巖石的破壞準(zhǔn)則精講.doc

《巖石的破壞準(zhǔn)則精講.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、巖石的破壞準(zhǔn)則巖石的破壞準(zhǔn)則對(duì)巖石試樣的室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)，可獲得巖石試樣的強(qiáng)度指標(biāo)，但對(duì)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的天然巖體，又是如何判斷其破壞呢？因此，就必須建立判斷巖石破壞的準(zhǔn)則（或稱強(qiáng)度理論）。巖石的應(yīng)力、應(yīng)變?cè)鲩L到一定程度，巖石將發(fā)生破壞。用來表征巖石破壞條件的函數(shù)稱為巖石的破壞準(zhǔn)則。巖石在外力作用下常常處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，許多試驗(yàn)指出，巖石的強(qiáng)度及其在荷載作用下的性狀與巖石的應(yīng)力狀態(tài)有著很大的關(guān)系。在單向應(yīng)力狀態(tài)下表現(xiàn)出脆性的巖石，在三43巖石的破壞準(zhǔn)則向應(yīng)力狀態(tài)下具有延性性質(zhì)，同時(shí)它的強(qiáng)度極限也大大提高

2、了。43巖石的破壞準(zhǔn)則許多部門和學(xué)者從不同角度提出不同的破壞準(zhǔn)則，目前巖石破壞準(zhǔn)則主要有：最大正應(yīng)力理論最大正應(yīng)變理論最大剪應(yīng)力理論（H.Tresca）八面體應(yīng)力理論莫爾理論及庫倫準(zhǔn)則格里菲思理論（Griffith）倫特堡理論（Lundborg）經(jīng)驗(yàn)破壞準(zhǔn)則43巖石的破壞準(zhǔn)則1、最大正應(yīng)力理論這是較早的一種理論，該理論認(rèn)為巖石的破壞只取決于絕對(duì)值最大的正應(yīng)力。即巖石內(nèi)的三個(gè)主應(yīng)力中只要有一個(gè)達(dá)到單軸抗壓或抗拉強(qiáng)度時(shí)，材料就破壞?；蜻m用條件：單向應(yīng)力狀態(tài)。對(duì)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)不適用。寫成解析式：破壞43巖石的

3、破壞準(zhǔn)則2、最大正應(yīng)變理論該理論認(rèn)為巖石的破壞取決于最大正應(yīng)變，即巖石內(nèi)任一方向的正應(yīng)變達(dá)到單向壓縮或拉伸時(shí)的破壞數(shù)值時(shí)，巖石就發(fā)生破壞。則破壞準(zhǔn)則為式中——巖石內(nèi)發(fā)生的最大應(yīng)變值；——單向拉、壓時(shí)極限應(yīng)變值；這一破壞準(zhǔn)則的解析式為（由廣義虎克定律）43巖石的破壞準(zhǔn)則R—Rt或Rc推出：破壞實(shí)驗(yàn)指出，該理論與脆性材料實(shí)驗(yàn)值大致符合，對(duì)塑性材料不適用。43巖石的破壞準(zhǔn)則3、最大剪應(yīng)力理論（H.Tresca）該理論認(rèn)為巖石材料的破壞取決于最大剪應(yīng)力，即當(dāng)最大剪應(yīng)力達(dá)到單向壓縮或拉伸時(shí)的危險(xiǎn)值時(shí)，材料達(dá)到破

4、壞極限狀態(tài)。其破壞準(zhǔn)則為：在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，最大剪應(yīng)力43巖石的破壞準(zhǔn)則單位拉伸或壓縮時(shí)，最大剪應(yīng)力的危險(xiǎn)值則有或?qū)懗善茐姆€(wěn)定這個(gè)理論適用于塑性巖石，不適用于脆性巖石。該理論未考慮中間主應(yīng)力的影響。43巖石的破壞準(zhǔn)則4、八面體剪應(yīng)力理論（Von.Mises）該理論認(rèn)為巖石達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)取決于八面體剪應(yīng)力。其破壞準(zhǔn)則為已知單元體三個(gè)主應(yīng)力，，，取坐標(biāo)系平行于主應(yīng)力。作一等傾面（其法線N與三個(gè)坐標(biāo)軸夾角相同）。八個(gè)象限的等傾面構(gòu)成一個(gè)封閉的正八面體，此八面體上剪應(yīng)力和法向應(yīng)力即為八面體應(yīng)力。43巖石的破壞準(zhǔn)

