岩石力学第四讲、岩石的强度理论.ppt

岩石的强度理论、概述:强度理论、破坏类型与力学原因二、最大正变形理论(最大拉伸线应变理论)、莫尔库仑(Mohr-Coulomb)强度理论四、剪应变能强度理论与八面体应力理论五、联合强度理论六、格里菲斯(Griffith)强度理论七、Hoek-Brown岩石破坏经验判据第一节、概述强度理论、破坏类型与力学原因1、强度理论岩石的应力、应变达到一定程度后,就会破坏,单轴应力下的岩石破坏容易理解,但复杂应力、应变条件下,岩石是怎么破坏的?应研究用以表征岩石的破坏条件的函数(应力、应变函数),称为破坏判据或强度准则,强度准则的建立,应反映岩石的破坏机理,所有研究岩石破坏原因、过程和条件的理论,称为强度理论。强度理论、破坏类型与力学原因2、岩石按破坏特征可分为:脆性破坏(ε<3%)、延性破坏(ε>5%)和弱面剪切破坏;按力学机理可分为张性破坏(拉伸破坏)和剪性破坏(剪切破坏,包括塑性流动)。每种破坏都是在应力应变满足一定条件后发生的。表征岩石的破坏条件的函数称为强度准则。本构方程:描述物质质点的力学状态(应力、应变状态)、过程(应力、应变路径)之间的关系及其与时间关系的数学表达式表3—1岩石破坏型式和机制根据格里格斯达到破坏时的岩石的破坏型式与机制应变(%)<12-85-10>10破坏式跪性脆性过渡型延性延性陂坏破坏破坏破坏破坏试件破坏的情况应力一应变曲线的基本类型破裂张破似张为主剪切流塑性破坏机制裂的破裂剪破裂动破裂流动强度理论、破坏类型与力学原因3、张性破坏由于岩石受到拉伸或其它承载状态衍生的拉伸作用而引起的破坏,称为张性破坏,其特点为断裂面发生拉开,出现9张开的裂缝。图2-24拉断破坏示意图(a)直接拉断;(b)、(c)、(d)间接拉断(e)弯曲引起的张裂;O扭转引起的张裂张性破坏的解释①拉应变达到极限值:②Griffis:微细裂纹端部拉应力集中,到极限值裂纹扩展脆性材料内部有微细裂纹;应力作用下裂纹端部应力集中衍生拉应力;拉应力达到抗拉强度后微细裂纹扩展;微细裂纹扩展连通形成宏观裂缝导致岩石破坏。图2-25在外力作用下微裂隙端部应力集中与裂隙扩展示意图坏示意a)单轴拉伸;(b)单抽压缩;(c)二轴或三轴压缩引的任裂;(担转引起的强度理论、破坏类型与力学原因剪切破坏由剪切作用或压缩衍生的剪应力引起的破坏。特点为沿断裂子面发生相互错动,出现闭合的裂缝,断裂面上可观察到擦痕直接剪切沿剪应力方向错动,压缩时试件内的剪应力具有对称图3-9若石中剪知蛋坏的某些类型性,故破坏时出现交叉裂缝,呈由岩板问的界力;(b)若医剪切:(c)均看行着的有切驶坏:(4)沿软射如X形,破坏角大于45度。图3-12不规則形图3-10直接剪切试验图3-11剪切状试件的制备1一测力计;2一旋转接合试验试件岩样;2-份浆图2-26压缩作用下的剪切破坏a)单轴压笔;(b)三轴压缩压缩引起的剪切破坏图33#石的筐压强度试验第二节、最大正应变理论1、最大拉伸线应变理论:其理论根据为压缩时试件沿应力方向产生裂缝并破坏,推广到复杂应力状态。又称最大正应变理论、第二强度理论。适用于脆性材料,对塑性材料不适用表述为:不管物体处入怎样的应力状态,最大伸长线应变3是引起材料断裂破坏的主因,当它达到简单拉伸时破坏的线应变et,材料就发生断裂破坏破坏判据:1推广应用由虎克定律:t=oE由广义虎克定律e3=[o3-(o2+01)]/E故复杂应力条件下的最大拉伸线应变理论的应力判据为G3(o2+o1图3-1岩石张破裂第三节、莫尔库仑(Mohr-Coulomb)强度理论1、18世纪末,Coulomb提出材料破坏是由剪应力引起的,当材料内部某斜截面的剪应力达到材料的抗剪强度时,就会沿该斜截面产生破裂。材料的抗剪强度条件可由下式表示(称为库仑准则)T≥S=otgq+Cτ--斜截面上的剪应力Se--材料的抗剪强度σ--斜截面上的正应力(o>0)φ---材料的内摩擦角,C-料的内聚力(凝聚力)C定图2-27库仑准则图314抗剪函度r与正度力a的关系