岩石力学总结
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1、岩石力学定义:研究岩石的力学性状(behaviour)的一门理论科学,同时也是应用科学;是力学的一个分支;研究岩石对于各种物理环境的力场所产生的效应。
初期阶段(地应力):海姆静水压力假说,朗金假说,金尼克假说:经验理论阶段:普世理论,太沙基理论。
2、地下工程的特点:1).岩石在组构和力学性质上与其他材料不同,如岩石具有节理和塑性段的扩容(剪胀)现象等;2).地下工程是先受力(原岩应力),后挖洞(开巷);3).深埋巷道属于无限城问题,影响圈内自重可以忽略;4).大部分较长巷道可作为平面应变问题处理;5).围岩与支护相互作用,共同决定着围岩的变形及支护所受的荷载与位移;6).地下工程结构容许超负荷时具有可缩性;7).地下工程结构在一定条件下出现围岩抗力;8).几何不稳定结构在地下可以是稳定的.3、影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素:1).矿物:地壳中具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物;2).结构:组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及相互结合的情况;3).构造:组成成分的空间分布及其相互间排列关系。
4、岩石力学是固体力学的一个分支。
在固体力学的基本方程中,平衡方程和几何方程都与材料性质无关,而本构方程(物理方程/物性方程)和强度准则因材料而异。
岩石的基本力学性质主要包括2大类,即岩石的变形性质和岩石的强度性质。
5、研究岩石变形性质的目的,是建立岩石自身特有的本构关系或本构方程(constitutive law or equation),并确定相关参数。
研究岩石强度性质的目的,是建立适应岩石特点的强度准则,并确定相关参数。
6、岩石强度:岩石介质破坏时所能承受的极限应力;单轴抗压强度、单轴抗拉强度、多轴强度、抗剪强度。
7、研究岩石强度的意义:1).岩石分类、分级中的重要数量指标;2).作为强度准则判别:当前计算点处于全应力应变曲线哪个区;3).计算处或测定处的岩土工程是否稳定;4).在简单地下工程条件下,可作为极限平衡条件(塑性条件),求解弹塑性问题的塑性区范围,以及弹性区和塑性区的应力与位移.8、岩石的破坏形式:1).拉伸破坏: (a)为直接拉伸,(b)为劈裂破坏2).剪切破坏3)塑性流动4).拉剪组合9、岩石单轴强度定义:岩石试件在无侧限和单轴压力作用下抵抗破坏的极限能力;公式: σc=P/A 式中,σc——单轴抗压强度,MPa,也称无侧限强度;P——无侧限条件下岩石试件的轴向破坏荷载; A ——试件的截面面积。
岩石岩体区别:岩石可以瞧作就是一种材料,岩体就是岩石与各种不连续面的组合体;岩石可以瞧作就是均质的,岩体就是非均质的(在一定的工程范围内);岩石具有弹、塑、粘弹性,岩体受结构面控制,性质更复杂,强度更低;岩体通常就是指一定工程范围内的地质体,岩石则无此概念。
岩石力学就是一门研究岩石在外界因素(如荷载、水流、温度变化等)作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。
又称岩体力学,就是力学的一个分支。
研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。
它就是一门新兴的,与有关学科相互交叉的工程学科,需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识,并与这些学科相互渗透。
