《巖石的變形特性》PPT課件

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1、第三節(jié)巖石的變形特性說明變形分析的重要性（直觀、易測、建立模型、準(zhǔn)則）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a.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。（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

2、　　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。b.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極限強(qiáng)度2、反復(fù)循環(huán)加載曲線特點(diǎn)：①卸載應(yīng)力越大，塑性回滯環(huán)越大（原因：由裂隙的擴(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”）。3、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

3、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）（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。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)（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

4、（貯存的能）。ABO2O1——峰點(diǎn)后，普通機(jī)釋放的能（貯存的能）。（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(gè)階段：1-3階段同普通試驗(yàn)機(jī)。4階段應(yīng)變軟化階段特點(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。③C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

5、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。一般巖的=0.15-0.35，當(dāng)>0.5時(shí)，就是擴(kuò)容.體積應(yīng)變:(3)克服巖石試件單向壓縮時(shí)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)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。（一）時(shí)變形規(guī)律見圖越大，σc，σB，E越大二、巖石在三向壓應(yīng)力下的變形特性（二）當(dāng)　　為常數(shù)時(shí)，巖

6、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(shí)，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。（四）巖石的體積應(yīng)變特性擴(kuò)容現(xiàn)象：巖石在壓力下，發(fā)生非線性體積膨脹。三、巖石的流變特性彈性（可恢復(fù)）與時(shí)間無關(guān)的變形塑性（不恢復(fù)）與時(shí)間有關(guān)的—流變?nèi)渥儯簯?yīng)力恒定，巖石應(yīng)變隨時(shí)間增大，所產(chǎn)生的變形稱為蠕變（又稱為流變）。松馳：應(yīng)變恒定，巖石中的應(yīng)力隨時(shí)間減少，這種現(xiàn)象稱“松馳”。巖石變形蠕變松弛巖石的時(shí)間效應(yīng)（一）典型的蠕變曲線（分三階段）1、初始蠕變階段（瞬變?nèi)渥冸A段）AB。特點(diǎn)：①有瞬時(shí)應(yīng)變

7、（OA）；②，應(yīng)變率隨時(shí)間增長而減??；③卸載后，有瞬時(shí)恢復(fù)變形，后彈性后效，彈性后效，變形經(jīng)過一段時(shí)間后，逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象。2、穩(wěn)定蠕變階段（BC）（較長）特點(diǎn)：①應(yīng)變率為常量；②卸載：有瞬彈性恢復(fù)，彈后，粘流，粘性流動，不可恢復(fù)的永變形。3、非穩(wěn)定蠕變階段（蠕變破壞階段）特點(diǎn)：①劇烈增加；②曲線；③一般此階段比較短暫。典　型　蠕　變　曲（二）巖石蠕變的影響因素（1）巖石的力學(xué)性質(zhì)（強(qiáng)度，礦物組成）應(yīng)力水平—第二階段越長；小到一定程度，第三蠕變不會出現(xiàn)；很高，第二階段短，立即進(jìn)入三階段（2）溫度對蠕變的影響①總的應(yīng)變量越小。②第二階段的斜率，溫度高，斜率越小。

8、（3）濕度飽和試件第二階段　　和總應(yīng)變量都將大于干燥