岩石力学课件岩体的力学性质-讲义

具体而言，研究岩石在荷载作用下的应力、变形和破坏 规律以及工程稳定性等问题。
上述定义是把“岩石”看成固体力学中的一种材料，然而
岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，它是
一种典型的“连续介质”，具有复杂的地质构造和赋
存条件的天然地质体。
.
11
三、岩石力学理论的发展简史
1. 初始阶段(19世纪末~20世纪初)
.
8
（2）60年代初意大利Vajont大坝水库高边坡的崩溃 意大利Vajont拱坝，坝高262m，
于1959年建成，是当时世界上 最高的拱坝。1963年10月9日 夜，由于大坝上游山体突然滑 坡，约2.5亿立方的山体瞬时涌 入水库，涌浪摧毁上游及下游 一个小镇与邻近几个村庄，造 成约2500人死亡，整个灾害的 持续时间仅仅5分钟。
.
3
一、引言
1. 人类活动与岩石工程（Rock Engineering）
岩石圈是人类赖以生存的主要载体，人类的大部分活动都 是在岩石圈上进行的：
远古
约4700年前 公元1600年
19世纪
石器，穴居 金字塔（146.5m) 火药采矿 铁路隧道技术
20世纪 大型水电工程
岩基、边坡，地下 洞室，隧道工程等
普罗托吉雅柯诺夫提出的自然平衡拱学说，即普氏理论．
围岩开挖后自然塌落成抛物线拱形，作用在支架上的压力等于 冒落拱内岩石的重量，仅是上覆岩石重量的一部分．
太沙基(K．Terzahi)理论 围岩塌落成矩形，而不是抛物线型．
优点与缺点
上述理论在一定历史时期和一定条件下还是发挥了一定作用的， 但是围岩的塌落并不是形成围岩压力的惟一来源，也不是所有 的地下空间都存在塌落拱．围岩和支护之间并不完全是荷载和 结构的关系问题，在很多情况下围岩和支护形成一个共同承载 系统，而且维持岩石工程的稳定最根本的还是要发挥围岩的作 用．

时间影响因素
与实验室岩石力学研究不同，地质条件的岩石变形 时间很长，一个造山带变形要经历几百万年才完成。
应变速率的影响（έ=ε/t） έ降低，材料强度降低，向韧性方向转变 陨石的碰撞或地震是快速έ 阿尔卑斯山变形速率10-12/s-10-14/s左右
时间对岩石蠕变和松弛的影响
蠕变是在恒定应力作用下，应变随时间持 续增加的变形。
第五节 岩石断裂准则
岩石断裂准则
断裂是指由于外力作用在物体中产生的介质不连 续面。
❖ 断裂准则：在极限应力状态下各点极限应力分量所 应满足的条件，称为断裂条件或者准则。
❖ 莫尔包络线：就是材料破坏时的各种极限应力状态 应力圆的公切线。 判别条件：当一点的应力状态的应力圆与莫尔包络 线相切，这点就开始破裂。
库仑准则
库仑准则，又称最大剪应力准则，其表达式
为 max=(1-3)/2=0。
常温常压下一些岩石的强度极限
岩石
抗压强度 抗张强度 抗剪强度 (MPa) (MPa) (MPa)
花岗岩
148 (37 －379)
3－5
15－30
大理岩 石灰岩
102 (31 －262)
96 (6－ 360)
3－9 3－6
பைடு நூலகம்
10－30 12－20
砂岩
74 (11 －252)
1－3
5－15
275
玄武岩 (200－
10
350)
页岩岩石变20形－8的0 应力－应变曲线2
岩石的抗压强度>抗剪强度>抗张强度
脆性材料：断裂前 的塑性变形量在百 分之五以下的材料。 韧性材料：断裂前 的塑性变形量在百 分之十以上的材料。
❖ 脆性：脆性材料在弹性范围内或弹性变形后 立即破裂，即在破裂前没有或有极小的塑性 变形，材料的这种性质称为脆性。

格里菲斯强度理论
格里菲斯强度理论认为岩石的强度是由其内部微裂纹或弱面的能量释放率决定的。当这些 微裂纹或弱面受到外力作用时，它们会扩展并释放能量，当能量释放率达到一定值时，岩 石就会发生破裂。
岩石的破坏准则
最大应力准则
该准则认为当岩石受到的最大应力达到其单轴抗压强度时， 岩石就会发生破裂。该准则适用于脆性破坏和延性破坏。
表示岩石抵抗弹性变形的能力， 是衡量材料刚度的指标。
泊松比
表示岩石在单向受拉或受压时， 横向变形与纵向变形之比。
抗拉强度和抗压强度
抗拉强度
岩石在单向拉伸时所能承受的最大拉 应力。
抗压强度
岩石在单向压缩时所能承受的最大压 应力。
抗剪强度和摩擦角
抗剪强度
岩石在剪切力作用下所能承受的最大剪应力。
摩擦角
表示岩石在剪切力作用下，剪切面上的摩擦力与垂直剪切力之间的角度。
流变性质
蠕变
岩石在持续应力作用下发生的缓慢变形。
松弛
岩石在持续应变作用下，应力随时间逐渐减小的现象。
04
岩石的变形特性
弹性变形
02
01
03
弹性模量
表示岩石抵抗弹性变形的能力，是衡量岩石刚度的指 标。
泊松比
描述岩石横向变形的性质，与材料的弹性模量相关。
中区域形成并扩展导致的。
02
延性破坏
与脆性破坏不同，延性破坏是指岩石在受到外力作用时，会经历较大的
塑性变形，然后才发生破裂。这种破坏形式通常是由于岩石中的微裂纹
或弱面在应力作用下逐渐扩展和连接形成的。
03
疲劳破坏
疲劳破坏是指岩石在循环或反复加载过程中，由于应力水平的波动，导
致微裂纹的形成和扩展，最终导致岩石破裂。这种破坏形式通常发生在

42
三 、岩石的水理性质
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。
1.含水量W 岩石孔隙中含水的质量与岩石总质
量之比的百分数
wm w/m %
m w :孔隙中含水的质量
43
三 、岩石的水理性质
含水率
岩石孔隙中含水的质量与固相质量 之比的百分数
V s :固相的体积 w :4℃水的密度
30
一、岩石的质量指标
试验方法:
比重瓶法
步骤: 粉碎
0.25mm 105-110 ℃
过筛 烘干
50g
称重
放入比重瓶
排气 读数(计算)
31
一、岩石的质量指标
比重瓶
32
一、岩石的质量指标
Gs

ms
m1 ms
m2
0
m1—瓶和装满的试液质量 ms—岩粉质量 m2—瓶、试液、岩粉质量 γ0—试验温度下试液的密度
岩石力学
三、岩石的地质成因分类
1、深成岩
岩
深成岩颗粒均匀，多为粗—中粒状结构，
致密坚硬，孔隙很少，力学强度高，透水性 浆 较弱，抗水性较强，所以深成岩体的工程地
岩
质性质一般比较好。花岗岩、闪长岩、花岗 闪长岩、石英闪长岩等均属常见的深成岩体，
常被选作大型建筑场地。如举世瞩目的长江
三峡大坝的坝基就是坐落在花岗闪长岩体之
岩石含：固相、液相、气相。 三相比例不同而密度不同。
29
一、岩石的质量指标
1.比重 G s
岩石的比重是岩石固体部分的质量和4℃时同 体积纯水质量的比值（颗粒密度：岩石固相的质量与
固相体积之比。它不包括孔隙在内，因此其大小仅取决 于组成岩石的矿物密度及其含量）