巖體力學(xué)教案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上巖體力學(xué)講義張寶安巖體力學(xué)1. 課程性質(zhì)巖體力學(xué)是專業(yè)基礎(chǔ)課，是采礦專業(yè)、安全專業(yè)必修課程之一。該課程是學(xué)習(xí)井巷工程、礦山壓力及其控制、煤礦地下開采方法等課程先期必修課，是學(xué)習(xí)上述課程的基礎(chǔ)。2. 修課方式、考核方式修課方式：必修課；考核方式：考試+平時成績（考試占總成績的80%，平時成績占20%）；課程學(xué)時：總學(xué)時：50學(xué)時，其中：授課40學(xué)時，實驗課10學(xué)時；教材：巖體力學(xué)，沈明榮、陳建峰編著，同濟大學(xué)出版社。3.課程內(nèi)容及學(xué)時分配本課程共十章，課程內(nèi)容和學(xué)時分配如下：第一章：緒論第一節(jié)：概述第二節(jié)：巖體力學(xué)的研究任務(wù)與內(nèi)容第三節(jié)：巖體力學(xué)的研究方法第四節(jié)：巖體力

2、學(xué)在其它學(xué)科的地位第五節(jié)：巖體力學(xué)的發(fā)展史第二章：巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)：概述第二節(jié)：巖石的基本物理性質(zhì)第三節(jié)：巖石的強度特性第四節(jié)：巖石的變形特性第五節(jié)：巖石的強度理論第三章：巖石的動力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)：概述第二節(jié)：巖石中應(yīng)力波類型及傳播第三節(jié)：影響巖體彈性波速度的因素第四章：巖體的基本力學(xué)性質(zhì)第一節(jié)：概述第二節(jié)：巖體結(jié)構(gòu)面分析第三節(jié)：結(jié)構(gòu)面的變形特性第四節(jié)：結(jié)構(gòu)面的剪切強度特性第五節(jié)：結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng)第六節(jié)：碎塊巖體的破壞第七節(jié)：巖體的應(yīng)力-應(yīng)變分析第八節(jié)：巖體力學(xué)性質(zhì)的現(xiàn)場測試第五章：工程巖體分類第一節(jié)：概述第二節(jié)：巖體分類的目的和原則第三節(jié)：工程巖體代表性分類簡介第四節(jié)：我國巖體工程

3、分類標(biāo)準(zhǔn)第六章：巖體的初始應(yīng)力狀態(tài)第一節(jié)：概述第二節(jié)：巖體初始應(yīng)力場及其影響因素第三節(jié)：巖體初始應(yīng)力場的分布規(guī)律第四節(jié)：巖體初始應(yīng)力場的量測方法第五節(jié)：高應(yīng)力地區(qū)主要巖體力學(xué)問題第七章：巖體力學(xué)在硐室工程中的應(yīng)用第一節(jié)：概述第二節(jié)：深埋圓形硐室彈性分布的二次應(yīng)力狀態(tài)第三節(jié)：深埋圓形硐室彈塑性分布的二次應(yīng)力狀態(tài)第四節(jié)：節(jié)理巖體中深埋圓形硐室的剪裂區(qū)及應(yīng)力計算第五節(jié)：圍巖壓力第六節(jié)：圍巖松動壓力的計算第七節(jié)：圍巖塑性形變壓力的計算第八節(jié)：新奧法簡介第八章：巖體力學(xué)在邊坡工程中的應(yīng)用第一節(jié)：概述第二節(jié)：邊坡巖體中應(yīng)力分布特征第三節(jié)：邊坡巖體的變形與破壞第四節(jié)：邊坡穩(wěn)定性分析第五節(jié)：巖質(zhì)邊坡的加固措施