研究对象:对象:岩石—对象—岩石材料—地壳中坚硬的部分;复杂性:地质力学环境的复杂性(地应力、地下水、物理、化学作用等)研究的基本内容:基本理论岩体地应力材料实验——三大部分→岩体的强度工程应用岩体的变形裂隙水力学研究方法: 物理模拟→岩石物理力学性质常规实验,地质力学模型试验;数学模型→如有限元等数值模拟;理论分析→用新的力学分支,理论研究岩石力学问题;由于岩石中存在各种规模的结构面(断裂带、断层、节理、裂隙)→致使岩石的物理力学性质→不连续、不均匀、各向异性→因此,有必要引入刻划不均一程度的参数。
各向异性:指岩石的强度、变形指标(力学性质)随空间方位不同而异的特性。
岩石的基本物理力学性质岩石力学问题的研究首先应从岩石的基本物理力学性质研究入手,1.岩石的容重:指单位体积岩石的重量。
2、比重(Gs)指岩石干重量除以岩石的实体积(不含孔隙体积)的干容重与4?c 水的容重的比值。
3、孔隙率(n%)指岩石内孔隙体积与总体积之比。
4、天然含水量:指天然状态下,岩石的含水量与岩石干重比值的百分比。
5、吸水率:指岩石在常温条件下浸水48小时后,岩石内的含水量与岩石干容重的比值。
6、饱与含水率:指岩样在强制状态(真空、煮沸或高压)下,岩样最大吸水量与岩石干重量比值。
第一章岩块:是指不含显著结构面的岩石块体,是构成岩体的最小岩石单元体结构面:是指地质历史发展过程中,在岩体内部形成的具有一定的延伸方向和长度,厚度相对较小的地质界面或带。
(结构面根据地质成因不同分为原生,构造和次生结构面)(结构面对工程岩体的完整性、渗透性、物理力学性质及盈利传递等都有显著地影响)岩体:是指在地质历史过程中形成的,由岩石单元体(或称岩块)和结构面网络组成的,具有一定的结构并赋存予一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。
第三章渗透系数的物理意义是介质对某种特定流体的渗透能力,岩石的参透系数表征的就是岩石对水的渗透能力,其取决于岩石的物理性质和结构特征例如岩石中孔隙和裂隙的大小岩石遇水后体积增大的特性成为岩石的膨胀性岩石的膨胀性大小主要通过膨胀力和膨胀率两个指标来体现,测定方法由平衡加压法,压力恢复法和加压膨胀法第四章弹性指物体在外力作用下发生变形,而当撤除外力后能够恢复原状的性质(线性,非线性)塑性是指物体在外力的作用下发生不可逆变形的性质脆性是指物体在力的作用下变形很小时即发生破坏的性质延性是指物体在力的作用下破坏前能够发生大量的应变的性质,其中主要是塑性变形黏性指的是在力的作用下物体能够抑制瞬间变形,使变形因时间效应而滞后的性质岩石单轴压缩试验的目的:通过测定岩石试件在单轴压缩应力条件下的应变值,绘制应力-应变曲线,分析岩石的变形特性,并计算岩石的变形指标岩石的应变可分为三种:轴向应变εa(试样沿压力方向长度的相对变化)、横向应变εc(试样在垂直于压力的方向上长度的相对变化)和体应变εv(试样体积的相对变化)岩石典型的全应力-应力曲线:1.微裂隙闭合阶段(OA段)2.弹性变形至微破裂稳定发展阶段(ABC 段)3.裂隙非稳定发展和破坏阶段(CD段)4.破坏后阶段(D点以后)岩石典型的全应力-应力曲线决定于岩石的矿物质成分和结构特征岩石记忆:逐级一次循环加载条件下,其盈利-应变曲线的外包线与连续加载条件下的曲线基本一致,说明加、卸过程并未改变岩石变形的习性,这种现象成为~回滞环:每次加荷、卸荷曲线都不重合,且围成一环形面积,成为~疲劳强度:岩石的破坏产生在反复加、卸荷曲线与应力-应变全过程交点处。
岩石力学第一章 绪论1、岩石力学是研究岩石或者岩体在受力的情况下变形、屈服、破坏及破坏后的力学效应。
2、岩石的吸水率的定义。
演示吸水率是指岩石在大气压力下吸收水的质量w m 与岩石固体颗粒质量s m 之比的百分数表示,一般以a w 表示,即w 0s a s sm w 100%m m m m -==⨯ 第二章 岩石的物理力学性质1、影响岩石的固有属性的因素主要包括试件尺寸、试件形状、三维尺寸比例、加载速度、湿度等。
2、简述量积法测量岩石容重的适用条件和基本原理。
适用条件:凡能制备成规则试样的岩石均可基本原理:G/A*HH :均高;A :平均断面;G :重量3、简述劈裂试验测岩石抗压强度的基本原理。
