第1章岩石的基本物理力学性质ppt课件

1、岩石和岩体研讨岩石岩体的力学行为、以力学的方法研讨岩石工程的稳定性研讨岩石岩体的力学行为、以力学的方法研讨岩石工程的稳定性地下、边坡、岩基三类工程，涉及土木、水利水电、交通、核电、石油地下、边坡、岩基三类工程，涉及土木、水利水电、交通、核电、石油1岩石与岩体的物理力学性质2地应力场分布规律、测试实际与方法3工程岩体的稳定性与岩石工程加固支护4岩石力学新实际、新方法、新技术研讨方法：实验室实验、实际分析、物理与数值模拟、原位监测、工程运用 岩体是由构造面网络及其所围限的岩块岩体是由构造面网络及其所围限的岩块 (构造体构造体)所组成。所组成。1物质组成。天然矿物的集合体，构造是岩体的物质组成。天然

2、矿物的集合体，构造是岩体的显著特征。显著特征。2尺度过渡。图尺度过渡。图3赋存条件。复杂的天然应力形状和地下水，这赋存条件。复杂的天然应力形状和地下水，这是岩体与其他资料的根本区别之一。是岩体与其他资料的根本区别之一。4力学性质。岩体：非均质、不延续、各向异性力学性质。岩体：非均质、不延续、各向异性5相互转化。相互转化。物理性质物理性质水理性质水理性质容重容重空隙性空隙性吸水性吸水性抗冻性抗冻性软化性软化性透水性透水性比重比重强度性质强度性质变形性质变形性质破坏方式破坏方式强度目的强度目的全应力应变曲线全应力应变曲线弹性、塑性、粘性弹性、塑性、粘性变形参数变形参数在外载作用下，当岩石内在外载作

3、用下，当岩石内部的应力到达或超越某一部的应力到达或超越某一极限时，岩石就发生破坏极限时，岩石就发生破坏单轴紧缩实验岩样破坏根本方式单轴紧缩实验岩样破坏根本方式 岩石单轴抗压强度岩石单轴抗压强度 常见岩石的抗拉强度常见岩石的抗拉强度 ctRR41251根本概念根本概念正应力条件下施加剪切力，岩石能抵正应力条件下施加剪切力，岩石能抵抗的最大剪力抗的最大剪力抗剪强度常用室内实验抗剪强度常用室内实验直接剪切仪直接剪切仪(直接剪切实验直接剪切实验)、角模压剪仪角模压剪仪/变角板剪切实验变角板剪切实验 (角模剪切实验角模剪切实验)、三轴紧缩仪三轴紧缩仪(三轴紧缩实验三轴紧缩实验) 采用不同的采用不同的角角

4、进展实验，那么每个进展实验，那么每个对应一组对应一组和和f。sinAPcosAPf实验步骤实验步骤先将试件施加侧压力先将试件施加侧压力3逐渐添加垂直压力逐渐添加垂直压力1；试件破坏，得到大主应力试件破坏，得到大主应力1，即获破，即获破坏应力圆；坏应力圆；改动侧压力改动侧压力3，获得对应的，获得对应的1，和破，和破坏应力圆；坏应力圆；真三轴实验真三轴实验常规三轴实验伪三轴常规三轴实验伪三轴321试样为立方体试样为立方体321试样为圆柱体试样为圆柱体 绘制实验对应绘制实验对应1和和3的应力圆或称莫尔圆，以的应力圆或称莫尔圆，以及这些应力圆的包络线，即求得岩石的抗剪强度曲线。及这些应力圆的包络线，即

5、求得岩石的抗剪强度曲线。单轴紧缩下的变形单轴紧缩下的变形OA：孔隙裂隙压密段：孔隙裂隙压密段AB：弹性变形段：弹性变形段BC：微破裂稳定开展阶段：微破裂稳定开展阶段CD：累计性破裂阶段：累计性破裂阶段D点以后：破裂后阶段点以后：破裂后阶段屈服点典型的应力典型的应力-应变曲线应变曲线/E/侧轴弹性模量：弹性模量：泊松比：泊松比：常温常压下岩石的典型应力一应变曲线常温常压下岩石的典型应力一应变曲线11212()vxyzxyzIEE3体积不变阶段体积不变阶段4扩容阶段扩容阶段岩石的扩容岩石的扩容岩石变形性质-体积变形岩石在荷载作用下发生破坏之前产生体积膨胀大于体积紧缩的非线性体积变形岩石在荷载作用下

6、发生破坏之前产生体积膨胀大于体积紧缩的非线性体积变形1体积弹性紧缩阶段体积弹性紧缩阶段2体积微破裂紧缩阶段体积微破裂紧缩阶段含水率弹模弹模E或tdEd含水率泊松比泊松比xy2(1)(1)(12)3(12)vEGEEK体积模量：体积模量：剪切模量：剪切模量：拉梅常数：拉梅常数：岩石的变形目的岩石的变形目的1.5 影响岩石力学性质的主要要素 围压 水 温度 加载速度应变率随着围压的添加，岩石抗压强度显著提高，随着围压的添加，岩石抗压强度显著提高，岩石的变形显著增大，岩石的弹性极限显岩石的变形显著增大，岩石的弹性极限显著增大，岩石的应力著增大，岩石的应力-应变曲线形状发生应变曲线形状发生明显改动，岩