4、第九章：巖體力學(xué)在巖基工程中的應(yīng)用第一節(jié)：概述第二節(jié)：巖基上的基礎(chǔ)形式第三節(jié)：巖基上基礎(chǔ)的沉降第四節(jié)：巖基的承載力第五節(jié)：巖基的抗滑穩(wěn)定性第六節(jié)：巖基的加固措施第十章：巖體力學(xué)的研究方法第一節(jié)：第二節(jié)第一章：緒 論1. 巖體力學(xué)定義：巖石力學(xué)（Rock Mechanics）：研究巖體在各種不同受力狀態(tài)下產(chǎn)生變形和破壞規(guī)律的學(xué)科。2. 巖體力學(xué)研究的本構(gòu)關(guān)系：應(yīng)力-應(yīng)變的關(guān)系（-）；3. 巖體力學(xué)名字的演變：由巖石力學(xué)巖體力學(xué)巖石力學(xué)或巖體力學(xué)；現(xiàn)在所說的巖石力學(xué)是廣義意義層面上的。4. 巖體力學(xué)研究對象：巖石和巖體介質(zhì)；巖石或巖體是復(fù)雜介質(zhì)彈塑性介質(zhì)研究的局限性和復(fù)雜性。5. 研究學(xué)習(xí)過程：由

5、巖石巖體巖體工程的穩(wěn)定性控制；第一節(jié) 巖石與巖體地球表面為地殼，其基本構(gòu)成物質(zhì)是巖石。1.巖石定義：由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集而形成的自然物體 。1）、礦物：存在地殼中的具有一定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的自然元素和化合物。2）、結(jié)構(gòu)：組成巖石的物質(zhì)成分、顆粒大小和形狀以及其相互結(jié)合的情況。3）、構(gòu)造: 組成成分的空間分布及其相互間排列關(guān)系 這是影響巖石力學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的三個重要因素。3. 巖石按成因分類：地球成巖之初是均質(zhì)的，由于漫長的地質(zhì)構(gòu)造運動，巖石產(chǎn)生各種類別，按照巖石的成因?qū)r石分三類：1）、巖漿巖：強度高，均質(zhì)性好；2）、沉積巖：強度不穩(wěn)定，各項異性；3）、變質(zhì)巖：不穩(wěn)定與變

6、質(zhì)程度和原巖性質(zhì)有關(guān)；4.巖體=巖塊（結(jié)構(gòu)體）+結(jié)構(gòu)面，巖石=巖塊 巖 體結(jié)構(gòu)面巖塊不連續(xù)面：包括節(jié)理、裂隙、孔隙、斷面、孔洞、層面由此可見，巖石與巖體既有區(qū)別又有聯(lián)系。巖體定義：在巖體力學(xué)中，通常將在一定工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體成為巖體。結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面是構(gòu)成巖體的基本結(jié)構(gòu)單元。巖體的強度由結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面得綜合強度而定，往往受結(jié)構(gòu)面強度的制約。結(jié)構(gòu)面越發(fā)育，巖體強度越低；結(jié)構(gòu)面定義：是指具有極低或沒有抗拉強度的不連續(xù)面，包括物質(zhì)的不連續(xù)面和物質(zhì)的分異面；結(jié)構(gòu)體定義：被結(jié)構(gòu)面切割成的巖塊稱為結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)面的存在使巖體具有不連續(xù)性，也使巖體往往呈現(xiàn)出明顯的各項異性。巖體結(jié)構(gòu)：是指結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及其

7、組合關(guān)系，或者是指機構(gòu)提的規(guī)模、形態(tài)及其排列形式所表現(xiàn)的空間形態(tài)。巖體結(jié)構(gòu)分類：六大類1）、塊狀結(jié)構(gòu)（節(jié)理少、曾厚）；2）、鑲嵌結(jié)構(gòu)（架構(gòu)面較多，有斜交結(jié)構(gòu)面）；3）、碎裂結(jié)構(gòu)（碎塊狀）；4）、層狀結(jié)構(gòu)（板狀）；5）、層狀碎裂結(jié)構(gòu)（小碎塊體）；6）、散體結(jié)構(gòu)（顆粒狀，碎屑狀）；第二節(jié) 巖體力學(xué)的研究任務(wù)（1）巖體的力學(xué)特征 ： 不連續(xù)；各向異性；不均勻性；賦存地質(zhì)因子特性（水、氣、熱、初應(yīng)力）。（2）研究任務(wù)：包括4個方面 基本原理方面（地質(zhì)力學(xué)本構(gòu)模型和本構(gòu)規(guī)律、不連續(xù)和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)原理、巖石及巖體的破壞、斷裂、蠕變、損傷機理等）； 試驗方面；（試驗方法）儀器、信息處理、室內(nèi)、外、動、靜；