在试件上下支承面与压力机压板之间加一条垫条,将施加的压力变为线性荷载以使试件内部产生垂直于上下荷载作用方向的拉应力在对径压缩时圆盘中心点的压应力值为拉应力值的3倍而岩石的抗拉强度是抗压强度的1/10,岩石在受压破坏前就被抗拉应力破坏4、简述蜡封法测量岩石容重的适用条件和基本原理。
适用条件:不能用量积法或水中称量法(非规则岩石试样且遇水易崩解,溶解及干缩湿胀的岩石) 基本原理:阿基米德浮力原理首先选取有代表性的岩样在105~110℃温度下烘干24小时。
取出,系上细线,称岩样重量(g s ),持线将岩样缓缓浸入刚过熔点的蜡液中,浸没后立即提出,检查岩样周围的蜡膜,若有起泡应用针刺破,再用蜡液补平,冷却后称蜡封岩样的重量(g 1),然后将蜡封岩样浸没于纯水中称其重量(g 2),则岩石的干容重(γd )为:γd =g s /[(g 1-g 2)/γw -(g 1-g s )/γn]式中,γn 为蜡的容重(kN/m 3),.γw 为水的容重(kN/m 3)附注:1. g 1- g 2即是试块受到的浮力,除以水的密度,(g 1- g 2)/γw 即整个试块体积。
2. (g 1- g s )/γn 为蜡的体积第三章 岩石的力学性质1、岩石的抗压强度随着围压的增大而(增大或减小)?增大而增大。
第一章1 岩石中存在一些如矿物解理,微裂隙,粒间空隙,晶格缺陷,晶格边界等内部缺陷,统称微结构面。
2 岩石的基本构成是由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定。
3 岩石的结构是指岩石中矿物颗粒相互之间的关系,包括颗粒的大小,形状,排列,结构连接特点及岩石中的微结构面。
其中以结构连接和岩石中的微结构面对岩石工程性质影响最大。
4岩石中结构连接的类型主要有两种:结晶连接,胶结连接。
5 岩石中的微结构面是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及空隙。
它包括矿物的解理,晶格缺陷,晶粒边界,粒间空隙,微裂隙等。
6 矿物的解理面指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂成的光滑平面。
7 岩石的物理性质是指由岩石固有的物质组成和结构特征所决定的比重,容重,孔隙率,岩石的密度等基本属性。
8 岩石的孔隙率是指岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值。
9岩石的水理性:岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性。
包括岩石的吸水性,透水性,软化性和抗冻性。
10 岩石的天然含水率rdw m m w =w m 表示岩石中水的质量,岩石的烘干质量rd m 11 岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。
它取决于岩石孔隙的数量,大小,开闭程度和分布情况。
表征岩石吸水性的指标有吸水率,饱和吸水率和饱水系数。
岩石吸水率drdr o a m m m w -=. dr m 为岩石烘干质量,o m 为岩石浸水48小时后的总质量。
12 岩石的饱水率是岩石在强制状态下(高压,真空或煮沸)岩石吸入水的质量与岩石烘干质量的比值。
13岩石的透水性:岩石能被水透过的性能。
可用渗透系数衡量。
主要取决于岩石孔隙的大小,方向及相互连通情况。
A dxdh k q x = K 为岩石的渗透系数,h 为水头的高度,A为垂直于X方向的截面面积,qx 为沿X方向水的流量。
透水性物理意义:是介质对某种特定流体的渗透能力,渗透系数的大小取决于岩石的物理特性和结构特征。
第一章 绪论岩石力学 是一门研究岩石在外界因素(如荷载、水流、温度变化等)作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。
又称岩体力学,是力学的一个分支。
研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。
