第二節(jié) 巖塊的變形性質

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1、第二節(jié)巖塊的變形性質荷載的施加方式不同，所表現(xiàn)出的變形性質也不同，主要的加荷方式見下圖。不同的加荷方式下，巖石的變形與強度特征不同，因此，下面分別介紹不同的加荷方式下，巖塊的變形特點。一、單軸壓縮條件下的巖塊變形單軸壓縮分連續(xù)加荷和循環(huán)加荷兩種情況。（一）連續(xù)加荷1、變形階段典型的應力-應變曲線巖塊在連續(xù)單軸壓縮條件下典型的應力-應變曲線如圖。可以劃分為幾個階段，每一階段的變形特征不同，變形發(fā)生的機理也不相同。（1）空隙壓密階段(OA)（2）彈性變形階段(AB)???B點:彈性極限（2）微裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段(BC)??C點:屈服強度（3）非穩(wěn)定發(fā)展階段(CD)??

2、??D點:峰值強度（4）破壞階段(DE)說明：(1)空隙裂隙壓密階段(OA段)：即試件中原有張開性結構面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，形成早期的非線性變形。σ~ε曲線呈上凹型，曲線斜率隨應力增加而逐漸增大，表明微裂隙的閉合開始較快，隨后逐漸減慢。本階段變形對裂隙化巖石來說較明顯，而對堅硬少裂隙的巖石則不明顯，甚至不顯現(xiàn)。(2)彈性變形至微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段(AC段)：該階段的σ-εL曲線呈近似直線關系，而σ-εv曲線開始(AB段)為直線關系，隨σ增加逐漸變?yōu)榍€關系。據(jù)其變形機理又可細分彈性變形階段(AB段)和微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段(BC段)。彈性變形階段不僅變形隨應

3、力成比例增加，而且在很大程度上表現(xiàn)為可恢復的彈性變形，B點的應力可稱為彈性極限。微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段的變形主要表現(xiàn)為塑性變形，試件內開始出現(xiàn)新的微破裂，并隨應力增加而逐漸發(fā)展，當荷載保持不變時，微破裂也停止發(fā)展。由于微破裂的出現(xiàn)，試件體積壓縮速率減緩，σ-εv曲線偏離直線向縱軸方向彎曲。這一階段的上界應力(C點應力)稱為屈服極限。(3)非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段(或稱累進性破裂階段)(CD段)：進入本階段后，微破裂的發(fā)展出現(xiàn)了質的變化。由于破裂過程中所造成的應力集中效應顯著，即使外荷載保持不變，破裂仍會不斷發(fā)展，并在某些薄弱部位首先破壞，應力重新分布，其結果又引起次薄弱部

4、位的破壞。依次進行下去直至試件完全破壞。試件由體積壓縮轉為擴容。軸向應變和體積應變速率迅速增大。試件承載能力達到最大，本階段的上界應力稱為峰值強度或單軸抗壓強度。(4)破壞后階段(D點以后段)：巖塊承載力達到峰值后，其內部結構完全破壞，但試件仍基本保持整體狀。到本階段，裂隙快速發(fā)展、交叉且相互聯(lián)合形成宏觀斷裂面。此后，巖塊變形主要表現(xiàn)為沿宏觀斷裂面的塊體滑移，試件承載力隨變形增大迅速下降，但并不降到零，說明破裂的巖石仍有一定的承載能力。峰值后變形曲線與峰值前曲線合稱為全過程曲線，與之對應，峰值前曲線稱為前過程曲線。2、峰值前巖塊的變形特征（1）前過程曲線類型及特

5、征類型A(彈性型)，表現(xiàn)為近似于直線關系的變形特征，直到發(fā)生突發(fā)性破壞，且以彈性變形為主。是玄武巖、石英巖、輝綠巖等堅硬、極堅硬巖類巖塊的特征曲線。類型B(彈-塑性型)，開始為直線，至末端則出現(xiàn)非線性屈服段。較堅硬而少裂隙的巖石，如石灰?guī)r、砂礫巖和凝灰?guī)r等常呈這種變形曲線。類型C(塑-彈性型)，開始為上凹型曲線，隨后變?yōu)橹本€，直到破壞，沒有明顯的屈服段。堅硬而有裂隙發(fā)育的巖石如花崗巖、砂巖及平行片理加荷的片巖等常具這種曲線。類型D(塑-彈-塑性型1)，中部很陡的“S”形曲線，是某些堅硬變質巖(如大理巖和片麻巖)常見的變形曲線。類型E(塑-彈-塑性型2)，中部較緩

6、的“S”形曲線，是某些壓縮性較高的巖石（如垂直片理加荷的片巖）常見的曲線類型。類型F(彈性-蠕變型)，開始為一很小的直線段，隨后就出現(xiàn)不斷增長的塑性變形和蠕變變形，是鹽巖等蒸發(fā)巖、極軟巖等的特征曲線。以上曲線中類型C、D、E具有某些共性，如開始部分由于空隙壓密均為一上凹形曲線；當巖塊微裂隙、片理、微層理等壓密閉合后，即出現(xiàn)一直線段；當試件臨近破壞時，則逐漸呈現(xiàn)出不同程度的屈服段。（2）變形參數(shù)A、變形模量：指單軸壓縮條件下，軸向壓應力與軸向應變之比。若應力-應變曲線為直線型，這時變形模量又稱為彈性模量，右圖。應力-應變曲線為“S”型(下圖)，定義為以下三種具體的

7、形式：初始模量(Ei):指曲線原點處切線斜率。切線模量(Et):指曲線上任一點處切線的斜率，在此特指中部直線段的斜率。割線模量(Es):指曲線上某特定點與原點連線的斜率，通常取σc/2點與原點連線的斜率。B、泊松比(μ):是指在單軸壓縮條件下，橫向應變（εd）與軸向應變（εL）之比。在實際工作中，常采用σc/2處的εd與εL來計算巖塊的泊松比。巖塊的變形模量和泊松比受巖石礦物組成、結構構造、風化程度、空隙性、含水率、微結構面及其與荷載方向的關系等多種因素的影響，變化較大。（3)其他變形參數(shù)除變形模量和泊松比兩個最基本的參數(shù)外，還有一些從不同角度反映巖塊變形性質的

8、參數(shù)。如剪切模量(G)、