8、現(xiàn)場測試 ； 實際應(yīng)用；（3）巖體力學(xué)的研究內(nèi)容巖體的地質(zhì)力學(xué)模型及其特征；巖石與巖體的物理力學(xué)性質(zhì)；其是評價工程穩(wěn)定性最重要的依據(jù)；巖體力學(xué)在各類工程中的應(yīng)用：如：水庫壩基、地鐵、邊坡等；巖體力學(xué)在巖體工程中的應(yīng)用方面：1）、地下硐室圍巖穩(wěn)定性研究；2）、巖基的穩(wěn)定性研究；3）、巖坡的穩(wěn)定性研究；4）、巖體力學(xué)的新理論新方法研究；第三節(jié) 巖體力學(xué)的研究方法研究方法：實驗、理論分析與工程應(yīng)用相結(jié)合。1）、實驗：室內(nèi)室外；室內(nèi)：巖塊的強度測定等；野外：位移、應(yīng)力壓力測定等；2）、理論：連續(xù)介質(zhì)理論，非連續(xù)介質(zhì)理論，數(shù)值方法（有限元、離散元等）。研究步驟：地質(zhì)調(diào)查工程地質(zhì)分區(qū) 巖體結(jié)構(gòu)劃分 巖石、

9、巖體 巖體賦存條件分析 介質(zhì)的模型化力學(xué)性質(zhì)試驗 計算：經(jīng)典解析法、數(shù)值解析法分類、確定巖體的質(zhì)量、等級模擬試驗：物理模擬、相似模擬經(jīng)驗判據(jù)巖體工程設(shè)計加固措施施工長期監(jiān)測 第四節(jié) 巖體力學(xué)在其它學(xué)科中的地位巖體力學(xué)是一門邊緣學(xué)科，涉及到地質(zhì)學(xué)科、力學(xué)（固體力學(xué)）和土力學(xué)。第五節(jié) 巖石力學(xué)的發(fā)展簡史（1）1925年泰沙基（Terzaghi）建筑土力學(xué)（2）地質(zhì)力學(xué)的巖石力學(xué)學(xué)派（奧地利學(xué)派（薩爾茨堡學(xué)派）繆勒<L.Miiller>）否認(rèn)小巖塊試件的力學(xué)試驗。 （3）工程巖石力學(xué)學(xué)派，法國塔洛布爾（J.Talober） 1951年巖石力學(xué)最早的代表作。 1963年意大利瓦依昂水庫巖坡

10、滑動 1966年在里斯召開第一屆國際巖石力學(xué)大會（一屆/4年 ）全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)會，2000年開第6屆，1屆/1年。 全美,全歐?？傊齻€階段：材料力學(xué)、連介力學(xué)、構(gòu)造力學(xué)。第一章習(xí)題一、選擇題 1、巖石與巖體的關(guān)系是（ ）。（A）巖石就是巖體 （B）巖體是由巖石和結(jié)構(gòu)面組成的（C）巖體代表的范圍大于巖石 （D）巖石是巖體的主要組成部分2、大部分巖體屬于（ ）。（A）均質(zhì)連續(xù)材料 （B）非均質(zhì)材料 （C）非連續(xù)材料 （D）非均質(zhì)、非連接、各 向異性材料二、答案1、B 2、D 第二章 巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)是巖體最基本、最重要的性質(zhì)之一，也是巖石力學(xué)學(xué)科中研究最早、最

11、完善的內(nèi)容之一。描述巖石物理力學(xué)性質(zhì)的參數(shù)有：質(zhì)量指標(biāo)、水理性質(zhì)指標(biāo)、抗風(fēng)化能力指標(biāo)、單軸抗壓強度抗拉強度、剪切強度、三軸壓縮強度及其變形參數(shù)（彈性模量、泊松比等）。研究巖石的力學(xué)特性，主要是研究巖石的本構(gòu)關(guān)系，即應(yīng)力-應(yīng)變的關(guān)系。巖石介質(zhì)的復(fù)雜性和特殊性，只能采用簡單的方法描述其本構(gòu)關(guān)系。第一節(jié) 巖石的基本物理性質(zhì)一、巖石的質(zhì)量指標(biāo)（一）密度和比重 1、巖石的密度：單位體積內(nèi)巖石的質(zhì)量。巖石含三相：固相、液相、氣相。三相比例不同而密度不同。有以下幾種密度。1） 天然密度：自然狀態(tài)下，單位體積質(zhì)量。 (g/cm3)式中：m巖石試件的總質(zhì)量； V巖石試件的總體積；2）、飽和密度：巖石試件中的孔隙