它是一门新兴的,与有关学科相互交叉的工程学科,需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识,并与这些学科相互渗透。
应用: 水利水电 道路建设 采矿工程 等煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术 铁路隧道设计和施工技术 水库诱发地震的预报问题 地震预报中的岩石力学问题岩体力学的研究对象: 岩石 由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体岩体力学的发展历程:20世纪以前萌芽阶段 宋应星《天工开物》 古德恩维地表移动范围20世纪初到20世纪50年代第二阶段 松散介质学派 卡曼型三轴试验机 三下开采20世纪50年代到现在现代阶段 弹塑性理论 流变理论百花齐放 世界各国成立岩石力学学会 论文的发表 数值模拟方法矿山岩体力学的特点及其研究范围采深大 计算精度低 位置受限 不断移动由于大面积开采还会引起采空区上方大量岩层移动和破坏,研究这些岩层的运动、破坏和平衡规律及其控制方法,是矿山岩石力学的重要课题,这也是区别于其他应用性岩石力学学科的重要内容。
矿山岩体力学的研究目的和方法在安全、经济、高强度、高指标的原则下最大限度地开采地下资源。
矿山岩石力学的研究方法是科学实践和理论分析相结合,二者互相联系,互相促进。
岩石的物理性质密度、视密度、孔隙性、碎胀性和压实性、吸水性、透水性、软化性、膨胀性和崩解性 密度是指单位体积的岩石(包括空隙)的质量容重是指单位体积的岩石(包括空隙)的重量 通常,岩石的容重愈大则它的性质就愈好孔隙度是岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比,故也称为孔隙率 通常根据岩石的密度和干视密度经计算而求得 碎胀性是岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大的性质吸水性是指遇水不崩解的岩石在一定的试验条件下(规定的试样尺寸和试验压力)吸入水分的能力,通常以岩石的自然吸水率和强制吸水率表示。
扩容岩石力学知识点总结一、岩石的力学性质1. 岩石的本构关系岩石的本构关系描述了岩石受力后的应力-应变关系,是岩石力学研究的核心内容之一。
根据岩石的本构关系,可以推导得到岩石的弹性模量、剪切模量等力学参数,这些参数对于岩石的工程应用至关重要。
2. 岩石的强度特性岩石的强度特性是指岩石在受到外力作用时的抗压、抗拉、抗剪等力学性能。
岩石的强度特性直接影响着岩石的工程应用能力,因此对于岩石的强度特性的研究至关重要。
3. 岩石的弹性模量岩石的弹性模量是描述岩石在受力作用下的弹性变形特性的重要参数,它是岩石的抗压、抗拉等性能的基础。
岩石的弹性模量是岩石力学研究的重要内容之一。
二、岩石的变形和破坏规律1. 岩石的变形规律岩石在受到外力作用时会发生变形,其变形规律主要表现为岩石的弹性变形和塑性变形。
岩石的变形规律是岩石力学研究的重要内容之一。
2. 岩石的破坏规律岩石在受到外力作用时会发生破坏,其破坏规律主要表现为岩石的压缩破坏、拉伸破坏、剪切破坏等。
岩石的破坏规律是岩石力学研究的重要内容之一。
三、岩石力学的实际应用1. 岩石工程设计岩石力学的研究成果可以应用于岩石工程设计中,包括隧道工程、坝基工程、矿山工程等。
岩石工程设计是岩石力学的重要应用领域之一。
2. 地质灾害防治岩石力学的研究成果可以应用于地质灾害防治工程中,包括滑坡治理、岩体稳定性评价等。
地质灾害防治是岩石力学的重要应用领域之一。
3. 岩石勘查岩石力学的研究成果可以应用于岩石勘查工作中,包括岩石性质测试、岩体稳定性评价等。
岩石勘查是岩石力学的重要应用领域之一。
总之,岩石力学是一门重要的土木工程岩土力学的分支学科,对于地下工程、矿山开采、地质灾害防治等方面具有重要的理论和实际意义。
希望本文的内容能够为岩石力学的学习和研究提供一定的参考和帮助。
