第二節(jié) 巖塊的變形性質(zhì)

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1、第二節(jié)巖塊的變形性質(zhì)荷載的施加方式不同，所表現(xiàn)出的變形性質(zhì)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(qiáng)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(diǎn)。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(yīng)力-應(yīng)變曲線巖塊在連續(xù)單軸壓縮條件下典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖。可以劃分為幾個(gè)階段，每一階段的變形特征不同，變形發(fā)生的機(jī)理也不相同。（1）空隙壓密階段(OA)（2）彈性變形階段(AB)???B點(diǎn):彈性極限（2）微裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段(BC)??C點(diǎn):屈服強(qiáng)度（3）非穩(wěn)定發(fā)展階段(CD)??

2、??D點(diǎn):峰值強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(duì)裂隙化巖石來說較明顯，而對(duì)堅(jiān)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(guān)系，而σ-εv曲線開始(AB段)為直線關(guān)系，隨σ增加逐漸變?yōu)榍€關(guān)系。據(jù)其變形機(jī)理又可細(xì)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(yīng)

3、力成比例增加，而且在很大程度上表現(xiàn)為可恢復(fù)的彈性變形，B點(diǎn)的應(yīng)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(nèi)開始出現(xiàn)新的微破裂，并隨應(yīng)力增加而逐漸發(fā)展，當(dāng)荷載保持不變時(shí)，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(yīng)力(C點(diǎn)應(yīng)力)稱為屈服極限。(3)非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段(或稱累進(jìn)性破裂階段)(CD段)：進(jìn)入本階段后，微破裂的發(fā)展出現(xiàn)了質(zhì)的變化。由于破裂過程中所造成的應(yīng)力集中效應(yīng)顯著，即使外荷載保持不變，破裂仍會(huì)不斷發(fā)展，并在某些薄弱部位首先破壞，應(yīng)力重新分布，其結(jié)果又引起次薄弱部

4、位的破壞。依次進(jìn)行下去直至試件完全破壞。試件由體積壓縮轉(zhuǎn)為擴(kuò)容。軸向應(yīng)變和體積應(yīng)變速率迅速增大。試件承載能力達(dá)到最大，本階段的上界應(yīng)力稱為峰值強(qiáng)度或單軸抗壓強(qiáng)度。(4)破壞后階段(D點(diǎn)以后段)：巖塊承載力達(dá)到峰值后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(duì)應(yīng)，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(guān)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(jiān)硬、極堅(jiān)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(jiān)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(jiān)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(jiān)硬變質(zhì)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(dāng)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(dāng)試件臨近破壞時(shí)，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(yīng)力與軸向應(yīng)變之比。若應(yīng)力-應(yīng)變曲線為直線型，這時(shí)變形模量又稱為彈性模量，右圖。應(yīng)力-應(yīng)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(diǎn)處切線斜率。切線模量(Et):指曲線上任一點(diǎn)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(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率，通常取σc/2點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率。B、泊松比(μ):是指在單軸壓縮條件下，橫向應(yīng)變（εd）與軸向應(yīng)變（εL）之比。在實(shí)際工作中，常采用σc/2處的εd與εL來計(jì)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(jié)構(gòu)構(gòu)造、風(fēng)化程度、空隙性、含水率、微結(jié)構(gòu)面及其與荷載方向的關(guān)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(gè)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(zhì)的

8、參數(shù)。如剪切模量(G)、