2019岩石的基本物理力学性质.ppt
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1、第二章 岩石的基本物理力学性质,岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一,也是岩石力学学科中研究最早、最完善的内容之一。 基本要求: 掌握岩石的基本物理性质,理解岩石的变形性质 掌握岩石的强度性质; 理解岩石的流变特性及分类,理解岩石介质模型 理解岩石的破坏机理,了解格里菲斯理论 掌握莫尔强度理论,掌握库仑莫尔强度理论,第一章 岩石的基本物理力学性质,主讲内容: 第一节 岩石的物理性质 第二节 岩石的强度性质 第三节 岩石的变形特征 第四节 岩石的流变特性 第五节 岩石的强度理论,一、岩石的容重 二、岩石的比重 三、岩石的孔隙性 四、岩石的水理性质,第一节 岩石的基本物理性质,含水
2、性 吸水性 透水性 软化性 抗冻性 膨胀性 崩解性,一、岩石的容重: 岩石单位体积(包括岩石内孔隙体积)的重量称为岩石的容重,容重的表达式为:,岩石的容重取决于组成岩石的矿物成分、孔隙发育程度及其含水量。岩石容重的大小,在一定程度上反映出岩石力学性质的优劣。根据岩石的含水状况,将容重分为天然容重、干容重、和饱和容重。 测定方法:量积法(直接法)、水中法、蜡封法,第一节 岩石的基本物理性质,岩石的比重:岩石固体重量(Ws)与同体积水在4时的重量比 Vs固体体积; 水的比重,二、岩石的比重,三、岩石的孔隙性:反映裂隙发育程度的指标,岩石中的空隙有开型空隙和闭型空隙之分;开型空隙按其开启程度又有大、
3、小开型空隙之分。 总空隙率(n) 总开空隙率(n0) 大开空隙率(nb) 小开空隙率(ns) 闭空隙率(nc) 一般提到的岩石空隙率系指总空隙率,第二节 岩石的强度特性,强度,单向抗压强度 单向抗拉强度 剪切强度 三轴压缩,真三轴 假三轴,P,P,P,P,一、 岩石的单轴抗压强度,1.定义:岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度,式中:P无侧限的条件下的轴向破坏荷载 A试件截面积,c=P/A,P,P,A,二、 岩石的抗拉强度,定义:岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破 坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的 单轴抗拉强度(Tensile strength)。 试件在
4、拉伸荷载作用下的破 坏通常是沿其横截面的断裂破坏。,直接试验 间接试验,试验方法,三 岩石的抗剪强度,1. 定义 岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度(Shear strength)。所能抵抗的最大剪应力常用 表示,剪切强度试验分为非限制性剪切强度试验(Unconfined shear strength test)和限制性剪切强度试验(Confined shear strength test)二类。 非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力存在,没有正应力存在;限制性剪切试验在剪切面上除了存在剪应力外,还存在正应力。,四. 三轴抗压强度,1)定义:岩石在三向压缩荷
5、 载作用下,达到破坏时所能 承受的最大压应力称为岩石的三轴抗压强度(Triaxial compressive strength)。 与单轴压缩试验相比,试件除受轴向压力外,还受侧向压力。侧向压力限制试件的横向变形,因而三轴试验是限制性抗压强度(confined compressive strength)试验。,第三节 岩石的变形性质,岩石的变形有弹性变形、塑性变形和粘性变形三种. 弹性:物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形,而去除 外力后又能 立即恢复其原有形状和尺寸的性质。 塑性:物体受力后变形,在外力去除后变形不能完全恢复. 粘性:物体受力后变形不能在瞬时完成,且应变速率随应力 增加而增加
6、的性质,弹性,塑性,粘性,岩石变形指标及其确定,1.弹性模量E 的定义为 ,由于单向受压情况下岩石的应力应变关系是非线性的,因此变形模量不是常数,常用的变形模量有以下几种:,1)初始模量,用应力应变曲线坐标 原点的切线斜率表示,3)割线模量,由应力应变曲线的起始点与曲线上另一点作割线,割线的斜率就是割线模量, 一般选强度为50%的应力点,2)切线模量,用应力应变曲线任一点的切线斜率表示:,第四节 岩石的流变理论,流变现象:材料应力-应变关系与时间因素有关的性质,称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象,称为流变现象。 蠕变 流变的种类:松弛 弹性后效,弹性元件(H) 流变学中的基本元件:
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