12、都被水充填時單位體積的質(zhì)量。 (g/cm3)式中：ms巖石中固體的質(zhì)量； VV孔隙的體積； 水的密度；3）、干密度：巖石孔隙中的液體全部被蒸發(fā)，試件中僅有固體及氣體的狀態(tài)下，其單位體積的質(zhì)量。 (g/cm3)式中：ms巖石中固體的質(zhì)量； V巖石試件的總體積；4）、重力密度：單位體積中巖石的重量，簡稱為重度。單位：KN/m3。5）、巖石的顆粒密度：巖石固體物質(zhì)的質(zhì)量與固體的體積之比值。 （g/cm3）式中：ms巖石中固體的質(zhì)量； 巖石固體體積；巖石的顆粒密度測定方法：比重瓶法。二、巖石的孔隙性巖石的孔隙性反映巖石孔隙裂隙發(fā)育程度的指標(biāo)。可用孔隙比和孔隙率來描述。1）、孔隙比（e）：巖石孔隙體積與

13、巖石固體體積之比。 e= 2）、孔隙率(n):巖石孔隙體積與試件總體積的比值。 n= (%)孔隙率、孔隙比存在如下的關(guān)系： e= n=1-三、巖石的水理性質(zhì)1、巖石的含水性質(zhì)1）、巖石的含水率：巖石空隙中含水的質(zhì)量與固體質(zhì)量之比。 （%）根據(jù)含水狀態(tài)不同，巖石的含水率分為：天然含水率和飽和含水率；粘土類礦物與水軟化膨脹，故含水率對軟巖來說是個重要的參數(shù)。2）、巖石的吸水率：巖石吸入水的質(zhì)量與試件固體的質(zhì)量之比。根據(jù)實驗方法巖石的吸水率分為：自然吸水率和飽和吸水率。自然吸水率實驗方法是浸水法，飽和吸水率采用抽真空法或煮沸法求得。吸水率亦反映巖石孔隙的發(fā)育情況，也是軟巖一個重要的指標(biāo)。2、巖石的滲

14、透性定義：巖石的滲透性是指巖石在一定的水力梯度作用下，水穿透巖石的能力。其間接的反映巖石中孔隙間的貫通程度。滲透性用達西定律來描述：qx=AK （m3/s）式中：qx方向水的流量； h水頭的高度； A垂直于X方向的截面面積； K巖石沿X方向的滲透系數(shù)；四、巖石的抗風(fēng)化指標(biāo)巖石片狀剝落、水化、崩解、溶解、氯化、磨蝕對巖石性質(zhì)有影響?？癸L(fēng)化特性有三個指標(biāo)：1）、軟化系數(shù)：是指巖石飽和單軸抗壓強度與干燥狀態(tài)下的單軸抗壓強度的比值。 軟化系數(shù)是一個小于等于1的系數(shù)，系數(shù)越小，巖石受水的影響越大。2）、巖石的耐崩解指數(shù)：其反映巖石在浸水和溫度變化的環(huán)境下抵抗風(fēng)化作用的能力。3）、巖石的膨脹性：粘土類礦物

