巖塊變形與強(qiáng)度性質(zhì)

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1、巖塊的力學(xué)屬性：1．彈性（elasticity）：在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，物體受外力產(chǎn)生的全部變形當(dāng)去除外力后能夠立即恢復(fù)其原有的形狀和大小的性質(zhì)。2．塑性（plasticity）：物體受力后產(chǎn)生變形，在外力去除（卸荷）后不能完全恢復(fù)原狀的性質(zhì)。不能恢復(fù)的變形叫塑性變形或永久變形、殘余變形。3．粘性（viscosity）：物體受力后變形不能在瞬時(shí)完成，且應(yīng)變速率隨應(yīng)力增加而增加的性質(zhì)。應(yīng)變速率隨應(yīng)力變化的變形叫流動(dòng)變形。4．脆性（brittle）：物質(zhì)受力后，變形很小時(shí)就發(fā)生破裂的性質(zhì)。5．延性（ductile）：物體能承受較大塑性

2、變形而不喪失其承載力的性質(zhì)。第一節(jié)?巖塊的變形性質(zhì)一、單軸壓縮條件下的巖塊變形性質(zhì)1．連續(xù)加載下的變形性質(zhì)（1）加載方式：單調(diào)加載（等加載速率加載和等應(yīng)變速率加載）循環(huán)加載（逐級(jí)循環(huán)加載和反復(fù)循環(huán)加載）（2）四個(gè)階段：①Ⅰ：OA段，孔隙裂隙壓密階段；②Ⅱ：AC段，彈性變形至微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段（AB段和BC段）?彈性極限→屈服極限③Ⅲ：CD段，非穩(wěn)定破裂發(fā)展階段（累進(jìn)破裂階段）→“擴(kuò)容”現(xiàn)象發(fā)生“擴(kuò)容”：在巖石的單軸壓縮試驗(yàn)中，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度以后，巖石中的破裂（裂紋）繼續(xù)發(fā)生和擴(kuò)展，巖石的體積應(yīng)變增量由壓縮轉(zhuǎn)為膨脹的力學(xué)過程。

3、?—峰值強(qiáng)度或單軸抗壓強(qiáng)度④Ⅳ：D點(diǎn)以后階段，破壞后階段（殘余強(qiáng)度）以上說明：巖塊在外荷作用下變形→破壞的全過程，具有明顯的階段性，總體上可分為兩個(gè)階段：1）峰值前階段（前區(qū)）2）峰值后階段（后區(qū)）（3）峰值前巖塊的變形特征（Miller，1965）①應(yīng)力—應(yīng)變曲線類型米勒（Miller，1965）6類（σ—εL曲線），如圖4.3所示：Ⅰ：近似直線型（堅(jiān)硬、極堅(jiān)硬巖石）：如玄武巖、石英巖等；Ⅱ：下凹型（較堅(jiān)硬、少裂隙巖石）：如石灰?guī)r、砂礫巖；Ⅲ：上凹型（堅(jiān)硬有裂隙發(fā)育）：如花崗巖、砂巖；Ⅳ：陡“S”型（堅(jiān)硬變質(zhì)巖）：如大理巖、片

4、麻巖；Ⅴ：緩“S”型（壓縮性較高的巖石）：如片巖；Ⅵ：下凹型（極軟巖）。法默（Farmer，1968），根據(jù)峰前σ—ε曲線把巖石劃分三類，如圖4.4所示：準(zhǔn)彈性巖石：細(xì)粒致密塊狀巖石，如無氣孔構(gòu)造的噴出巖、淺成巖漿巖和變質(zhì)巖等。具彈脆性性質(zhì)。半彈性巖石：空隙率低且具有較大內(nèi)聚力的粗粒巖漿巖和細(xì)粒致密的沉積巖。非彈性巖石：內(nèi)聚力低，空隙率大的軟弱巖石，如泥巖、頁巖、千枚巖等。②變形參數(shù)確定（變形模量、泊松比）變形模量（modulusofdeformation）：當(dāng)σ—ε為直線關(guān)系時(shí)，E為常量。當(dāng)σ—ε為非直線關(guān)系時(shí)，E為變量（初始

5、模量、切線模量、割線模量）。σ—ε為非直線時(shí)，工程上用得最多的是切線模量（通常所說的彈性模量）。其中初始模量（Ei）：反映了巖石中微裂隙的多少；切線模量（Et）：反映了巖石的彈性變形特征；割線模量（Es）：反映了巖石的總體變形特征。變形模量:指單軸壓縮條件下，軸向壓力與軸向應(yīng)變之比。?當(dāng)σ—ε關(guān)系為直線↓，變形多為彈性變形，故變形模量又叫“彈性模量（modulusofelasticity）或楊氏模量”。泊松比μ（poisson′sratio）：指單軸壓縮條件下，橫向應(yīng)變（）與軸向應(yīng)變（）之比。?（采用處的與之經(jīng)來計(jì)算μ）※E和μ

6、常具有各向異性：當(dāng)垂直于層理、片理等微結(jié)構(gòu)面方向加荷時(shí)，E最?。划?dāng)平行于層理、片理等微結(jié)構(gòu)面方向加荷時(shí)，E最大。（4）峰值后巖塊的變形特征剛性壓力機(jī)（Rigidmachine）和伺服機(jī)（Servocontrolmachine）的出現(xiàn)→后區(qū)研究巖塊σ—ε全過程曲線巖塊應(yīng)力（σ）—應(yīng)變（ε）全過程曲線基本模式：①Wawersik和Fairhust（1970）（圖4.5）Ⅰ型：穩(wěn)定破裂傳播型，后區(qū)負(fù)坡向，變形能不能使破裂繼續(xù)擴(kuò)展；Ⅱ型：非穩(wěn)定破裂傳播型，后區(qū)正坡向，本身所貯存的能量能使破裂繼續(xù)擴(kuò)展。②葛修潤等人（1994）（圖4.6）

7、后區(qū)曲線在P點(diǎn)右側(cè)。上圖的Ⅱ型曲線是人為控制造成的。巖石越脆，曲線越陡，如新鮮的花崗巖、玄武巖；越是塑性巖石，后區(qū)曲線越緩，如頁巖、泥巖、泥灰?guī)r和紅砂巖等。2．循環(huán)荷載條件下的變形特征（逐級(jí)循環(huán)加載和反復(fù)循環(huán)加載）（1）同一荷載下，加、卸荷且彈性極限時(shí)，大部分為彈性恢復(fù)，如圖4.7所示彈性后效：巖石（塊）在循環(huán)荷載作用下，當(dāng)卸荷后，大部分彈性變形能很快恢復(fù)，而小部分（10%～20%）的彈性變形須經(jīng)一段時(shí)間才能恢復(fù)的現(xiàn)象。即指加荷或卸荷條件下，彈性應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象。（2）同一荷載下，加、卸荷且時(shí)，如圖4.8所示彈性模量：???

8、?????????變形模量：?（3）逐級(jí)循環(huán)加載，如圖4.9所示每次加、卸荷曲線不重合，且圍成封閉環(huán)→“回滯環(huán)”→“巖石記憶”（4）反復(fù)循環(huán)加、卸載（荷），如圖4.9所示（a）次數(shù)越多，再加荷曲線越陡（應(yīng)變強(qiáng)化），回滯環(huán)面積變??；（b）殘余變形εp↑；（c）疲勞