巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì).ppt

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1、上周學(xué)習(xí)回顧－Review巖石力學(xué)研究對(duì)象及特點(diǎn)巖石力學(xué)研究?jī)?nèi)容、研究方法巖石和巖體研究巖石（巖體）的力學(xué)行為、以力學(xué)的方法研究巖石工程的穩(wěn)定性地下、邊坡、巖基三類工程，涉及土木、水利水電、交通、核電、石油……（1）巖石與巖體的物理力學(xué)性質(zhì)（2）地應(yīng)力場(chǎng)（分布規(guī)律、測(cè)試?yán)碚撆c方法）（3）工程巖體的穩(wěn)定性與巖石工程加固支護(hù)（4）巖石力學(xué)新理論、新方法、新技術(shù)研究方法：實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析、物理與數(shù)值模擬、原位監(jiān)測(cè)、工程應(yīng)用巖石的構(gòu)成和分類12巖石和巖體的差別與聯(lián)系巖體是由結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)及其所圍限的巖塊(結(jié)構(gòu)體)所組成。

2、（1）物質(zhì)組成。天然礦物的集合體，結(jié)構(gòu)是巖體的顯著特征。（2）尺度過(guò)渡。（圖）（3）賦存條件。復(fù)雜的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水，這是巖體與其他材料的根本區(qū)別之一。（4）力學(xué)性質(zhì)。巖體：非均質(zhì)、不連續(xù)、各向異性（5）相互轉(zhuǎn)化。3巖塊非連續(xù)面聯(lián)合作用巖體特性理論背景試驗(yàn)基礎(chǔ)巖塊研究成果豐碩采樣試驗(yàn)設(shè)備4課程章節(jié)調(diào)整巖石物理力學(xué)性質(zhì)巖石的本構(gòu)模型與強(qiáng)度理論巖體力學(xué)性質(zhì)地應(yīng)力三大巖石工程--洞、坡、基5巖石的物理性質(zhì)（PhysicalPropertiesofrocks)物理性質(zhì)水理性質(zhì)容重空隙性吸水性抗凍性軟化性透水性比重6巖

3、石的力學(xué)性質(zhì)（MechanicalPropertiesofrocks)強(qiáng)度性質(zhì)變形性質(zhì)破壞形式強(qiáng)度指標(biāo)全應(yīng)力應(yīng)變曲線彈性、塑性、粘性變形參數(shù)在外載作用下，當(dāng)巖石內(nèi)部的應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)某一極限時(shí)，巖石就發(fā)生破壞7巖石脆-延轉(zhuǎn)換89巖石的強(qiáng)度性質(zhì)（Rockstrength)巖石發(fā)生破壞時(shí)，變形很小，明顯聲響，一般發(fā)生在單軸或低圍壓堅(jiān)硬巖石。脆性破壞破壞時(shí)，變形較大，有明顯的“剪脹”效應(yīng)，一般發(fā)生在較軟弱巖石或高圍壓堅(jiān)硬巖石。延性破壞巖石破壞類型（1）拉破壞（2）壓剪破壞10巖石的單軸抗壓強(qiáng)度概念：巖石試件在單軸壓力（無(wú)

4、圍壓而軸向加壓力）下抵抗破壞的極限能力或極限強(qiáng)度，數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大壓應(yīng)力。意義：衡量巖塊基本力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)；巖體工程分類、建立巖體破壞判據(jù)的重要指標(biāo)；用來(lái)大致估算其他強(qiáng)度參數(shù)。11單軸壓縮試驗(yàn)巖樣破壞基本形式破裂角＝12巖石種類抗壓強(qiáng)度(MPa)巖石種類抗壓強(qiáng)度(MPa)粗玄巖196～343石英片巖69～178輝長(zhǎng)巖177～294云母片巖59～127閃長(zhǎng)巖177～294凝灰?guī)r59～167玄武巖147～294千枚巖49～196石英巖147～294片麻巖49～196花崗巖98～245石灰?guī)r29～245流紋斑

5、巖98～245砂巖19.6～196大理巖98～245泥灰?guī)r12～98板巖98～196頁(yè)巖9.8～98白云巖78～245煤4.9～49巖石單軸抗壓強(qiáng)度13巖石的抗拉強(qiáng)度概念：巖石的抗拉強(qiáng)度是指巖石試件在單向拉伸條件下試件達(dá)到破壞的極限值，它在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大拉應(yīng)力。意義：衡量巖體力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)；用來(lái)建立巖石強(qiáng)度判據(jù)，確定強(qiáng)度包絡(luò)線；選擇建筑石材不可缺少的參數(shù)14常見巖石的抗拉強(qiáng)度巖石名稱抗拉強(qiáng)度（MPa）巖石名稱抗拉強(qiáng)度（MPa）巖石名稱抗拉強(qiáng)度（MPa）輝長(zhǎng)巖15~36花崗巖7~25頁(yè)巖2~10輝綠巖1

6、5~35流紋巖15~30砂巖4~25玄武巖10~30閃長(zhǎng)巖10~25礫巖2~15石英巖10~30安山巖10~20灰?guī)r5~20大理巖7~20片麻巖5~20千枚巖、片巖1~10白云巖15~25板巖7~1515巖石的抗剪強(qiáng)度基本概念—正應(yīng)力條件下施加剪切力，巖石能抵抗的最大剪力巖石的抗剪斷強(qiáng)度——完整巖塊、巖石被剪斷時(shí)，表現(xiàn)出的“抵抗剪切破壞”的強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度——巖石沿原生結(jié)構(gòu)面或已被剪斷的破裂面，剪切滑動(dòng)時(shí)的“摩擦阻力”16抗剪強(qiáng)度常用室內(nèi)試驗(yàn)直接剪切儀(直接剪切試驗(yàn))、角模壓剪儀/變角板剪切試驗(yàn)(角模剪切試

7、驗(yàn))、三軸壓縮儀(三軸壓縮試驗(yàn))17優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便、無(wú)需特殊設(shè)備，采用普通巖石壓力機(jī)即可。缺點(diǎn)：試件較小，不易反映巖石裂縫、層理等結(jié)構(gòu)面；剪切面上的受力不均勻等。直剪試驗(yàn)18角模壓剪試驗(yàn)采用不同的α角進(jìn)行試驗(yàn)，則每個(gè)α對(duì)應(yīng)一組σ和τf。19三軸壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)步驟先將試件施加側(cè)壓力σ’3逐漸增加垂直壓力σ1；試件破壞，得到大主應(yīng)力σ’1，即獲破壞應(yīng)力圓；改變側(cè)壓力σ’3，獲得對(duì)應(yīng)的σ’1，和破壞應(yīng)力圓；20真三軸試驗(yàn)常規(guī)三軸試驗(yàn)（偽三軸）試樣為立方體試樣為圓柱體21三軸壓縮試驗(yàn)繪制試驗(yàn)對(duì)應(yīng)σ’1和σ’3的應(yīng)力圓（或稱

8、莫爾圓），以及這些應(yīng)力圓的包絡(luò)線，即求得巖石的抗剪強(qiáng)度曲線。三軸壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果整理22單軸壓縮下的變形OA：孔隙裂隙壓密段AB：彈性變形段BC：微破裂穩(wěn)定發(fā)展階段CD：累計(jì)性破裂階段D點(diǎn)以后：破裂后階段屈服點(diǎn)典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性模量：泊松比：常溫常壓下巖石的典型應(yīng)力一應(yīng)變曲線233）體積不變階段4）擴(kuò)容階段巖石的擴(kuò)容巖石變形性質(zhì)-體積變形巖石在荷載作用下發(fā)生破壞之前