岩石力学第四讲、岩石的强度理论.ppt

主要内容:岩石的强度理论
岩石力学第四讲ROCK MECHANICS主讲教师:汪家林(3学时)
岩石的强度理论
一、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)
三、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。
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。
强度理论、破坏类型与力学原因
岩石的破坏型式与机制
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,出现张开的裂缝。
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。
①拉应变达到极限值:
② Griffis:微细裂纹端部拉应力集中,到极限值裂纹扩展
张性破坏的解释:
强度理论、破坏类型与力学原因
4、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性,故破坏时出现交叉裂缝,呈X形,破坏角大于45度。
压缩引起的剪切破坏
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。
2、表述为:不管物体处入怎样的应力状态,最大伸长线应变ε3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εt,材料就发生断裂破坏。
3、破坏判据:
ε3 ≥εt
4、推广应用:
由虎克定律: εt = σt/E
由广义虎克定律:
ε3 =[σ3-μ( σ2+ σ1 )]/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:
σ3-μ( σ2+ σ1 )≥σt