáng)度課件13(3)克服巖石試件單向壓縮時生產(chǎn)爆裂的途徑提高試驗(yàn)機(jī)的剛度改變峰值后的加載方式伺服控制試件的位移普通試驗(yàn)機(jī)附加剛性組件的試驗(yàn)裝置（提高試驗(yàn)機(jī)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(jì)；5鋼墊塊(3)克服巖石試件單向壓縮時生產(chǎn)爆裂的途徑普通試驗(yàn)機(jī)附加剛性14伺服試驗(yàn)機(jī)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。伺服試驗(yàn)機(jī)原理示意圖15

（一）時變形規(guī)律見圖（假三軸）越大，增大；彈模E變化不大，但有增加趨勢；峰值應(yīng)力增大，且對應(yīng)的應(yīng)變增大，巖石表現(xiàn)為塑性

二、巖石在三向壓應(yīng)力下的變形特性

（一）時變形規(guī)律見圖（假三軸）二、巖石在三向壓16（二）當(dāng)為常數(shù)時，巖石的變形特性

（1）；（2）E基本不受變化影響（3）脆性增強(qiáng)。（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。（二）當(dāng)為常數(shù)時，巖石的變形特性（1）17為常數(shù)時為常數(shù)時為常數(shù)時為常數(shù)時18

（四）巖石的體積應(yīng)變特性

擴(kuò)容現(xiàn)象：巖石在外力作用下，發(fā)生非線性體積膨脹。

（四）巖石的體積應(yīng)變特性

19高等巖石力學(xué)第八講：全應(yīng)力應(yīng)變曲線中的殘余強(qiáng)度高等巖石力學(xué)20一、巖石在單軸壓縮應(yīng)力作用下的變形特性

（一）普通試驗(yàn)機(jī)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)變曲線一、巖石在單軸壓縮應(yīng)力作用下的變形特性

（一）普通試驗(yàn)機(jī)下21a.分三全階段（1）原生微裂隙壓密階段（OA級）特點(diǎn)：①曲線，應(yīng)變率隨應(yīng)力增加而減??；②塑性變形（變形不可恢復(fù)）原因：微裂隙閉合（壓密）（2）彈性變形階段（AB段）特點(diǎn)：①曲線是直線；②彈性模量，E為常數(shù)（變形可恢復(fù)）原因：巖石固體部分變形，B點(diǎn)開始屈服，B點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力為屈服極限。a.分三全階段22（3）塑性變形階段（BC）特點(diǎn)：①曲線，軟化現(xiàn)象；②塑性變形，變形不可恢復(fù)；③應(yīng)變速率不斷增大。原因：新裂紋產(chǎn)生，原生裂隙擴(kuò)展。巖石越硬，BC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)出明顯的塑性變形的特性，而破壞，即為脆性破壞。（3）塑性變形階段（BC）23b.彈性常數(shù)與強(qiáng)度的確定彈性模量國際巖石力學(xué)學(xué)會（ISRH）建議三種方法

初始模量

割線模量

切線模量

平均模量直線段的斜率

極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度242、反復(fù)循環(huán)加載曲線特點(diǎn)：①卸載應(yīng)力越大，塑性滯理越大（原因：由于裂隙的擴(kuò)大，能量的消耗）；②卸載線，相互平行；

