［精选PPT］岩石的变形.ppt

第4章岩石的变形
华北水利水电学院岩土工程系
岩石力学课程组
图3-34 基岩变形性质差异引起剪应力
岩石的变形是指岩石在任何物理因素作用下形状和大小的变化。工程最常研究的变形是由于力的影响所产生的,
坝建在多种岩石组成的岩基上,这些岩石的变形性质不同,则由于基岩的不均匀变位可以使坝体的剪应力和主拉应力增长,造成开裂错位等不良后果。如果岩基中岩石的变形性质已知并且在岩基内这此性质的变化也已确定,那么在坝施工中可以采取必要措施防止不均匀变位。
岩石变形的概念:
岩石的变形特征
岩石的变形特性常用弹性模量 E 和泊松比两个常数来表示。当这两个常数为已知时,就可用三维应力条件的广义虎克定律计算出给定应力状态下的变形:
岩石变形的概念:
岩石的变形特征
式中G为岩石的剪切模量,
为拉梅常数,它们都可用E和表示
岩石变形的概念:
岩石的变形特征
另一个变形常数是体积弹性模量K,它表示平均应力
体积应变:
对于较多数的岩石来说,应力-应变曲线具有近似直线的形式,如图4-2(a)所示,在直线的未端F点处发生突然破坏,这种应力-应变关系可用下式表示
1)岩石应力-应变的一般关系:
岩石的变形特征
图4-2 几种典型的岩石的应力-应变曲线
实际典型的岩石应力-应变曲线则往往是如图4-3所示的形式。这种曲线一般可以分为四个区段:①在OA区段内,该曲线稍微向上弯曲;②在AB区段内,很接近于直线;③BC区段内,曲线向下弯曲,直至C点的最大值;④下降段CD。
1)岩石应力-应变的一般关系:
岩石的变形特征
图4-3 完全的应力-应变曲线
在OA和AB这两个区段内,岩石很接近于弹性的,可能稍有一点滞回效应,但是在这两个区内加载与卸载对于岩石不发生不可恢复的变形。
第三区段BC的起点B往往是在C点最大应力值的2/3处,从B点开始,应力-应变曲线的斜率随着应力的增加而逐渐降低到零。在这一范围内,岩石将发生不可恢复的变形,加载与卸载的每次循环都是不同的曲线。
在图4-3上的卸载曲线PQ在零应力时还有残余变形。如果岩石上再加载,则再加载曲线QR总是在曲线OABC以下,但最终与之连接起来。
1)岩石应力-应变的一般关系:
岩石的变形特征
图4-3 完全的应力-应变曲线
第四区段CD,开始于应力-应变曲线上的峰值C点,其特点是这一区段上曲线的斜率为负值。在这一区段内卸载可能产生很大的残余变形。
图中ST表示卸载曲线,TU表示再加载曲线。
可以看出,TU线在比S点低得多的应力下趋近于CD曲线。这一范围内的特点是岩石表现出脆性性质。
从图4-3上所示破坏后的荷载循环STU来看,破坏后的岩石仍可能具有一定的刚度,从而也就可能具有一定的承载能力。
1)岩石应力-应变的一般关系:
岩石的变形特征
图4-3 完全的应力-应变曲线
(1)塑性或塑性状态:如果材料承受永久变形而没有失去其承载能力,则这种材料称为塑性的或处于塑性状态。在有些文献中也有把这种材料称为韧性的或处于韧性状态。
(2)脆性或脆性状态:如果材料的承载能力随着变形的增加而减少,则材料就称为脆性的或处于脆性状态。
1)岩石应力-应变的一般关系:
岩石的变形特征
图4-3 完全的应力-应变曲线
典型的应力-应变曲线类型:
米勒(Miller)根据岩石的应力-应变曲线随着岩石的性质有各种不同形式的特点,采用28种岩石进行了大量的单轴试验后,将岩石的应力-应变曲线分成6种类型,如图4-4所示:
2)应力-应变曲线类型:
岩石的变形特征