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岩石力学课件.ppt 79页
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岩石力学课件
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岩石力学第二章岩石的基本物理力学性质本章内容岩石的基本物理性质；岩石的强度特性；岩石的变形特性；岩石的强度理论。基本要求掌握岩石的基本物理性质，理解岩石的变形性质；掌握岩石的强度特性；掌握莫尔强度理论、库伦—莫尔强度理论；了解格里菲斯理论；第二章岩石的基本物理力学性质第一节基本物理性质第二节岩石的强度特性第三节岩石的变形特性第四节岩石的强度理论基本物理性质一、岩石的孔隙性二、岩石的水理性三、岩石的抗冻性四、岩石的质量指标岩石的强度性质一、岩石的单轴抗压强度二、岩石的三轴抗压强度三、岩石的抗剪强度四、岩石的抗拉强度岩石的变形特性（弹，塑，粘）一、岩石在单轴压缩作用下的变形特性（1）普通试验机下的变形特性（2）刚性试验机下的单向压缩的变形特性二岩石在三轴压应力下的变形特性三、岩石的流变特性(五)耐崩解性试验时，将烘干的试块，约500g，分成10份，放入带有筛孔(2mm)的圆筒内，使圆筒在水槽中以20r／min速度连续转10分钟，然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重。如此反复进行两次，按下式计算耐崩解性指数：三、岩石的抗冻性一岩石的单轴抗压强度3.单向压缩试件的常见破坏形态（1）单斜面剪切破坏：最常见的破坏方式（2）圆锥形破坏原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），在工程中也会出现。（3）柱状劈裂破坏岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应）产生的是张拉破坏（∵岩石的抗拉强度远小于抗压强度）4.单轴抗压强度的主要影响因素岩石自身的因素：矿物成分、结晶程度、颗粒大小及胶结情况、风化程度、含水情况和周围环境（温度、湿度）层理和裂隙的特性和方向等；（1）试件形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工尺寸：宽度大于矿物颗粒的10倍（Ф50的依据），长度不宜太长或太短，高径比h/d≥(2－2.5)较合理(受力均匀）（2）承压板端部摩擦力试验机刚度（3）加载速率加载速率越大，表现强度越高(见图2－5)(机理研究热点）我国规定加载速度为0.5－1.0MPa/s二岩石的三轴抗压强度指在三向压缩荷载作用下岩石所能承受的最大压应力。3.三轴压缩试验的破坏类型具体破坏形式的多样化4.岩石三向压缩强度的影响因素（1）侧压力的影响围压越大，轴向压力越大（2）加载途径对岩石三向压缩强度影响A、B、C三条虚线是三个不同的加载途径，加载途径对岩石的最终三轴压缩强度影响不大（？）。（3）孔隙水压力对岩石三向压缩强度的影响孔隙水压力使有效应力（围压）减小强度降低三岩石的抗剪强度1.定义在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力直接剪切试验角模压剪试验岩石的抗剪断σ－τ曲线（强度曲线）四岩石的抗拉强度定义：在单轴拉力作用下岩石试件抵抗破坏的极限能力，在数值上等于破坏时的最大拉应力。巴西劈裂法（对称径向压裂法）由巴西人Hondros提出点荷载试验法第三节岩石的变形特性2.基本力学模型：1、弹性模型2、理想塑性3、粘性模型η—粘性系数（poise；poise=0.1N·S/m2）一、岩石在单轴压应力作用下的变形特性c.弹性常数的确定?弹性模量国际岩石力学学会（ISRM）建议三种方法切线模量()割线模量()变形模量()1）刚性试验机工作原理压力机加压（贮存弹性能）岩石试件达峰值强度（释放应变能）导致试件崩溃。AA′O2O1面积——峰值点后，岩块产生微小位移所需的能。ABO2O1——峰值点后，普通机释放的能（贮存的能）。ACO2O1面积——峰值点后，刚体机释放的能（贮存的能）。2）应力－应变全过程曲线形态　分四个阶段：前3阶段同普通试验机，第4阶段为应变软化阶段③C点后有残余应变，反复加卸载时，随变形增加，塑性滞环的斜率降低。④C点后，可能会出现压应力下的体积增大现象，称此为扩容现象.岩石的体积应变特性在压力作用下，岩石发生非线性体积变形可分为三个阶段：1体积减小阶段：弹性阶段内，体积变形呈线性变化。2体积不变阶段：岩石体积虽有变形，但应变增量接近于零，即岩石体积大小几乎没变化。3扩容阶段：在塑性段及峰后区，主要是由于裂隙产生、贯穿、滑移、错动、甚至张开造成。采用液压伺服系统伺服系统能根据岩石破坏和变形情况控制变形速度，使变形速度保持为恒定值。二、岩石在三向压应力下的变形特性（1）岩石的屈服应力、抗压强度、峰值时的极限应变量、残余强度值显著增大；（2）随围压增大，岩石的力学性质发生转变：弹脆性→弹塑性→应变硬化（见下页）；实例1）围压为零或较低：—脆性状态　2）围压50MPa：　　　　　—塑性状态3)围压68.5MPa—塑性流动4）围压165MPa—应变硬化现象　三、岩石的流变特性蠕变：应力恒定，岩石应变随时间增大所发生的变形（又称为流变）。松驰：应变恒定，岩石中的应力随时间减少，这种现象称“松驰”。弹性后效：卸载时弹性应变滞后于应力的现象。2、长期强度的的确定方法