7、石的塑性增大，逐渐由脆性明显改动，岩石的塑性增大，逐渐由脆性转化为延性，出现应变硬化转化为延性，出现应变硬化三轴紧缩下的变形三轴紧缩下的变形围压对岩石力学性质的影响围压对岩石力学性质的影响岩石由脆性向塑性转化的临界岩石由脆性向塑性转化的临界围压称为转化压力，其值与岩围压称为转化压力，其值与岩石强度和温度有关。石强度和温度有关。水对岩石力学性质的影响水对岩石力学性质的影响1结合水产生的软化、光滑与水楔作用，使得结合水产生的软化、光滑与水楔作用，使得岩石内粒间粘结力降低。岩石内粒间粘结力降低。2自在水的孔隙压力作用和溶蚀、潜蚀作用。自在水的孔隙压力作用和溶蚀、潜蚀作用。3孔隙水压力。孔隙水压力的增

8、大能够导致颗孔隙水压力。孔隙水压力的增大能够导致颗粒间压应力降低，降低岩石有效应力，呵斥抗剪粒间压应力降低，降低岩石有效应力，呵斥抗剪强度下降。强度下降。 4冻融胀缩作用。孔隙、微裂隙中的水在冻融冻融胀缩作用。孔隙、微裂隙中的水在冻融时的胀缩作用对岩石力学强度破坏很大。时的胀缩作用对岩石力学强度破坏很大。1温度引起岩石矿物相变对岩石岩性产生影响；温度引起岩石矿物相变对岩石岩性产生影响；2由于温度的变化在岩石内引起热应力的变化；由于温度的变化在岩石内引起热应力的变化；3温度条件下岩石孔隙和微裂隙中水的性态改动如发生相温度条件下岩石孔隙和微裂隙中水的性态改动如发生相变引起岩石渗流场、应力场和变形场

9、的耦合变化。变引起岩石渗流场、应力场和变形场的耦合变化。温度对岩石力学性质的影响温度对岩石力学性质的影响温度的影响温度的影响高温变形模量降低，屈服点降低，峰值强度降低变形模量降低，屈服点降低，峰值强度降低延性添加，破坏后区的应力应变曲线由应变软化型向应变硬化型转化延性添加，破坏后区的应力应变曲线由应变软化型向应变硬化型转化低温处于处于0以下冻结形状的岩石，由于其孔隙水、微裂隙水冻结成冰，冻结力的存在以下冻结形状的岩石，由于其孔隙水、微裂隙水冻结成冰，冻结力的存在加强了岩石颗粒之间及裂隙隙端处的连结力，因此岩石强度显著增高。加强了岩石颗粒之间及裂隙隙端处的连结力，因此岩石强度显著增高。危害：岩石

10、中冰体的构成和发育，在裂隙、孔隙中产生宏大的冻胀力，导致孔隙、危害：岩石中冰体的构成和发育，在裂隙、孔隙中产生宏大的冻胀力，导致孔隙、裂隙张开扩展，岩石内部微构造损伤、破坏，产生冻胀变形。裂隙张开扩展，岩石内部微构造损伤、破坏，产生冻胀变形。温度的影响温度的影响加载速率对岩石力学性质的影响加载速率对岩石力学性质的影响加载速率越快，加载速率越快，测得的变形模量和强度测得的变形模量和强度越高越高岩石破坏后区的应力应岩石破坏后区的应力应变曲线也由应变软化型变曲线也由应变软化型向应变硬化型转化向应变硬化型转化灰岩灰岩 围压围压500MPa温度恒定，但温度恒定，但应变率变化应变率变化玄武岩玄武岩 围压围

11、压500MPa应变率恒定，但应变率恒定，但温度变化温度变化 温度不变温度不变缓慢加载缓慢加载加载不变加载不变温度升高温度升高同一个力学松弛行为，具有等效性同一个力学松弛行为，具有等效性应力应变应变应力温度温度=20200 500 800 应变率应变率=10-3 s-110-4 s-110-6 s-110-7 s-1在一定应变率下:在一定温度下:温度效应时间效应升高温度升高温度=延伸时间延伸时间 所谓岩石的时温等效是指，岩石在较高温度较短时间内的所谓岩石的时温等效是指，岩石在较高温度较短时间内的力学性质和力学行为，与其在较低温度较长时间内的力学性质力学性质和力学行为，与其在较低温度较长时间内的力

12、学性质和力学行为等效，即时间尺度对岩石的力学性质和力学行为的和力学行为等效，即时间尺度对岩石的力学性质和力学行为的影响可以等效为温度尺度的影响。影响可以等效为温度尺度的影响。 因此可以方便地在短时间内经过高温实验和实际分析科学因此可以方便地在短时间内经过高温实验和实际分析科学地预测岩石长期的力学性质演化规律。地预测岩石长期的力学性质演化规律。岩石时温等效原理研讨前沿-4.94-4.92-4.9-4.88-4.86-4.84-4.82-4.8-4.780.511.522.533.54Log t (秒)Log J(t)20 C60 C80 C100 C150 C200 C300 C对数 ( 300C )对数 ( 200C )对数 ( 150C )对数 ( 100C )对数 ( 80C )对数 ( 60C )对数 ( 20C )Logarithmic Curves of Creep Compliance vs Time of TGP Granite 三峡花岗岩蠕变柔量的时温等效效应三峡花岗岩蠕变柔量的时温等效效应1