岩石力学知识点整理采矿 12-1 班矿山岩石力学知识点整理一、名词解释 1. 岩石力学:研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏规律的科学。
2. 质量密度(ρ)和重力密度(γ):单位体积的岩石的质量称为岩石的质量密度。
单位体积的岩石的重力称为岩石的重力密度(重度)。
所谓单位体积就是包括孔隙体积在内的体积。
γ= G/Vγ=ρg (kN /m3)式中:G――岩石试件的重量(kN) ;V——岩石试件的体积(m3)3. 岩石的相对密度就是指岩石的干重量除以岩石的实体积(不包括岩石中孔隙体积)所得的量与 1 个大气压下 40C 纯水的容重之比值。
Gs——岩石的相对密度;GsWs Vs? wWs——干燥岩石的重量(kN);Vs——岩石固体体积(m3);w —— 40C 时水的重度(kN/m3)4. 孔隙率是岩石试件内孔隙的体积占试件总体积的百分比。
n ? VV ? 100% Vn ? 1? ?d Gs?w5. 孔隙比是指岩石试件内孔隙的体积(V v)与岩石试件内固体矿物颗粒的体积(Vs)之比。
e ? VV ? VV ? n Vs V ? VV 1 ? n1采矿 12-1 班6. 岩石含水率(V1 ):是指天然状态下岩石中水的重量W1 与岩石烘干重量Wd 之比。
V1W1 Wd100%7.岩石的饱水率(V2 )是指高压(150 个大气压)或真空条件下,岩石吸入水的重量W2 与岩石干重量之比,即V2W2 Wd100%8.岩石的饱水系数( KS )是指岩石的吸水率与饱水率之比,即 KSV1 V29. 软化系数:是指岩石试件在饱水状态下的抗压强度(? c )与在干燥状态下的抗压强度(? 'c )的比值,即??c ? 'c。
10. 透水性是指在一定的压力作用下,地下水可以透过岩石的性能称为岩石的透水性,其衡量指标为渗透率。
11.岩石的碎胀性是指岩石破碎后其体积比原体积增大的性能。
12.结构面:是指具有一定方向、延展较大、厚度较小的二维面状地质界面。
岩石力学知识点总结一、岩石的力学性质岩石的力学性质是指岩石在外力作用下的响应和变形规律,包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、弹性模量等。
这些性质对于工程设计和地质灾害的防治非常重要。
岩石的力学性质受到多种因素的影响,包括岩石的成分、结构、孔隙度、水分含量等。
1. 抗压强度抗压强度是指岩石在受到垂直方向外力作用下的抵抗能力。
岩石的抗压强度可以通过实验或者间接方法来进行测定,通常以MPa为单位。
抗压强度受到岩石成分和密度的影响,通常晶体颗粒越大、结晶度越高的岩石其抗压强度越高。
2. 抗拉强度抗拉强度是指岩石在受到拉伸力作用下的抵抗能力。
通常岩石的抗拉强度远远低于其抗压强度,因为岩石在自然界中很少受到拉力的作用。
抗拉强度常常通过实验来进行测定,其数值对于岩石的岩石工程设计和地质灾害防治具有重要意义。
3. 抗剪强度抗剪强度是指岩石在受到切割或者剪切力作用下的抵抗能力。
岩石的抗剪强度与其结构和组成有关,一般来说,岩石中存在着一定的位移面和剪切面,这些面的摩擦和滑移对于岩石的抗剪强度产生了重要的影响。
4. 弹性模量弹性模量是指岩石在受到外力作用下的弹性变形能力。
弹性模量也叫做“模量”,其数值越高,说明岩石在受到外力作用下的变形越小。
弹性模量对于岩石的岩石工程设计和地质灾害防治具有重要的意义。
二、岩石的变形和破坏规律岩石在受到外力作用下会发生变形和破坏,其变形和破坏规律对于地质工程的设计和地质灾害的防治具有重要的意义。
岩石的变形和破坏规律受到多种因素的影响,包括岩石的力学性质、结构、孔隙度、水分含量等。
1. 岩石的变形规律岩石在受到外力作用下会发生变形,其变形规律通常表现为弹性变形、塑性变形和破坏。
弹性变形是指岩石在受到外力作用后能够恢复原状的变形,塑性变形是指岩石在受到外力作用后不能够恢复原状的变形,破坏是指岩石在受到外力作用后达到极限状态,无法继续承受力的作用。
