高等岩石力学_第二章
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1-地壳;2-地幔;3-地核;4-液态外部地核;5-固态内部地核;6-软流圈;7-岩石圈地球内部构造(a)(b)(c)(d)(a)(f)(g)(h)(i)(e)方解石钟乳状集合体(a)石盐的立方体完全解理(b)石英的贝壳状断口角砾岩片麻岩礁灰岩玄武岩浮石白云母方解石黄铜矿石英萤石自然硫沉积岩的构造层理的基本形态a-水平层理b-斜层理c-交错层理递变层理根据交错层理确定岩层的顶面和底面层理构造岩层形态a-顶面b-底面1-板状岩层2-变厚变薄3-尖灭4-透镜体波痕与泥裂构造波痕及其印模泥裂的示意立体图地层单位表一般采用同位素地质年代测定法。
根据地壳运动和生物的演变,将地质年代划分为宙、代、纪、世,相(a) 岩层水平变动层位岩层层序律(b) 岩层倾斜正常层位岩层产状要素褶曲要素根据轴面产状划分的褶曲形态类型根据枢纽产状划分的褶曲形态类型根据平面形态划分的褶曲形态类型断层类型阶状断层地堑与地垒断层的组合形式断层三角面a-整合b-平行不整合c–角度不整合渗透实验装置潜水、承压水及上层滞水潜水等水位线图1-隔水层2-含水层3-喷水钻孔4-不自喷水钻孔5-地下水流向6-测压水位7-泉自流斜地由岩性变化形成1-地形等高线2-含水层顶板等高线3-等水压线4-地下水流向5-承压水自溢区6-钻孔7-自流井8-含水层9-隔水层10-承压水位线11-钻孔12-自流井等水压线图。
目录第一章岩石力学的研究进展 (3)第二章工程岩石的地质特性 (4)§2.1 基本概念 (4)§2.2 岩石的矿物学特性 (4)§2.3 岩体结构 (5)§2.4 岩体的天然应力 (5)§2.5 风化作用对岩体力学特征的影响 (6)§2.6 水对岩体特性的影响 (6)第三章工程岩体分级 (6)§3.1 概述 (6)§3.2 影响岩体工程性质的主要因素 (7)§3.3 岩体质量描述及其表达式 (8)第四章室内岩块试验分析 (11)§4.1 岩块的空隙性和水理性 (11)§4.2 岩块的单轴抗压试验 (12)§4.3 岩块三轴压缩试验 (13)第五章岩体天然应力及其测试原理与技术 (15)§5.1 概述 (15)§5.2 岩体天然地应力状态及高地应力现象 (15)§5.3 岩体天然地应力测试原理和方法 (16)第六章岩石的变形及其影响因素 (18)§6.1岩石的变形和强度特征及影响因素 (18)§6.2岩石的流变特性 (23)第七章岩体变形及强度.............................................................................. 错误!未定义书签。
§7.1 岩体变形测试................................................................................ 错误!未定义书签。
§7.2 岩体的强度.................................................................................... 错误!未定义书签。
第二章 岩石破坏机制及强度理论第一节 岩石破坏的现象在不同的应力状态下,岩石的破坏机制不同,常见的岩石破坏形式有以下几种一、拉破坏:岩石试件单向抗压的纵向裂纹,矿柱,采面片帮。
特点出现与最大应力方向平行的裂隙。
二、剪切破坏:岩石试件单向抗压的X 形破坏。
从应力分析可知,单向压缩下某一剪切面上的切向应力达到最大引起的破坏。
(a ) (b )三、重剪破坏:即沿原有的结构面的滑动、重剪破坏主要的机制:岩体受剪切作用或者受拉应力的作用、三向受压情况下多数为剪切应力的作用,侧向压力较小时可能是拉神破坏,实际工程中可能是不同机制的组合,但侧向应力较大时,可以认为剪切应力是岩石重剪破坏的主要破坏机制。
从岩石破坏的现象看,从小到几厘米的岩块到大的工程岩体,破坏形式雷同,并可归纳为两种,拉断与剪坏,因此有一定的规律可寻。
对岩石破坏的研究:在单向条件下可以从实验得到破坏的经验关系。
但是三向受力条件下,不同应力的组合有无穷多种,因此无法仅仅依靠实验得到破坏的经验关系,因此在一般应力状态,对岩石破坏的研究需要结合理论分析和试验研究两个方面。
现代关于岩石破坏的理论分析一般归结为、寻求破坏时的主应力之间的关系123(,)f σσσ=研究的方法有:理论分析;2、试验研究;3、理论研究结合试验研究。
第二节 岩石拉伸破坏的强度条件一、最大线应变理论该理论的主要观点是,岩石中某个面上的拉应变达到临界值时破坏,而与所处的应力状态无关。
强度条件为c εε≤ (2-1)c ε—拉应变的极限值,ε—拉应变。
若岩石在破坏之前可看作是弹性体,在受压条件下σ1>σ2>σ3下, 3ε是最小主应力。
按弹性力学有33E Eσμεσσ=-12(+),即33E εσμσσ=-12(+)。
若3ε<0则产生拉应变。
由于E >0,因此产生拉应变的条件是3σμσσ-12(+)<0,3μσσσ12(+)>若3ε=0ε<0则产生拉破坏,此时抗拉强度为0t Eσε=⇒0t E σε=。
第二章 应力分析第一节 体力和面力载荷类型载荷 — 一切导致物体变形和产生内力的物理因素,都称为载荷。
按作用性质不同,可分为两大类1、第一类载荷:重力、机械力和电磁力等,可简化为作用在物体上的外力,由此引起物体变形和内力;2、第二类载荷:如温度和中子幅照,直接引起物体变形,这种变形受约束时,物体才产生内力。
按作用区域,载荷可分为体积力和表面力。
体积力和表面力的定义体积力 — 作用在物体内部体积上的外力,简称体力,如重力、惯性力、电磁力等,体力通常定义为limV V∆→∆=∆F f (2-1)V ∆是受体力作用的微小体积,或称微元体。
∆F 是微元体上体力的合力。
f 的方向是体力合力的方向。
一般来说f 是空间点位的函数。
上述定义表明:1、体积力是体力强度;2、体力是矢量;3、体力强度是一种极限。
表面力 — 作用在物体表面上的外力,简称面力,如液压力、气体压力和固体之间的接触力等,面力通常定义为limS S∆→∆=∆G P (2-2)式中,S ∆ — 受面力作用的微小面积,或称微面元。
∆G 是微面元上外力的合力。
面力的x方向是面力合力的方向,一般来说,面力是位置的函数。
上述定义表明:1、面力是面力强度;2、面力是矢量;3、面力强度是一种极限。
第二节 应力张量和应力分量内力与附内力 — 在外力作用下,物体发生变形,同时产生了企图恢复原形的力,即形成内力场。
该内力场与外力平衡时,物体不再继续变形,达到变形的平衡,保持这个平衡的附加内力场,即是应力场。
应力是反抗外力引起物体变形的分子力,不是保持物体形状或聚集状态的分子力,因此称作附加内力场。
应力场是对附加内力场的精确描述。
应力概念的建立1、将一变形平衡物体假想地剖开,分为A 和B 两部分,分界面为C ,研究C 面上,B 物体对A 物体的作用,此时C 面上的附加内力变为外力,表面力。
2、在C 面上取一点P ,围绕P 点作一微面元S ∆,S ∆上的附加内力,即表面力为∆G 。