15、與水后體積增大，膨脹現(xiàn)象。a）、自由膨脹率：巖石試件在無任何約束條件下浸水后所產(chǎn)生膨脹變形與原試件尺寸的比值。分為徑向自由膨脹率和軸向自由膨脹率。b）、側(cè)向約束膨脹率：將具有側(cè)向約束的試件浸水后，使巖石試件僅產(chǎn)生軸向膨脹而求得的膨脹率。c)、膨脹壓力：巖石試件浸水后，使試件保持原有體積所施加的最大壓力。五、巖石的其他特性抗凍性、可鉆性、熱傳導(dǎo)性等；第二節(jié) 巖石的強度特性強度定義：是指材料在載荷的作用下，所能承受最大的單位面積上的力。載荷作用形式不同，巖石的強度有：單軸抗壓強度、單向抗拉強度、剪切強度、三軸壓縮（真三軸、假三軸）；一、 巖石的單軸抗壓強度1、定義：是指巖石試件在無側(cè)限條件下，受軸

16、向壓力作用破壞時單位面積上所承受的載荷。 Rc=式中：Rc單軸抗壓強度； P在無側(cè)限的條件下，軸向的破壞荷載； A試件與軸向載荷垂直的截面面積；2、實驗方法： 按照工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50266-99）要求。圓柱形試件：4.85.2cm ，高H=（22.5)長方體試件：邊長L= 4.85.2cm , 高H=（22.5)L試件兩端不平度0.5mm；尺寸誤差±0.3mm;兩端面垂直于軸線±0.25o3、單軸壓縮條件下試件破壞形態(tài)破壞形態(tài)是表現(xiàn)巖石的破壞機理的重要特征。主要影響因素：應(yīng)力狀態(tài) 試驗條件破壞形態(tài)有兩類：（1）圓錐形破壞 原因：壓板兩端存在摩擦力，箍作用（又

17、稱端部效應(yīng)），在工程中也會出現(xiàn)。（2）柱狀劈裂破壞 張拉破壞（巖石的抗拉強度遠小于抗壓強度），是巖石單向壓縮破壞的真實反映（消除了端部效應(yīng)）。消除試件端部約束的方法：潤滑試件端部（如墊云母片；涂黃油在端部），加長試件 ； 4.影響單軸抗壓強度的主要因素（1）承壓板端部的摩擦力及其剛度（加墊塊的依據(jù)）（2）試件的形狀和尺寸形狀：圓形試件不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，好加工；尺寸：大于礦物顆粒的10倍； 50的依據(jù)；高徑比：研究表明；h/d(23)較合理；（3）加載速度 加載速度越大，表現(xiàn)強度越高； 我國規(guī)定加載速度為0.5 1.0MPa/s（4）環(huán)境含水量：含水量越大強度越低；巖石越軟越明顯，對泥巖、粘土等

18、軟弱巖體，干燥強度是飽和強度的23倍。溫度：180以下不明顯：大于180，溫度越高強度越小。二、巖石的抗拉強度1. 定義：巖石試件在受到軸向拉應(yīng)力后其試件發(fā)生破壞時的單位面積上所受的拉力。 由于試件不易加工，除研究直接的拉伸的夾具外，研究了大量的間接試驗方法。2. 直接拉伸法抗拉強度：關(guān)鍵技術(shù)： 試件和夾具之間的連接； 加力P與試件同軸心；3. 間接方法（1）抗彎法（梁的三點彎曲試驗） 抗拉強度： 三點彎曲梁內(nèi)的最大拉應(yīng)力；梁發(fā)生破壞時 的 就是；M 作用在試件上的最大彎矩C 梁邊緣到中性軸的距離I 梁截面繞中性軸的慣性矩 適用條件： 巖石是各向同性的線彈性材料 滿足平面假設(shè)的對稱面內(nèi)彎曲（2

19、）劈裂法（巴西法），對稱徑向壓裂法，由巴西人Hondros提出試件：實心圓柱50mm； 25mm試驗：徑向壓縮破壞（張開）計算公式：由彈性力學(xué)Boursinesq公式試驗中心的最大拉應(yīng)力，即;p 試驗中破壞時的壓力;D 試件的直徑; t 試件的厚度;要求：荷載沿軸向均勻分布破壞面必須通過試件的直徑（3）點荷載試驗法是上世紀(jì)發(fā)展起來的一種簡便的現(xiàn)場試驗方法。試件：任何形狀，尺寸大致5cm，不做任何加工。試驗：在直接帶到現(xiàn)場的點荷載儀上，加載劈裂破壞。點載荷強度指數(shù)：式中：P 試件破壞時的極限荷載； D 加載點試件的厚度；點載荷指數(shù)與抗拉強度關(guān)系：統(tǒng)計公式：建議：用5cm的鉆孔巖芯為試件。三 巖石