2. 岩石的破坏规律岩石在受到外力作用下会发生破坏,其破坏规律通常表现为压缩破坏、拉伸破坏和剪切破坏。
第一章绪论岩石力学是一门研究岩石在外界因素(如荷载、水流、温度变化等)作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。
又称岩体力学,是力学的一个分支。
研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。
它是一门新兴的,与有关学科相互交叉的工程学科,需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识,并与这些学科相互渗透。
应用:水利水电道路建设采矿工程等煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术铁路隧道设计和施工技术水库诱发地震的预报问题地震预报中的岩石力学问题岩体力学的研究对象:岩石由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体岩体力学的发展历程:20世纪以前萌芽阶段宋应星《天工开物》古德恩维地表移动范围20世纪初到20世纪50年代第二阶段松散介质学派卡曼型三轴试验机三下开采 20世纪50年代到现在现代阶段弹塑性理论流变理论百花齐放世界各国成立岩石力学学会论文的发表数值模拟方法矿山岩体力学的特点及其研究范围采深大计算精度低位置受限不断移动由于大面积开采还会引起采空区上方大量岩层移动和破坏,研究这些岩层的运动、破坏和平衡规律及其控制方法,是矿山岩石力学的重要课题,这也是区别于其他应用性岩石力学学科的重要内容。
矿山岩体力学的研究目的和方法在安全、经济、高强度、高指标的原则下最大限度地开采地下资源。
矿山岩石力学的研究方法是科学实践和理论分析相结合,二者互相联系,互相促进。
岩石的物理性质密度、视密度、孔隙性、碎胀性和压实性、吸水性、透水性、软化性、膨胀性和崩解性 密度是指单位体积的岩石(包括空隙)的质量容重是指单位体积的岩石(包括空隙)的重量通常,岩石的容重愈大则它的性质就愈好孔隙度是岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比,故也称为孔隙率通常根据岩石的密度和干视密度经计算而求得 碎胀性是岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大的性质吸水性是指遇水不崩解的岩石在一定的试验条件下(规定的试样尺寸和试验压力)吸入水分的能力,通常以岩石的自然吸水率和强制吸水率表示。
岩石的自然吸水率是试件在大气压力作用下吸入水分的质量与试件的干质量之比透水性是岩石能被水透过的性能。
达西定律可知Q=KAI软化系数是指水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之比膨胀性和崩解性主要取决于其胶结程度及造岩矿物的亲水性,一般含有大量粘土332.710kg/m ⨯矿物(如蒙脱石、高岭土和水云母等)的软岩遇水后极易产生膨胀和崩解。
岩石的膨胀性可用膨胀应力和膨胀率来表示。
岩石与水进行物理化学反应后,随时间变化会产生体积增大现象,这时使试件体积保持不变所需要的压力称为岩石的膨胀应力,而增大后的体积与原体积的比率称为岩石的膨胀率。
岩石的崩解性是用耐崩解性指数表示,它是指岩样在承受干燥和湿润两个标准循环之后,岩样对软化和崩解作用所表现出的抵抗能力。
第二章岩石的强度:岩石抵抗外力作用的能力,岩石破坏时能够承受的最大应力。
a.单向抗压强度b.单向抗拉强度c.剪切强度d.三轴抗压强度a.单向压缩变形b.反复加载变形c.三轴压缩变形d.剪切变形●单轴抗压强度: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●单轴抗拉强度: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●抗剪切强度: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●三轴抗压强度:岩石在三向压缩荷载作用下,达到破坏时所能承受的最大压应力端部效应其消除方法:润滑试件端部(如垫云母片;涂黄油在端部)加长试件岩石的变形:岩石在外力作用下发生形态(形状、体积)变化。
岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质弹性:物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形,而去除外力(卸载)后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性。
塑性(plasticity):物体受力后产生变形,在外力去除(卸载)后变形不能完全恢复的性质,称为塑性。
在外力作用下只发生塑性变形的物体,称为理想塑性体▪理想塑性体的应力-应变关系:▪当σ<σs 时,ε=0▪当σ≥σs 时,ε->∞黏性(viscosity): 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的性质,称为粘性脆性(brittle): 物体受力后,变形很小时就发生破裂的性质。
5%岩石的延性与脆性是相对的,在一定的条件下可以相互转化延性(ductile): 物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质,称为延性单轴压缩条件岩石应力-应变曲线6种类型类型Ⅰ弹性岩石。
例如:玄武岩、石英岩、白云岩以及极坚固的石灰岩类型Ⅱ弹—塑性岩石。
例如:较弱的石灰岩、泥岩以及凝灰岩类型Ⅲ塑—弹性岩石。
例如:砂岩、花岗岩、片理平行于压力方向的片岩以及某些辉绿岩类型Ⅳ塑—弹—塑性岩石。
例如:大多数为变质岩类型Ⅴ与类型Ⅳ相同一般发生在压缩性较高的岩石中。
应力垂直于片理的片岩具有这种性质类型Ⅵ弹—粘性岩石。
例如:岩盐、某些软弱岩石名词解释(已知)1、弹性模量:直线的斜率,也即应力(σ)与应变(ε)的比率被称为岩石的弹性模量,记为E线弹性岩石应力—应变曲线具有近似直线的形式完全弹性岩石岩石的应力—应变关系不是直线,而是曲线弹性岩石岩石的应力—应变关系不是直线,而是曲线,且卸载曲线不沿原加载路径返回原点O 滞回效应弹塑性岩石岩石的应力—应变关系不是直线,而是曲线,卸载曲线不沿原加载路径返回,且应变也不能恢复到原点O塑性滞回环:加载曲线与卸载曲线所组成的环,叫做塑性滞回环弹塑性岩石等荷载循环加载变形特征①等荷载循环加载:如果多次反复加载与卸载,且每次施加的最大荷载与第一次施加的最大荷载一样。
②塑性滞回环:则每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环。
这些塑性滞回环随着加、卸载的次数增加而愈来愈狭窄,并且彼此愈来愈近,岩石愈来愈接近弹性变形,一直到某次循环没有塑性变形为止,如图中的HH‘环。
③临界应力:当循环应力峰值小于某一数值时,循环次数即使很多,也不会导致试件破坏;而超过这一数值岩石将在某次循环中发生破坏(疲劳破坏),这一数值称为临界应力。
此时,给定的应力称为疲劳强度。
弹塑性岩石增荷载循环加载变形特征▪①增荷载循环加载:如果多次反复加载、卸载循环,每次施加的最大荷载比前一次循环的最大荷载为大。
▪②塑性滞回环:每次加、卸载曲线都形成一个塑性滞回环。
随着循环次数的增加,塑性滞回环的面积也有所扩大,卸载曲线的斜率(它代表着岩石的弹性模量)也逐次略有增加,表明卸载应力下的岩石材料弹性有所增强。
▪③岩石的记忆性:每次卸载后再加载,在荷载超过上一次循环的最大荷载以后,变形曲线仍沿着原来的单调加载曲线上升(图中的OC线),好象不曾受到反复加载的影响似的,这种现象称为岩石的变形记忆。