5、則為研究等傾面上的應(yīng)力，取一由等傾面與三個(gè)主應(yīng)力面圍成的四面體來研究。N與x、y、z的夾角分別為，且。設(shè)：，，則有設(shè)等傾面ABC面積為S，則三個(gè)主應(yīng)力面(，，面)的面積分別為43巖石的破壞準(zhǔn)則根據(jù)力的平衡條件,,推出：，而等傾面S上合力：所以：另，等傾面S上的法向應(yīng)力為各分力px、py、pz在N上的投影之和，即43巖石的破壞準(zhǔn)則這樣，等傾面上的剪應(yīng)力為考慮單向受力時(shí)，只有一個(gè)主應(yīng)力不為零，設(shè)為R，則代入上式有，推出：適用條件：塑性，43巖石的破壞準(zhǔn)則5、莫爾理論及莫爾庫倫準(zhǔn)則該理論是目前應(yīng)用最多的一種

6、強(qiáng)度理論。該理論假設(shè)，巖石內(nèi)某一點(diǎn)的破壞主要取決于它的大主應(yīng)力和小主應(yīng)力，即σ1和σ3，而與中間主應(yīng)力無關(guān)。也就是說，當(dāng)巖石中某一平面上的剪應(yīng)力超過該面上的極限剪應(yīng)力值時(shí)，巖石破壞。而這一極限剪應(yīng)力值，又是作用在該面上法向壓應(yīng)力的函數(shù)，即。這樣，我們就可以根據(jù)不同的σ1、σ3繪制莫爾應(yīng)力圖。每個(gè)莫爾圓都表示達(dá)到破壞極限時(shí)應(yīng)力狀態(tài)。43巖石的破壞準(zhǔn)則一系列莫爾圓的包線即為強(qiáng)度曲線由此可知，材料的破壞與否，一方面與材料內(nèi)的剪應(yīng)力有關(guān)，同時(shí)也與正應(yīng)力有關(guān)關(guān)于包絡(luò)線：拋物線：軟弱巖石雙曲線或擺線：堅(jiān)硬巖石43

7、巖石的破壞準(zhǔn)則直線：當(dāng)σ＜10MPa時(shí)43巖石的破壞準(zhǔn)則為簡化計(jì)算，巖石力學(xué)中大多采用直線形式：c——凝聚力（MPa）j——內(nèi)摩擦角。該方程稱為庫倫定律，所以上述方法合稱為：莫爾庫倫準(zhǔn)則。當(dāng)巖石中任一平面上時(shí)，即發(fā)生破壞。即：下面介紹用主應(yīng)力來表示莫爾庫侖準(zhǔn)則。任一平面上的應(yīng)力狀態(tài)可按下式計(jì)算43巖石的破壞準(zhǔn)則①②a—最大主應(yīng)力面（s1）與滑動(dòng)面夾角。根據(jù)莫爾應(yīng)力圓，可建立任一滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與主應(yīng)力之間關(guān)系。43巖石的破壞準(zhǔn)則1）c和j值與s1、s3和a角關(guān)系在s1~s3的應(yīng)力圓上，找出2a的應(yīng)

8、力點(diǎn)T（TM為半徑為）則，與直徑TM垂直且與圓相切的直線即為根據(jù)幾何關(guān)系，43巖石的破壞準(zhǔn)則，得出代入中，得到另由公式推導(dǎo)：將s1、s3表示的s和t代入中，導(dǎo)出或?qū)η髮?dǎo)，推出：破壞面與最大主應(yīng)力面的夾角43巖石的破壞準(zhǔn)則而與最大主應(yīng)力方向的夾角2）．用主應(yīng)力s1、s3表達(dá)的強(qiáng)度準(zhǔn)則將s和t的表達(dá)式代入中，利用關(guān)系：化簡得：43巖石的破壞準(zhǔn)則當(dāng)s3=0時(shí)（單軸壓縮）：，令，則，當(dāng)s1=0時(shí)（單軸抗拉）：該值為直線在s軸上的截距，但與實(shí)測(cè)的Rt有差別，需對(duì)s