20、的抗剪強度1. 定義：指一定的應(yīng)力條件下（主要指壓應(yīng)力），所能抵抗的最大剪應(yīng)力常用表示。 2. 類型：a.抗剪斷試驗；b.抗切斷試驗c.弱面抗剪試驗3. 室內(nèi)試驗（抗切斷試驗）試驗 楔形剪切儀，加載裝置 計算公式：式中： p壓力機的總壓力 試件傾角 f 圓柱形滾子與上下壓板的摩擦系數(shù)剪切破壞面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力為：巖石的抗剪斷曲線（強度曲線） 改變夾具傾角；在30度到70度之間，做一組（大于5次）不同的試驗，記錄所得的 ，值；由該組值作曲線近似直線得方程式中：tan巖石抗剪切內(nèi)摩擦系數(shù) c 巖石的粘結(jié)力（內(nèi)聚力）四、巖石在三向壓縮應(yīng)力作用下的強度1. 定義 指在不同三向壓縮應(yīng)力作用下巖石抵抗外

21、荷載的最大應(yīng)力。其中：最大主應(yīng)力； 中間主應(yīng)力； 最小主應(yīng)力；2. 三向壓縮試驗簡介 （1）真三軸 ； （2）假三軸 ；3.三軸壓縮試驗的破壞類型4.巖石三向壓縮強度的影響因素（1）側(cè)壓力的影響 圍壓越大，軸向壓力越大； 低圍壓條件下，試件破壞主要形式是劈裂破壞，與單軸相似；中等圍壓時，斜面剪切破壞，剪切面與最大主應(yīng)力作用面夾角為：45。+（為巖石的內(nèi)摩擦角）；高圍壓時，試件出現(xiàn)塑性流動破壞；（2）試件尺寸與加載速度的影響低圍壓時，試件尺寸與單軸壓縮試驗基本一致；高圍壓時，加載速度增加，強度有所增高。（3）加載途徑對巖石三向壓縮強度影響A、B、C三條虛線是三個不同的加載途徑，加載途徑對巖石的最

22、終三向壓縮強度影響不大。（4）孔隙水壓力對巖石三向壓縮強度的影響孔隙水壓力使有效應(yīng)力（圍壓）減小，強度降低。第三節(jié) 巖石的變形特性巖石的變形特性是巖石的重要力學(xué)特性。掌握巖石的變形特性對于評價巖石的穩(wěn)定具有重要意義。一、巖石在單軸壓縮應(yīng)力作用下的變形特性（一）普通試驗機下的變形特性應(yīng)力、應(yīng)變曲線形狀與巖性有關(guān) 1、典型的巖石應(yīng)力、應(yīng)變曲線（-） a.分三個階段（1）原生微裂隙壓密階段（OA級）特點：-曲線上凹，應(yīng)變率隨應(yīng)力增加而減??； 塑性變形（變形不可恢復(fù)）原因：微裂隙閉合（壓密）（2）彈性變形階段（AB段）特點：-曲線是直線； 彈性模量，E為常數(shù)（變形可恢復(fù)）原因：巖石固體部分變形，B點開

23、始屈服，B點對應(yīng)的應(yīng)力B為屈服極限。 （3）塑性變形階段（BC）特點：-曲線下凹，軟化現(xiàn)象；塑性變形，變形不可恢復(fù)；應(yīng)變速率不斷增大。原因：新裂紋產(chǎn)生，原生裂隙擴展。巖石越硬，BC段越短，脆性性質(zhì)越顯著。脆性：應(yīng)力超出屈服應(yīng)力后，并不表現(xiàn)出明顯的塑性變形的特性，而破壞，即為脆性破壞。b.彈性常數(shù)與強度的確定彈性模量國際巖石力學(xué)學(xué)會（ISRH）建議三種方法  初始模量： 割線模量： 切線模量： 極限強度：2、反復(fù)循環(huán)加載曲線特點：卸載應(yīng)力越大，塑性滯后越大（原因：由裂隙的擴大，能量的消耗）； 卸載線，相互平行； 反復(fù)加、卸載，曲線總趨勢保持不變（有“記憶功 能”）。 3、巖石應(yīng)力-應(yīng)變