③反復(fù)加、卸載、曲線、總趨勢保持不變（有“記憶功 能”）。2、反復(fù)循環(huán)加載曲線特點(diǎn)：253、巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)的類型（1）直線型：彈性、脆性石英英、玄武巖、堅(jiān)硬砂巖。（2）下凹型：彈—塑性石灰?guī)r、粉砂巖；軟化效應(yīng)。（3）上凹型：塑—彈性硬化效應(yīng)，原生裂隙壓密，實(shí)體部分堅(jiān)硬的巖石。例如：片麻巖。（4）S型：塑—彈—塑型多孔隙，實(shí)體部分較軟的巖石：沉積巖（頁巖）、大理巖3、巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)的類型26全應(yīng)力應(yīng)變曲線中的殘余強(qiáng)度課件27（二）剛性試驗(yàn)機(jī)下的單向壓縮的變形特性普通試驗(yàn)機(jī)得到峰值應(yīng)力前的變形特性，多數(shù)巖石在峰值后工作。注：C點(diǎn)不是破壞的開始（開始點(diǎn)B），也不是破壞的終點(diǎn)。說明：崩潰原因，Salamon1970年提出了剛性試驗(yàn)機(jī)下的曲線。剛性機(jī)（二）剛性試驗(yàn)機(jī)下的單向壓縮的變形特性剛28（1）剛性試驗(yàn)機(jī)工作簡介壓力機(jī)加壓（貯存彈性應(yīng)能）巖石試件達(dá)峰點(diǎn)強(qiáng)度（釋放應(yīng)變能）導(dǎo)致試件崩潰。AA′O2O1面積——峰點(diǎn)后，巖塊產(chǎn)生微小位移所需的能。ACO2O1面積——峰點(diǎn)后，剛體機(jī)釋放的能（貯存的能）。ABO2O1——峰點(diǎn)后，普通機(jī)釋放的能（貯存的能）。（1）剛性試驗(yàn)機(jī)工作簡介29（2）應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)^程曲線形態(tài)

在剛性機(jī)下，峰值前后的全部應(yīng)力、應(yīng)變曲線分四個階段：1-3階段同普通試驗(yàn)機(jī)。

4階段應(yīng)變軟化階段，峰后曲線

（2）應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)^程曲線形態(tài)30特點(diǎn)：

①巖石的原生和新生裂隙貫穿，到達(dá)D點(diǎn)，靠碎塊間的摩擦力承載，故—稱為殘余應(yīng)力。②承載力隨著應(yīng)變增加而減少，有明顯的軟化現(xiàn)象。（3）全應(yīng)力——應(yīng)變曲線的補(bǔ)充性質(zhì)

①近似對稱性,峰后，巖石并非完全破壞，表現(xiàn)為承載能力降低。②B點(diǎn)后卸載有殘余應(yīng)變，重復(fù)加載沿另一曲線上升形成滯環(huán)(hysteresis)，加載曲線不過原卸載點(diǎn)，但鄰近和原曲線光滑銜接。特點(diǎn)：31③C點(diǎn)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。④C點(diǎn)后，可能會出現(xiàn)壓應(yīng)力下的體積增大現(xiàn)象，稱此為擴(kuò)容(dilatancy)現(xiàn)象。體積應(yīng)變:全應(yīng)力應(yīng)變曲線中的殘余強(qiáng)度課件32(3)克服巖石試件單向壓縮時生產(chǎn)爆裂的途徑提高試驗(yàn)機(jī)的剛度改變峰值后的加載方式伺服控制試件的位移普通試驗(yàn)機(jī)附加剛性組件的試驗(yàn)裝置（提高試驗(yàn)機(jī)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(jì)；5鋼墊塊(3)克服巖石試件單向壓縮時生產(chǎn)爆裂的途徑普通試驗(yàn)機(jī)附加剛性33伺服試驗(yàn)機(jī)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。伺服試驗(yàn)機(jī)原理示意圖34

（一）時變形規(guī)律見圖（假三軸）越大，增大；彈模E變化不大，但有增加趨勢；峰值應(yīng)力增大，且對應(yīng)的應(yīng)變增大，巖石表現(xiàn)為塑性

二、巖石在三向壓應(yīng)力下的變形特性

（一）時變形規(guī)律見圖（假三軸）二、巖石在三向壓35（二）當(dāng)為常數(shù)時，巖石的變形特性

（1）；（2）E基本不受變化影響（3）脆性增強(qiáng)。（三）為常數(shù)時，巖石的變形特性（1）不變；（2）