第4章岩石的变形 水电工程地质岩体力学课件 ppt

l
端摩平光滑，按照实验要求，在侧面粘贴电阻
l
d/2
丝片，以便观测变形，然后用压力机对试样加 d
压，见图4-5。在任何轴向压力下都测量试样
的轴向应变和侧向应变。设试样的长度为，直
径为，试样在荷载P作用下轴向缩短，侧向膨
胀，则试样的轴向应变为。
y
l l
x
d d
4.2 岩石变形性质的室内测定
➢ 1 单轴压缩试验：
（2）脆性或脆性状态：如果材料的承 载能力随着变形的增加而减少，则材料就 称为脆性的或处于脆性状态。
σ
Rc
C 3P R 4
σo
B
S
2
U
D
A
1
QT
o εp
ε
图4-3 完全的应力-应变曲线
4.1 岩石的变形特征
➢ 2）应力-应变曲线类型：
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ σ
典型的应力-应变曲线类型：
ε
ε
类型Ⅲ
类型Ⅳ
σ σ
ε
ε
类型Ⅴ
类型Ⅵ
σ σ
米勒(Miller)根据岩石的应力-应变曲线
随着岩石的性质有各种不同形式的特点，
ε
ε
采用28种岩石进行了大量的单轴试验后，
将岩石的应力-应变曲线分成6种类型，如
图4-4所示：
4.1 岩石的变形特征
➢ 2）应力-应变曲线类型：
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ σ
类型Ⅰ：弹性关系
ε
ε
应力与应变的关系是一直线或者近似直
σ
Rc
C 3P R 4
σo
B
S
2
U
D
A
1
QT
o εp
ε
图4-3 完全的应力-应变曲线
4.1 岩石的变形特征
➢ 1）岩石应力-应变的一般关系：
第四区段CD，开始于应力-应变曲线上 的峰值C点，其特点是这一区段上曲线的 斜率为负值。在这一区段内卸载可能产生 很大的残余变形。 图中ST表示卸载曲线，TU表示再加载 曲线。 可以看出，TU线在比S点低得多的应力 下趋近于CD曲线。这一范围内的特点是 岩石表现出脆性性质。 从图4-3上所示破坏后的荷载循环STU来 看，破坏后的岩石仍可能具有一定的刚度， 从而也就可能具有一定的承载能力。
σ
Rc
C 3P R 4
σo
B
S
2
U
D
A
1
QT
o εp
ε
图4-3 完全的应力-应变曲线
4.1 岩石的变形特征
➢ 1）岩石应力-应变的一般关系：
在OA和AB这两个区段内，岩石很接近 于弹性的，可能稍有一点滞回效应，但是 在这两个区内加载与卸载对于岩石不发生 不可恢复的变形。 第三区段BC的起点B往往是在C点最大 应力值的2/3处，从B点开始，应力-应变 曲线的斜率随着应力的增加而逐渐降低到 零。在这一范围内，岩石将发生不可恢复 的变形，加载与卸载的每次循环都是不同 的曲线。 在图4-3上的卸载曲线PQ在零应力时还 有残余变形。如果岩石上再加载，则再加 载曲线QR总是在曲线OABC以下，但最终 与之连接起来。
第4章 岩石的变形
华北水利水电学院岩土工程系 岩石力学课程组
4.1 岩石的变形特征
➢岩石变形的概念：
图3-34 基岩变形性质差异引起剪应力 岩石的变形是指岩石在任何物理因素作用下形状和大小的变化。
工程最常研究的变形是由于力的影响所产生的， 坝建在多种岩石组成的岩基上，这些岩石的变形性质不同，则
由于基岩的不均匀变位可以使坝体的剪应力和主拉应力增长，造成开 裂错位等不良后果。如果岩基中岩石的变形性质已知并且在岩基内这 此性质的变化也已确定，那么在坝施工中可以采取必要措施防止不均 匀变位。