24、曲線形態(tài)的類型（1）直線型：彈性、脆性石英英、玄武巖、堅硬砂巖。（2）下凹型：彈塑性石灰?guī)r、粉砂巖；軟化效應(yīng)。（3）上凹型：塑彈性硬化效應(yīng)，原生裂隙壓密，實體部分堅硬的巖石。例如：片麻巖。（4）S型：塑彈塑型多孔隙，實體部分較軟的巖石：沉積巖（頁巖） （二）剛性試驗機下的單向壓縮的變形特性普通試驗機得到峰值應(yīng)力前的變形特性，多數(shù)巖石在峰值后工作。注：C點不是破壞的開始（開始點B），也不是破壞的終。說明：崩潰原因：（加壓柄積聚談性能等）Salamon1970年提出了剛性試驗機下的曲線-全應(yīng)力應(yīng)變曲線。1）剛性伺服試驗機工作簡介壓力機加壓（貯存彈性應(yīng)能）巖石試件達峰點強度（釋放應(yīng)變能）導(dǎo)致試件崩潰

25、。普通機釋放的能（貯存的能）導(dǎo)致峰值點后曲線無法得到。剛性伺服試驗機，由于加壓柄剛度大，積存能量少，加之電腦控制加載，最終獲得全應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（2）應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)^程曲線形態(tài)在剛性機下，峰值前后的全部應(yīng)力、應(yīng)變曲線分四個階段：1-3階段同普通試驗機得到的曲線同，4階段應(yīng)變軟化階段。OA段壓密階段；AB彈性階段；BC塑性階段；CD應(yīng)變軟化階段；D點以后摩擦階段。特點： 巖石的原生和新生裂隙貫穿，到達D點，靠碎塊間的摩擦力承載，故 稱為殘余應(yīng)力。 承載力隨著應(yīng)變增加而減少，有明顯的軟化現(xiàn)象。（3）全應(yīng)力應(yīng)變曲線的補充性質(zhì) 近似對稱性 B點后卸載有殘余應(yīng)變，重復(fù)加載沿另一曲線上升形成滯環(huán)(hyste

26、resis) ，加載曲線不過原卸載點，但鄰近和原曲線光滑銜接。 C點后有殘余應(yīng)變，重復(fù)加載滯環(huán)變大，反復(fù)加卸載隨著變形的增加，塑性滯環(huán)的斜率降低，總的趨勢不變。 C點后，可能會出現(xiàn)壓應(yīng)力下的體積增大現(xiàn)象，稱此為擴容(dilatancy)現(xiàn)象。一般巖石的=0.15-0.35， 當(dāng) >0.5時，就是擴容.體積應(yīng)變：(3)克服巖石試件單向壓縮時生產(chǎn)爆裂的途徑 提高試驗機的剛度； 改變峰值后的加載方式； 伺服控制試件的位移；二、巖石在三向壓應(yīng)力下的變形特性（一）、當(dāng)2=3時，即假三軸試驗條件下，其變形規(guī)律見圖： 規(guī)律：1）、隨著圍壓的增加，巖石的屈服應(yīng)力將隨之增高；2）、巖石的彈性模量變化不大，

27、有隨圍壓增大而增大的趨勢；3）、隨圍壓增加，峰值應(yīng)力所對應(yīng)的應(yīng)變值有所增大，巖石的變形特性明顯的表現(xiàn)出低圍壓下的脆性特性向高圍壓下的塑性特性轉(zhuǎn)變的規(guī)律；（二）、當(dāng)23條件下（真三軸條件下）的變形特性1）、當(dāng)3為常數(shù)時，巖石的變形特性： ； E基本上不受2變化影響； 脆性增強；2）、當(dāng)2為常數(shù)時，巖石的變形特性： 不變； E不變； 永保塑性變形的特性， 塑性變形增大。（四）巖石的體積應(yīng)變特性 擴容現(xiàn)象：巖石在壓力下，發(fā)生非線性體積膨脹。擴容定義：所謂擴容，是指巖石受外力作用后，發(fā)生非線性的體積膨脹，且這一體積膨脹是不可逆的。圍壓影響巖石的擴容性，圍壓的增大，擴容量減小。三、巖石的流變特性巖石的變