全应力-应变曲线的特征孔隙裂隙压密阶段(OA段)弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段(AC段非稳定破裂发展阶段,或称累进性破裂阶段(CD段)破裂后阶段(D点以后段)▪其工程意义:揭示岩石试件破裂后,仍具有一定的承载能力。
▪预测岩爆。
▪预测蠕变破坏。
▪预测循环加载条件下岩石的破坏。
▪围压对岩石变形的影响:随着围压的增大,岩石的抗压强度、变形、弹性极显著增大,岩石的性质发生了变化:由弹脆性→弹塑性→应变硬化按照结构面的形成原因可以划分为:原生、构造、以及次生结构面结构面状态按照贯通情况可划分为:非贯通、半贯通、贯通或者:产状:倾向、倾角、走向(与工程关系)形态:起伏度、粗造度(影响抗滑力)延展度:相对工程岩体范围内充填物:断层泥(硅质、钙质、泥质)水对其的力学性质有很大影响密集度:裂隙度(K)切割度(Xe)迹长张开度裂隙度(K):沿取样线方向单位长度的节理数(面)切割度Xe迹长:结构面露出表面的长度张开度具体可以划分为闭合、裂开、张开结构面结构面形态按照JRC 划分为10种结构面的力学性质:法向、剪切、抗剪强度。
岩石分类评价 1.岩石普氏系数(f=σc/10)分类法 2.岩石质量指标 RQD3.RMR(Rock Mass Rating)值分类法六个参数完整岩石强度岩芯质量指标节理间距节理条件地下水条件节理走向或倾向4.巴顿岩体质量分类(Q 分类)5.岩体基本质量分级--计算BQBQ=90+3σC +250K V 第三章 地应力:是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力。
年代里由于地质构造运动等原因使地壳物质产生了内应力效应,这种应力称为地应力地应力的成因:1)板块边界受压2)地幔热对流3)岩体自重应力场4)岩浆侵入 5)水压力、热应力6)地形、地表剥蚀对地应力影响地壳浅部(3000m 以内)地应力分布的主要规律1)地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场,它是时间和空间的函数。
2)垂直应力随深度的变化规律:垂直应力随深度线性增加3)水平应力普遍大于垂直应力;4)平均水平应力与垂直应力之比随深度增加而减小,且趋近于15)最大水平主应力与最小水平主应力随深度增加线性增长6)最大水平主应力与最小水平主应力之差随深度增加而增大地应力测量的方法直接测量法:1 扁千斤顶法 2刚性包体应力记法3 水压致裂法4 声发射法间接测量法:1全应力解除法2局部应力解除法3松弛变量测量法4孔壁崩落测量法5地球物理勘探法材料力学─研究杆件(如梁、柱和轴)的拉压、弯曲、剪切、扭转和组合变形等问题。
结构力学─在材料力学基础上研究杆系结构如桁架、刚架等弹性力学─研究各种形状的弹性体,如杆件、平面体、空间体、板壳、薄壁结构等问题。
弹力研究方法:在区域V 内严格考虑静力学、几何学和物理学三方面条件,建立三套方程; 在边界s 上考虑受力或约束条件,并在边界条件下求解上述方程,得出较精确的解答。
外力─其他物体对研究对象(弹性体)的作用力。
体力─(定义)作用于物体体积内的力。
以单位体积内所受的力来量度。
坐标正向为正。
面力─(定义)作用于物体表面上的力。
坐标正向为正。
应力─截面上某一点处,单位截面面积上的内力值正面正向,负面负向为正正应变,以伸长为正。
切应变 , 以直角减小为正,用弧度表示。
形变—用线应变和切应变表示,弹性力学中的五个基本假定。
(1)连续性─假定物体是连续的。
(2)完全弹性 ∑==61i i R RMR .22--T ML .21--T ML .21--T ML(3)均匀性─假定物体由同种材料组成。
(4)各向同性─假定物体各向同性。
(5)小变形假定─假定位移和形变为很小。
弹力基本假定,确定了弹力的研究范围:理想弹性体的小变形问题。
解法:在弹性体区域V 内,根据微分体上力的平衡条件,建立平衡微分方程;根据微分线段上应变和位移的几何条件,建立几何方程;根据应力和应变之间的物理条件,建立物理方程。
在弹性体边界s 上,根据面力条件,建立应力边界条件,根据约束条件,建立位移边界条件。