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土的弹性模量参考值解决方案.doc5页
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静止侧压力系数K0参考值
土类 液限wL 塑性指数 静止侧压力系数K0
干紧砂（e 0.6）
干松砂（e 0.6）
压实残积黏土
压实残积黏土 74% 31 0.66
原状有机质土 61% 45 0.57
原状高岭土 37% 23 0.64~0.70
原状海相黏土 34% 16 0.48
灵敏性黏土
泊松比v的参考值
土类 泊松比 土类 泊松比
饱和黏土 0.5 黄土 0.44
含砂和粉土的黏土 0.30~0.42 砂质土 0.15~0.25
非饱和黏土 0.35~0.40 砂土 0.30~0.35
弹性模量E的参考值
土类 弹性模量
（MN/m2） 土类 弹性模量
很软的黏土 0.35~0.30 粉质砂土 7~20
软黏土 2~5 松砂 10~25
中硬黏土 4~8 紧砂 50~80
硬黏土 7~18 紧密砂、卵石 100~200
砂质黏土 30~40 在弹性阶段，E Eo＝Es（1-2μ^2/ 1-μ ），土力学上有相关说明。有经验说是 E （2~5）?Es（未考证出处）变形模量的定义在表达式上和弹性模量是一样的E σ/ε，对于变形模量ε是指应变，包括弹性应变εe和塑性应变εp，对于弹性模量而言，ε就是指εe 计 算变形模量时，应变ε包括了弹性应变和塑性应变 。岩土的弹性模量要远大于压缩模量和变形模量，而压缩模量又大于变形模量。弹性模量 压缩模 量 变形模量。弹性模量也叫杨氏模量（岩土体在弹性限度内应力与应变的比值）压缩模量是有侧限的，杨氏模量是无侧限的。同样的土体，同样的荷载，有 侧限的土体应变小，所以压缩模量更大才对。这只是弹性理论上的关系，对土体这种自然物不一定适用。土体计算中所用的称为“弹性模量”不一定是在弹性限度 内。E――弹性模量；Es――压缩模量；Eo――变形模量。弹性模量＝应力/弹性应变，它主要用于计算瞬时沉降。压缩模量和变形模量均＝应力/总应变。压缩模量是通过现场取原
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岩石力学(上).ppt144页
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岩 石 力 学 编者： 王 同 杰 单位：河北工程大学资源学院矿业工程系 电话： 座机电话号码/座机电话号码 参考书目:
重庆大学张永兴主编，中国矿大贺永年主审《岩石力学》，中国建筑工业出版社，2004.7
刘佑荣、唐辉明编著《岩体力学》，中国地质大学出版社，1999.9
沈明荣、陈剑峰主编《岩体力学》，同济大学出版社，2006版
教学内容 第1章
绪论 第2章
岩石的物理力学性质 第3章
岩体的力学特性 第4章
岩体地应力及其测量方法 第5章
岩石地下工程 第一讲
绪论第1章
绪论 一、 岩石力学有关概念 二、岩石力学的研究的内容和方法 三、岩石力学的应用范围 四、岩石力学的发展 二、岩石力学研究的内容和方法 ⑴岩块、岩体地质特征的研究。 ⑵岩石对物理、水理、热学和电磁性质的研究。 ⑶岩块的基本力学性质的研究。。 ⑷结构面力学性质的研究。 ⑸岩体力学性质的研究。 ⑹岩体中原岩应力分布规律及其量测的理论和方法的研究。 ⑺边坡岩体、地基岩体及地下硐室围岩等工程岩体的稳定性研究。 ⑻岩体性质的改善与加固技术的研究。 ⑼各种新技术、新方法与新理论在岩体力学中应用研究。 ⑽工程岩体的模型、模拟试验及原位监测技术的研究。 2. 岩石力学的研究方法 （1） 初始阶段 19世纪末--20世纪初
（3）经典理论阶段（20世纪30年代～60年代） 第 1 讲
思考题 什么叫岩石力学？岩石力学是基础学科还是应用学科？ 岩石、岩块、岩体含义及其之间关系？ 岩块和岩体的基本力学特征？ 岩石力学主要应用于哪些领域？ 岩石力学分支学科有哪些？ 工程岩石力学的目的和任务是什么？ 岩石力学与采矿工程的关系？ 教学内容 一、岩块的地质特征（成分、结构和构造） 二、岩体结构（岩
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