《巖石力學(xué)性質(zhì)》PPT課件

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1、1巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度：巖石抵抗外力作用的能力，巖石破壞時(shí)能夠承受的最大應(yīng)力。a.單向抗壓強(qiáng)度b.單向抗拉強(qiáng)度c.剪切強(qiáng)度d.三軸抗壓強(qiáng)度巖石的變形：巖石在外力作用下發(fā)生形態(tài)（形狀、體積）變化。a.單向壓縮變形b.反復(fù)加載變形c.三軸壓縮變形d.剪切變形巖石強(qiáng)度與外力有關(guān)a.外力性質(zhì)：動(dòng)載荷、靜載荷b.外力方式：拉伸、壓縮、剪切C.應(yīng)力狀態(tài)：?jiǎn)蜗?、雙向、三向1.1巖石單軸抗壓強(qiáng)度1）定義：巖石在單軸壓縮荷載作用下達(dá)到破壞前所能承受的最大壓應(yīng)力稱為巖石的單軸抗壓強(qiáng)度(Uniaxialcompressivestrength)，或稱為非限制性抗壓強(qiáng)度(unconfine

2、dcompressivestrength)。如圖所示。2）計(jì)算公式：σc=P/A3）4種破壞形式：1.X狀共軛斜面剪切破壞，是最常見的破壞形式。2.單斜面剪切破壞，這種破壞也是剪切破壞。3.塑性流動(dòng)變形，線應(yīng)變≥10％。4.拉伸破壞，在軸向壓應(yīng)力作用下，在橫向?qū)a(chǎn)生拉應(yīng)力。這是泊松效應(yīng)的結(jié)果。這種類型的破壞就是橫向拉應(yīng)力超過巖石抗拉極限所引起的。4)實(shí)驗(yàn)方法a.試件標(biāo)準(zhǔn)立方體50×50×50mm或70×70×70mm圓柱體，但使用最廣泛的是圓柱體。圓柱體直徑D一般不小于50mm。L/D=2.5~3.0（國(guó)際巖石力學(xué)委員會(huì)ISRM建議的尺寸）要求：兩端不平度0.5mm；

3、尺寸誤差±0.3mm；兩端面垂直于軸線誤差±0.25度。加載速率：0.5～0.8Pa/sb.非標(biāo)準(zhǔn)試件的對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響及其修正c.壓縮實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖(500t壓力機(jī))d.端部效應(yīng)及其消除方法端部效應(yīng):消除方法:①潤(rùn)滑試件端部（如墊云母片；涂黃油在端部）②加長(zhǎng)試件5)水對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度的影響－軟化系數(shù)巖石的軟化系數(shù)：飽和巖石抗壓強(qiáng)度σb與干燥巖石抗壓強(qiáng)度σc之比η=σb/σc≤11.2巖石單軸抗拉強(qiáng)度1）定義：巖石在單軸拉伸荷載作用下達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大拉應(yīng)力稱為巖石的單軸抗拉強(qiáng)度(Tensilestrength),。試件在拉伸荷載作用下的破壞通常是沿其橫截面的斷裂

4、破壞，巖石的拉伸破壞試驗(yàn)分直接試驗(yàn)和間接試驗(yàn)兩類。2)直接拉伸試驗(yàn)加載和試件示意圖計(jì)算公式：破壞時(shí)的最大軸向拉伸荷載(Pt)除以試件的橫截面積(A)。即：σt=Pt/A2)直接拉伸試驗(yàn)加載和試件示意圖－（續(xù)）3)間接拉伸試驗(yàn)加載和試件示意圖巴西試驗(yàn)法（Braziliantest），俗稱劈裂試驗(yàn)法。a.試件:為一巖石圓盤，加載方式如圖所示。實(shí)際上荷載是沿著一條弧線加上去的，但孤高不能超過圓盤直徑的1/20。b.應(yīng)力分布：圓盤在壓應(yīng)力的作用下，沿圓盤直徑y(tǒng)—y的應(yīng)力分布和x—x方向均為壓應(yīng)力。而離開邊緣后，沿y—y方向仍為壓應(yīng)力，但應(yīng)力值比邊緣處顯著減少。并趨于均勻化；x

5、—x方向變成拉應(yīng)力。并在沿y—y的很長(zhǎng)一段距離上呈均勻分布狀態(tài)。c.破壞原因：從圖可以看出，雖然拉應(yīng)力的值比壓應(yīng)力值低很多，但由于巖石的抗拉強(qiáng)度很低，所以試件還是由于x方向的拉應(yīng)力而導(dǎo)致試件沿直徑的劈裂破壞。破壞是從直徑中心開始，然后向兩端發(fā)展，反映了巖石的抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度要低得多的事實(shí)。d.計(jì)算公式：σt=σx=-2P/πdtσy=(1/r1+1/r2-1/d)2P/πt圓盤中心處：σt=σx=-2P/πdtσy=6P/πdt1.3抗剪切強(qiáng)度1)定義：巖石在剪切荷載作用下達(dá)到破壞前所能承受的最大剪應(yīng)力稱為巖石的抗剪切強(qiáng)度（Shearstrength）。剪切強(qiáng)度試驗(yàn)

6、分為非限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)（Unconfinedshearstrengthtest）和限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)（Confinedshearstrengthtest）二類。非限制性剪切試驗(yàn)在剪切面上只有剪應(yīng)力存在，沒有正應(yīng)力存在；限制性剪切試驗(yàn)在剪切面上除了存在剪應(yīng)力外，還存在正應(yīng)力。2）四種典型的非限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)：a.單面剪切試驗(yàn)，b.沖擊剪切試驗(yàn),c.雙面剪切試驗(yàn)，d.扭轉(zhuǎn)剪切試驗(yàn)，分別見圖。3）非限制性剪切強(qiáng)度記為So計(jì)算公式：（a）單面剪切試驗(yàn)So=Fc/A（b）沖擊剪切試驗(yàn)So=Fc/2πra（c）雙面剪切試驗(yàn)So=Fc/2A（d）扭轉(zhuǎn)剪切試驗(yàn)So=16Mc/πD

7、3式中：Mc—試件被剪斷前達(dá)到的最大扭矩（N?m）D—試件直徑（m）4）四種典型的限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)a.直剪儀（剪切盒）壓剪試驗(yàn)（單面剪）b.立方體試件單面剪試驗(yàn)c.試件端部受壓雙面剪試驗(yàn)d.角模壓剪試驗(yàn)（變角剪切試驗(yàn)）5)Hoek直剪儀試驗(yàn)裝置6）角模壓剪試驗(yàn)及受力分析示意圖在壓力P的作用下，剪切面上可分解為沿剪切面的剪力Psinα/A和垂直剪切面的正應(yīng)力Pcosα/A，如圖所示。7）限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及其分析①試驗(yàn)結(jié)果：剪切面上正應(yīng)力越大，試件被剪破壞前所能承受的剪應(yīng)力也越大。原因：剪切破壞一要克服內(nèi)聚力，二要克服摩擦力，正應(yīng)力越大，摩擦力也