工程地质学-第二章-岩石的工程地质性质-2-岩石的力学性质课件.ppt
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1、第二节第二节 岩石的力学性质岩石的力学性质基本概念基本概念岩石力学性质:岩石力学性质:岩石在外力作用下所表现出来的性质。岩石变形:岩石变形:在外力作用下产生变形,这种变形又可分为弹性变形和塑性变形。弹性变形:弹性变形:是物体受力发生的全部变形,在外力解除的同时立即消失,因而是可逆变形。塑性变形:塑性变形:是物体受力变形后,在外力解除后,变形也不再恢复,是不可逆变形,又称为永久变形或残余变形。岩石强度:岩石强度:指岩石抵抗外力破坏的能力。根据破坏时的应力类型,岩石的破坏可有拉破坏拉破坏、剪剪破坏破坏和流动破坏流动破坏三种基本类型。由于受力状态和破坏形式的不同,岩石的强度又可分为单轴抗压强度单轴抗
2、压强度、单轴抗拉强单轴抗拉强度、抗剪强度度、抗剪强度和三轴压缩强度三轴压缩强度等。一、岩石的变形性质一、岩石的变形性质1.1.岩石在单轴压缩应力作用下的变形特性岩石在单轴压缩应力作用下的变形特性1)1)普通试验机下普通试验机下应力应变曲线形状与岩性有关。(1)典型的岩石应力、应变曲线特征为:.压密阶段.弹性变形至微破裂稳定发展阶段.非稳定破裂发展阶段(或称累进性破裂阶段).破坏后阶段分三阶段(1)原生微裂隙压密阶段(OA级)特点:曲线,应变率随应力增加而减小;塑性变形(变形不可恢复)原因:微裂隙闭合(压密)(2)弹性变形阶段(AB段)特点:曲线是直线;弹性模量,E为常数(变形可恢复)原因:岩石
3、固体部分变形,B点开始屈服,B点对应的应力为屈服极限。(3 3)塑性变形阶段()塑性变形阶段(BCBC)特点:特点:曲线 ,软化现象;塑性变形,变形不可恢复;应变速率不断增大。原因:新裂纹产生,原生裂隙扩展。岩石越硬,BC段越短,脆性性质越显著。脆性脆性:应力超出屈服应力后,并不表现出明显的塑性变形的特性,而破坏,即为脆性破坏。(2)岩石变形参数的确定 泊松比是指在单轴压缩条件下,岩石试件的横向应变d与轴向应变a之比,即 d/a二、二、岩石的单轴抗压强度岩石的单轴抗压强度1 1.定义定义:指岩石试件在无侧限的条件下,受轴向压力作用破坏时单位面积上承受的荷载。式中:P无侧限的条件下的轴向破坏荷载
4、 A试件界面积2.2.试件方法:试件方法:圆柱形试件:4.85.2cm,高H=(22.5)长方体试件:边长L=4.85.2cm,高H=(22.5)L 试件两端不平度0.5mm;尺寸误差0.3mm;两端面垂直于轴线0.25o(1 1)试件标准:)试件标准:3.3.影响单轴抗压强度的主要因素影响单轴抗压强度的主要因素(1)承压板端部的摩擦力及其刚度(加垫块的依据)(2)试件的形状和尺寸 形状:圆形试件不易产生应力集中,好加工 尺寸:大于矿物颗粒的10倍;50的依据 高径比:研究表明;h/d(23)较合理(3)加载速度 加载速度越大,表现强度越高(见图25)我国规定加载速度为0.5 1.0MPa/s
5、(4)环境 含水量:含水量越大强度越低;岩石越软越明显,对泥岩、粘土等软弱岩体,干燥强度是饱和强度的23倍。温度度:180以下部明显:大于180,湿度越高强度越小。三、岩石的抗拉强度三、岩石的抗拉强度1.1.定义定义:岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时 的单位面积上所受的拉力。2.2.直接拉伸法直接拉伸法 抗拉强度抗拉强度关键技术试件和夹具之间的连接加力P与试件同心四、岩石的抗剪强度四、岩石的抗剪强度1.1.定义定义 指一定的应力条件下(主要指压应力),所能抵抗 的最大剪应力常用 表示 2.2.类型:类型:a.抗剪断试验 类型 b.抗切断试验 c.弱面抗剪试验五、五、影响岩石力学性质的
6、因素影响岩石力学性质的因素(一)矿物成分对岩石力学性质的影响(一)矿物成分对岩石力学性质的影响1 1、矿物硬度的影响、矿物硬度的影响 矿物硬度大,岩石的弹性越明显,强度越高。矿物硬度大,岩石的弹性越明显,强度越高。如如岩岩浆浆岩岩,橄橄榄榄石石等等矿矿物物含含量量的的增增多多,弹弹性性越越明明显显,强度越高;强度越高;沉沉积积岩岩中中,砂砂岩岩的的弹弹性性及及强强度度随随石石英英含含量量的的增增加加而而增增高;石灰岩的弹性和强度随硅质物含量的增加而增高。高;石灰岩的弹性和强度随硅质物含量的增加而增高。变变质质岩岩中中,含含硬硬度度低低的的矿矿物物(如如云云母母、滑滑石石、蒙蒙脱脱石石、伊利石、
7、高岭石等)越多,强度越低。伊利石、高岭石等)越多,强度越低。2 2、不稳定矿物的影响、不稳定矿物的影响 化化学学性性质质不不稳稳定定的的矿矿物物,如如黄黄铁铁矿矿、霞霞石石以以及及易易溶溶于于水水的的盐盐类类,如如石石膏膏、滑滑石石、钾钾盐盐等等,具具有有易易变变性性和和溶溶解解性性。含含有有这这些些矿矿物物的的岩岩石石其其力力学学性质随时间而变化。性质随时间而变化。3 3、粘土矿物的影响、粘土矿物的影响 含含有有粘粘土土矿矿物物(蒙蒙脱脱石石、伊伊利利石石、高高岭岭石石等等)的岩石,遇水时发生膨胀和软化,强度降低很大。的岩石,遇水时发生膨胀和软化,强度降低很大。(二)岩石的结构构造对岩石力学
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