28、形：1）、與時間無關(guān)的變形：彈性變形卸荷后變形可恢復(fù)；塑性變形卸荷后變形不可恢復(fù)；2）、與時間有關(guān)的變形流變巖石的時間效應(yīng)；蠕變：應(yīng)力恒定，巖石應(yīng)變隨時間增大，所產(chǎn)生的變形稱為蠕變（又稱為流變）。松馳：應(yīng)變恒定，巖石中的應(yīng)力隨時間減少，這種現(xiàn)象稱“松馳”。（一）典型的蠕變曲線（分三階段） 1、初始蠕變階段（瞬變?nèi)渥冸A段）AB。特點： 有瞬時應(yīng)變 （OA）； ，應(yīng)變率隨時間增長而減?。恍遁d后，有瞬時恢復(fù)變形，后彈性后效，彈性后效：變形經(jīng)過一段時間后，逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象。2、穩(wěn)定蠕變階段（BC）（較長）特點：應(yīng)變率為常量，直線；卸載：有瞬彈性恢復(fù)，彈后，粘流。粘性流動，不可恢復(fù)的永變形。3、非穩(wěn)定蠕變

29、階段（蠕變破壞階段）特點：應(yīng)變速率劇烈增加； 曲線；一般此階段比較短暫。 （二）巖石蠕變的影響因素 （1）巖石的力學(xué)性質(zhì) （強度，礦物組成）應(yīng)力水平 ，第二階段越長； 小到一定程度，第三蠕變不會出現(xiàn)； 很高，第二階段短，立即進入三階段；（2）溫度對蠕變的影響 ，總的應(yīng)變量越小。 第二階段的斜率，溫度高，斜率越小。（3）濕度 飽和試件第二階段應(yīng)變率和總應(yīng)變量都將大于干燥狀態(tài)下的試件結(jié)果。（三）蠕變特性和瞬時變形特性的聯(lián)系 四、長期強度的的確方法 由蠕變試驗曲線確定巖石的長時強度由長時恒載破壞試驗確定巖石的長時強度五、巖石介質(zhì)的力學(xué)模型 巖石性質(zhì)變化范圍大，用多種模型來表述。主要性質(zhì)：彈性、塑性、

30、粘性（流變）。（一）、基本介質(zhì)模型1、彈性介質(zhì)模型實物構(gòu)件：一定剛度的彈簧；公式：=E2、塑性介質(zhì)模型1）、理想塑性介質(zhì)模型實物構(gòu)件：摩擦器公式：2）、具有硬化特性的塑性變形公式：k塑性硬化系數(shù)，表式只有在外力不斷做功的條件下，塑性變形才會繼續(xù)發(fā)生。3、粘性模型實物構(gòu)件：帶孔活塞；公式：粘性系數(shù)（poise；poise=0.1N.S/m2） （二）常用的巖石介質(zhì)模型（彈、塑、粘三種基本模型的組合）1、彈塑性介質(zhì)模型（1）無塑性硬化作用（理想塑性） （2）有塑性硬化作用 2、粘彈性介質(zhì)模型最簡單的粘彈模型：（1）Maxwell；（2）Kelvin（1） Maxwell模型：實物模型：彈簧與有孔活塞串聯(lián)；本構(gòu)關(guān)系：所以Maxwell的本構(gòu)關(guān)系為：蠕變方程：松馳方程是：性質(zhì)：有彈性變形、粘性流動，有松馳（2） kelvin模型 基本模型，兩元件并聯(lián)本構(gòu)關(guān)系：所以本構(gòu)關(guān)系 為一階常系數(shù)微分方程。初始條件：蠕變方程：蠕變曲線的漸近線。（三）多元件模型簡介廣義kelvin模型蠕變曲線 廣義kelvin模型 Poynting-Thomson第四節(jié) 巖石的強度理論l 巖石的宏觀破壞類型：脆性破壞和塑性破壞；l 巖石的破壞機理：拉伸破壞