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1、第5節(jié)課（3月17日）有關巖體強度理論和計算方法物理模擬工程地質(zhì)中的數(shù)值模擬方法1.巖石強度準則2.巖體強度準則3.工程地質(zhì)物理模擬4.工程地質(zhì)數(shù)值模擬1.巖石強度準則巖石強度理論是研究巖石在各種應力狀態(tài)下的強度準則的理論。巖石破壞時所需滿足的條件叫強度準則，或稱為破壞判據(jù)（條件）。它表征巖石在極限應力狀態(tài)下（破壞條件）的應力狀態(tài)和巖石強度參數(shù)之間的關系，一般可以表示為極限應力狀態(tài)下的主應力間的關系方程，即σ1=f(σ2，σ3)或者表示為處于極限平衡狀態(tài)截面上的剪應力和正應力σ間的關系方程τ=f(σ)巖
2、石強度準則主要包括：1)最大張應力理論（第一破裂理論）2)最大線應變力理論（第二破裂理論）3)莫爾—庫侖準則（第三破裂理論）4)霍克—布朗（Hoek-Brown）準則5)德魯克—普拉格（Ducker-Prager）準則6)一維格里菲斯（Griffith）準則7)二維格里菲斯準則8)奧德理論1.巖石強度準則1.1最大張應力理論（第一破裂理論）為加里略（GalileiGalieo，1564-1642）創(chuàng)立的，其根據(jù)是當作用在材料上的外力過大時，材料就會沿最大張應力所在的截面發(fā)生斷裂破壞。其破裂條件是：設最大
3、單向張應力為σ3，破壞應力強度極限為σ0，則必須σ3≥σ0。1.巖石強度準則1.2最大線應變力理論（第二破裂理論）該理論由馬利奧托（E.Mariotto，1682）創(chuàng)立，圣維南（B.deSaintVenant，1885）修正。其根據(jù)是：當作用在材料上的外力過大時，材料會沿最大線應變（ε3）的方向發(fā)生斷裂破壞。其破壞條件是：設最大伸長線應變?yōu)棣?，材料線性應變極限值為ε0，則必須ε3≥ε0。1.巖石強度準則1.3莫爾—庫侖準則（第三破裂理論）1.巖石強度準則1.3莫爾—庫侖準則（第三破裂理論）該理論由庫侖
4、（CoulombCriterion，1773）提出，20世紀初莫爾（Mohr’sHypothesis,1900）修正。該理論認為，當作用力達到材料的強度極限時，材料就沿最大剪應力面發(fā)生剪切破壞，其方位與σ1、σ3呈45°角相交，破壞時的強度極限值τmax=1/2（σ1-σ3）。σ()τ=fσfτ1.巖石強度準則1.3莫爾—庫侖準則（第三破裂理論）C——粘聚力；——內(nèi)摩擦角ττσ1?σ32C2α?σσ3σCcotcos?σσ1++σσ31322σ11.巖石強度準則莫爾—庫倫準則參數(shù)的確定方法把強度準則公式
5、改寫成以下形式其中1.巖石強度準則1.4霍克—布朗（Hoek-Brown）準則——破壞時的最大主應力；——作用在巖石上的最小主應力；——巖石的單軸抗壓強度；——取決于巖石性質(zhì)的材料常數(shù)。1.巖石強度準則1.5德魯克—普拉格（Ducker-Prager）準則1.巖石強度準則1.5德魯克—普拉格（Ducker-Prager）準則1.巖石強度準則1.6一維格里菲斯(Griffith)準則——材料的表面比能；E——材料的彈性模量。1.巖石強度準則1.7二維格里菲斯準則1.巖石強度準則1.巖石強度準則格理菲斯準則
6、的特點：材料的破壞機理與應力狀態(tài)無關，都屬于拉裂破壞。格里菲斯準則的不足與問題4條(1)沒有考慮眾多維裂隙的相互作用，只能作為單維裂隙開裂的條件，不能作為巖石的強度準則。(2)沒有考慮受壓時裂隙閉合，并產(chǎn)生磨擦。(3)給出的巖石脆性度偏小。(4)只給出了裂隙開裂的方向，沒有給出后續(xù)的擴展方向。1.巖石強度準則1.8奧德理論（H.Ode,1960）同Griffith脆性破裂理論相比，奧德理論為塑性強度理論。奧德認為：由于塑性變形中存在著速度不連續(xù)，而應力則是連續(xù)的，這樣應力-應變關系就能夠由差異運動的屈服
7、條件中獲得，即經(jīng)過一定的時間后，塑性介質(zhì)將沿著速度相等的平滑的特征面發(fā)生韌性斷裂。1.巖石強度準則1.7奧德理論（H.Ode,1960）Hills(1961)扼要地把這一理論稱為塑性剪切作用，并認為大多數(shù)地質(zhì)體本身上是是存在塑性流動的，起初并不明顯的彈性應變，在不失掉內(nèi)聚力的差異運動下，亦即應變率高的固態(tài)流動下，產(chǎn)生塑性剪切變形。奧德理論是對一般彈塑性破裂理論的的突破，可用于韌性剪切帶的生產(chǎn)，礦物集合體的變形，破裂面與主壓應力直交的構造，塑性流動破裂構造，以及成礦期間巖體和礦體相互間滑動等的解釋和分析。
8、2.巖體強度準則巖體強度是指巖體抵抗外力破壞的能力。巖體的強度《巖石的強度巖體強度的研究方法——現(xiàn)場試驗現(xiàn)場試驗方法：平板加載試驗、環(huán)形加載試驗等2.巖體強度準則巖體強度準則主要包括：1.裂隙化巖體的霍克-布朗（Hoek-Brown）強度準則2.巖體強度估算的經(jīng)驗方法1)基與巖體彈性波傳播速度的經(jīng)驗公式；2)其它經(jīng)驗公式。2.巖體強度準則2.1裂隙化巖體的霍克-布朗（Hoek-Brown）強度準則H-B準則只適用于巖塊尺寸遠小于巖石工程規(guī)模
