巖石的巖石的力學性質(zhì)

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1、巖石的1巖石的力學性質(zhì)－巖石的變形巖石的強度：巖石抵抗外力作用的能力，巖石破壞時能夠承受的最大應力。巖石的變形：巖石在外力作用下發(fā)生形態(tài)（形狀、體積）變化。巖石在荷載作用下，首先發(fā)生的物理力學現(xiàn)象是變形。隨著荷載的不斷增加，或在恒定載荷作用下，隨時間的增長，巖石變形逐漸增大，最終導致巖石破壞。巖石變形過程中表現(xiàn)出彈性、塑性、粘性、脆性和延性等性質(zhì)。§1.5巖石變形性質(zhì)的幾個基本概念§1）彈性(elasticity)：物體在受外力作用的瞬間即產(chǎn)生全部變形，而去除外力(卸載)后又能立即恢復其原有形狀和尺寸的性質(zhì)稱為彈性。§彈性體按

2、其應力－應變關系又可分為兩種類型：§線彈性體：應力－應變呈直線關系?！旆蔷€性彈性體：應力—應變呈非直線的關系。§2）塑性（plasticity）：物體受力后產(chǎn)生變形，在外力去除（卸載）后變形不能完全恢復的性質(zhì)，稱為塑性。§不能恢復的那部分變形稱為塑性變形，或稱永久變形，殘余變形。§在外力作用下只發(fā)生塑性變形的物體，稱為理想塑性體?！炖硐胨苄泽w，當應力低于屈服極限時，材料沒有變形，應力達到后，變形不斷增大而應力不變，應力－應變曲線呈水平直線.§3）黏性(viscosity):物體受力后變形不能在瞬時完成，且應變速率隨應力增加而增

3、加的性質(zhì)，稱為粘性?！鞈兯俾逝c時間有關，－>黏性與時間有關§其應力－應變速率關系為過坐標原點的直線的物質(zhì)稱為理想粘性體（如牛頓流體），§4）脆性(brittle):物體受力后，變形很小時就發(fā)生破裂的性質(zhì)?！?）延性(ductile):物體能承受較大塑性變形而不喪失其承載力的性質(zhì)，稱為延性。§1.7巖石變形指標及其確定§巖石的變形特性通常用彈性模量、變形模量和泊松比等指標表示。3）全應力－應變曲線的工程意義§①揭示巖石試件破裂后，仍具有一定的承載能力?！膦陬A測巖爆?！烊鬉>B，會產(chǎn)生巖爆§若B>A，不會產(chǎn)生巖爆§③預測蠕變破壞

4、?！飚攽λ皆贖點以下時保持應力恒定，巖石試件不會發(fā)生蠕變。§應力水平在G－H點之間保持恒定。蠕變應變發(fā)展會和蠕變終止軌跡相交，蠕變將停止，巖石試件不會破壞?！烊魬λ皆贕點及以上保持恒定，則蠕變應變發(fā)展就和全應力—應變曲線的右半部，試件將發(fā)生破壞?！膦茴A測循環(huán)加載條件下巖石的破壞。§循環(huán)荷載：爆破，而且是動荷載。§在高應力水平下循環(huán)加載，巖石在很短時間內(nèi)就破壞?！煸诘蛻λ较卵h(huán)加載，巖石可以經(jīng)歷相對較長一段時間，巖石工程才會發(fā)生破壞?！焖?，根據(jù)巖石受力水平，循環(huán)荷載的大小、周期、全應力—應變曲線來預測循環(huán)加載條件下

5、巖石破壞時間?！靽鷫簩r石變形的影響得出如下結論：§①隨著圍壓的增大，巖石的抗壓強度顯著增加；§②隨著圍壓的增大，巖石的變形顯著增大；§③隨著圍壓的增大，巖石的彈性極限顯著增大；§④隨著圍壓的增大，巖石的應力—應變曲線形態(tài)發(fā)生明顯改變；巖石的性質(zhì)發(fā)生了變化：由彈脆性→彈塑性→應變硬化?！靽鷫簩r石變形的影響得出如下結論：§①隨著圍壓的增大，巖石的抗壓強度顯著增加；§②隨著圍壓的增大，巖石的變形顯著增大；§③隨著圍壓的增大，巖石的彈性極限顯著增大；§④隨著圍壓的增大，巖石的應力—應變曲線形態(tài)發(fā)生明顯改變；巖石的性質(zhì)發(fā)生了變化：由

6、彈脆性→彈塑性→應變硬化。1.11巖石的擴容§擴容：當外力繼續(xù)增加，巖石試件的體積不是減小，而是大幅度增加，且增長速率越來越大，最終將導致巖石試件的破壞，這種體積明顯擴大的現(xiàn)象稱為擴容?！鞂嶒灡砻鳎后w積應變曲線可以分為三個階段：§①體積變形階段體積應變在彈性階段內(nèi)隨應力增加而呈線性變化（體積減小），在此階段內(nèi)，軸向壓縮應變大于側(cè)向膨脹。稱為體積變形階段。在此階段后期，隨應力增加，巖石的體積變形曲線向左轉(zhuǎn)彎，開始偏離直線段，出現(xiàn)擴容。§在一般情況下，巖石開始出現(xiàn)擴容時的應力約為其抗壓強度的1/3～1/2左右?！膦隗w積不變階段在這

7、一階段內(nèi)，隨著應力的增加，巖石雖有變形，但體積應變增量近于零，即巖石體積大小幾乎沒有變化。§在此階段內(nèi)可認為軸向壓縮應變等于側(cè)向膨脹，因此稱為體積不變階段?！膦蹟U容階段當外力繼續(xù)增加，巖石試件的體積不是減小，而是大幅度增加，且增長速率越來越大，最終將導致巖石試件的破壞，這種體積明顯擴大的現(xiàn)象稱為擴容，此階段稱為擴容階段?！煸诖穗A段內(nèi)，當試件臨近破壞時，兩側(cè)向膨脹變形之和超過最大主應力方向上的壓縮變形值?！爝@時，巖石試件的泊松比已經(jīng)不是一個常量?！臁煊绊憥r石力學性質(zhì)的主要因素§)水對巖石力學性質(zhì)的影響§結合水：產(chǎn)生三種作用：連結

8、作用、潤滑作用、水楔作用?！爝B結作用：將礦物顆粒拉近、接緊，起連結作用?！鞚櫥饔茫嚎扇茺}溶解，膠體水解，使原有的連結變成水膠連結，導致礦物顆粒間連結力減弱，摩擦力減低，水起到潤滑劑的作用?！焖ㄗ饔茫寒攦蓚€礦物顆粒靠得很近，有水分子補充到礦物表面時，礦物顆粒利用其表面吸著力