假如岩石服从虎克定律(线性弹性材料)，则 压缩时的弹性模量E由下式给出：
E PA Pl l l lA
σ σ
类型Ⅲ
类型Ⅳ
线，直到试样发生突然破坏为止。具有这
ε
ε
类型Ⅴ
类型Ⅵ
σ σ
种变形类型的岩石有玄武岩、石英岩、白
云岩以及极坚固的石灰岩；
ε
ε
类型Ⅱ：弹-塑性
在应力较低时，应力-应变关系近似于 直线，当应力增加到一定数值后，应力应变曲线向下弯曲变化，且随着应力逐渐 增加，曲线斜率也愈来愈小，直至破坏；
σ
Rc
C 3P R 4
σo
B
S
2
U
D
A
1
QT
o εp
ε
图4-3 完全的应力-应变曲线
4.1 岩石的变形特征
➢ 1）岩石应力-应变的一般关系：
（1）塑性或塑性状态：如果材料承受 永久变形而没有失去其承载能力，则这种 材料称为塑性的或处于塑性状态。在有些 文献中也有把这种材料称为韧性的或处于 韧性状态。
4.1 岩石的变形特征
➢岩石变形的概念：
岩石的变形特性常用弹性模量 E 和泊松比 两个常数来表示。当这两个常数为已
知时，就可用三维应力条件的广义虎克定律计算出给定应力状态下的变形：
X
1 E
E 1
E
0 0
0 0
0
0 X
பைடு நூலகம்
Y
XZY
E
E
0
E E 0
E
1
0
E
0 21
0 0
ε
ε
类型Ⅴ
类型Ⅵ
σ σ
有这种性质。
ε
ε
类型Ⅵ：弹-塑-蠕变性
应力-应变关系曲线是岩盐的特征，开 始先有很小一段直线部分，然后有非弹性 的曲线部分，并继续不断地蠕变。某些软 弱岩石也具有类似特性。
4.2 岩石变形性质的室内测定
➢ 1 单轴压缩试验：
在单轴压缩试验时，试样大多采用圆柱形，
P
一般要求试样的直径为5cm，高度为10cm，两
4.1 岩石的变形特征
➢ 2）应力-应变曲线类型：
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ σ
类型Ⅲ：塑-弹性
ε
ε
在应力较低时，应力-应变曲线略向上
σ σ
类型Ⅲ
类型Ⅳ
弯曲。当应力增加到一定数值后，应力-
ε
ε
类型Ⅴ
类型Ⅵ
σ σ
应变曲线就逐渐变为直线，直至试样发生
ε
ε
破坏。具有这种变形性质的代表性岩石、
花岗岩、片理平行于压力方向的片岩以及
0 0
Y
XZY
YZ
ZX
0
0
0
E 0
21
E
0
YZ ZX
21
0 0 0
0
0
E
式中G为岩石的剪切模量， 为拉梅常数，它们都可用E和 表示
4.1 岩石的变形特征
➢ 1）岩石应力-应变的一般关系：
实际典型的岩石应力-应变曲线则往往是如图4-3所示的形式。这种曲线一般 可以分为四个区段：①在OA区段内，该曲线稍微向上弯曲；②在AB区段内， 很接近于直线；③BC区段内，曲线向下弯曲，直至C点的最大值；④下降段 CD。
某些辉绿岩等；
类型Ⅳ：塑-弹-塑性
压力较低时，曲线向上弯曲。当压力增 加到一定值后，变形曲线就成为直线。最 后，曲线向下弯曲。曲线似S形；
4.1 岩石的变形特征
➢ 2）应力-应变曲线类型：
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ σ
类型Ⅴ，基本上与Ⅳ相同，也呈S形。
ε
ε
曲线的斜率较平缓。一般发生在压缩性
σ σ
类型Ⅲ
类型Ⅳ
较高的岩石中。压力垂直于片理的片岩具