巖體力學(xué)巖石強(qiáng)度理論課件.ppt

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1、2.5強(qiáng)度理論－主要內(nèi)容1強(qiáng)度理論概述2Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則3Mohr強(qiáng)度理論4Griffith強(qiáng)度理論12.5.1概述強(qiáng)度理論：關(guān)于材料破壞原因和條件的假說?；舅枷耄孩俅_認(rèn)材料失效的力學(xué)原因，提出破壞條件假說②用簡單受力情況下的破壞實驗指標(biāo)，建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的彈性失效準(zhǔn)則。巖石破壞類型：①斷裂破壞：單軸拉斷、劈裂——由拉應(yīng)力引起②剪切破壞：塑性流動、剪斷——由剪應(yīng)力引起2古典強(qiáng)度理論：①最大正應(yīng)力理論②最大正應(yīng)變理論3③最大剪應(yīng)力理論σ1－σ3≤[σ]a.最大剪應(yīng)力理論破壞面與σ1的夾角為45°而巖石破壞面與σ1的夾角為45°－φ/2b.最大剪應(yīng)力理論破壞面上剪應(yīng)力最大而

2、巖石破壞面上剪應(yīng)力不是最大4④最大應(yīng)變能理論只與σ1、σ2和σ3三者之間的差的絕對值有關(guān),而與應(yīng)力大小無關(guān)，這與巖石破壞現(xiàn)象不符52.5.2庫侖準(zhǔn)則：（1773年）觀點：①巖石破壞為剪切破壞；②巖石抗能力由兩部分組成（內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦力）。③強(qiáng)度準(zhǔn)則形式－直線型：6(1).莫爾圓巖體內(nèi)一點處不同方位的截面上應(yīng)力的集合?3?3?1?1????3?1?dldlcos?dlsin?楔體靜力平衡7???3?1?dldlcos?dlsin?斜面上的應(yīng)力(土中任意一點的應(yīng)力狀態(tài))可表示為8莫爾應(yīng)力圓方程??O?1?31/2(?1+?3)?2?A(?,?)圓心坐標(biāo)[1/2(?1+?3)，0]應(yīng)力

3、圓半徑r＝1/2(?1－?3)某點的應(yīng)力狀態(tài)可用莫爾應(yīng)力圓描述9(2).極限平衡條件應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相離：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相切：應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相割：??強(qiáng)度線極限應(yīng)力圓τ<τfτ=τfτ>τf破壞狀態(tài)彈性平衡狀態(tài)極限平衡狀態(tài)10(3).莫爾－庫侖破壞準(zhǔn)則莫爾應(yīng)力圓與庫侖強(qiáng)度線相切的應(yīng)力狀態(tài)作為巖石的破壞準(zhǔn)則(目前判別巖體所處狀態(tài)的最常用準(zhǔn)則)?強(qiáng)度線?11?1f?3??O?c上式即為巖體的極限平衡條件。當(dāng)巖體的強(qiáng)度指標(biāo)c，?為已知，若巖體中某點的大小主應(yīng)力σ1和σ3滿足上列關(guān)系式時，則該巖體正好處于極限平衡或破壞狀態(tài)。12莫爾強(qiáng)度曲線繪制：（由單拉、單壓、三壓強(qiáng)度實驗得到）特點：曲線

4、左側(cè)閉合，向由側(cè)開放（耐壓、不耐拉）；曲線的斜率各處不同（內(nèi)摩擦角、似內(nèi)聚力變化，與所受應(yīng)力有關(guān)）；曲線對稱于正應(yīng)力軸（破壞面成對出現(xiàn)，形成X型節(jié)理）；不同巖石其強(qiáng)度曲線不同（不同巖石具有不同的強(qiáng)度性）。13對莫爾強(qiáng)度理論的評價：優(yōu)點：①適用于塑性巖石，也適用于脆性巖石的剪切破壞②較好解釋了巖石抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度特征③解釋了三向等拉時破壞，三向等壓時不破壞現(xiàn)象④簡單方便:同時考慮拉、壓、剪,可判斷破壞方向不足：①忽視了σ2的作用，誤差：±10％；②沒有考慮結(jié)構(gòu)面的影響；③不適用于膨脹、蠕變破壞。142.5.2格里菲斯強(qiáng)度理論（1920、1921）1）基本假設(shè)（觀點）：①物體

5、內(nèi)隨機(jī)分布許多裂隙；②所有裂隙都張開、貫通、獨立；③裂隙斷面呈扁平橢圓狀態(tài)；④在任何應(yīng)力狀態(tài)下，裂隙尖端產(chǎn)生拉應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂隙沿某個有利方向進(jìn)一步擴(kuò)展⑤最終在本質(zhì)上都是拉應(yīng)力引起巖石破壞。152）兩個關(guān)鍵點：①最容易破壞的裂隙方向；②最大應(yīng)力集中點（危險點）。在壓應(yīng)力條件下裂隙開列及擴(kuò)展方向帶橢圓孔薄板的孔邊應(yīng)力集中問題16①數(shù)學(xué)式③Griffith準(zhǔn)則幾何表示Griffith準(zhǔn)則圖解②最有利破裂的方向角3）Griffth（張拉）準(zhǔn)則（a）在坐標(biāo)下由此區(qū)可見，當(dāng)時，即壓拉強(qiáng)度比為8。17（b）在坐標(biāo)下設(shè)－應(yīng)力圓圓心；　　　?。瓚?yīng)力圓半徑又設(shè)，則Griffith強(qiáng)度準(zhǔn)則第二式寫成

6、應(yīng)力圓方程：（1）代入（2）得：18（3）式是滿足強(qiáng)度判據(jù)的極限莫爾應(yīng)力圓的表達(dá)式（3）式對求導(dǎo)得把（4）式帶入（3）得在坐標(biāo)下的準(zhǔn)則與庫侖準(zhǔn)則相似－－拋物線型。19Griffith強(qiáng)度曲線①在坐標(biāo)下:20Griffith強(qiáng)度曲線②在坐標(biāo)下Griffth準(zhǔn)則圖解21Grriffith強(qiáng)度準(zhǔn)則評價：優(yōu)點：①巖石抗壓強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度的8倍，反映了巖石的真實情況；②證明了巖石在任何應(yīng)力狀態(tài)下都是由于拉伸引起破壞；③指出微裂隙延展方向最終與最大主應(yīng)力方向一致。不足：①僅適用于脆性巖石，對一般巖石莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則適用性遠(yuǎn)大于Griffith準(zhǔn)則。②對裂隙被壓閉合，抗剪強(qiáng)度增高解釋不夠。③Grif

7、fith準(zhǔn)則是巖石微裂隙擴(kuò)展的條件，并非宏觀破壞。22結(jié)束語23