2006级高等岩石力学.ppt

（一）岩石在单轴压缩条件下的变形特征 　　（1）普通试验机上进行单轴压缩时的变形特征　　　　 C　岩石的反复循环加载曲线　 在反复加、卸载过程中，岩石的变形特性基本不变，岩石再加载后的曲线似乎始终沿着原应力－应变曲线的轨迹发展，这一特性可以称为岩石的记忆功能。 3　岩石的变形特性及描述指标 σ ε （一）岩石在单轴压缩条件下的变形特征 　　（2）刚性试验机上进行的单轴压缩试验与岩石的应力－应变全过程曲线　　　　 　　在普通试验机上把岩石试件加载到强度极限（峰值应主）时，通常试件会在一瞬间突然崩裂，致使峰值以后的应力－应变过程难以测出。尽管有些人把这种现象归结为试件应变能的瞬间释放的结果，但大多数人则怀疑这是否是岩石的固有特性。 　　经过大量的试验研究发现，岩石达到“破坏”的瞬间，试验机给予岩石试件的附加应力是其崩溃的主要原因。1970年，Salamon首先全面论述了由于试验机刚度不同对岩石变形特性的影响，提出用刚度较大的试验机来获得峰值以后的应力－应变曲线。 　　普通试验机的刚度小（小于50 MN/m2），在压缩试件的同时其自身的构件也发生了较大的变形，从而积蓄了相当大的弹性变形能。当试件破坏时，试件对试验机的反作用力突然降低，使得试验机积蓄的弹性能在瞬间释放，从而冲击岩石试件，将试使崩裂。这就是岩石的脆性破坏。 3　岩石的变形特性及描述指标 （一）岩石在单轴压缩条件下的变形特征 　　（2）刚性试验机上进行的单轴压缩试验与岩石的应力－应变全过程曲线　　　　 OA阶段：压密阶段； AB阶段：弹性变形阶段； BD阶段：塑性变形阶段； DE阶段：应变软化阶段，但该阶段仍然具有一定的承载力，这在矿山生产中是十分重要的。 A B D E p u 大冶灰岩的荷载－位移全过程曲线 A、稳定型曲线 　　试件所受荷载超过其峰值应力后，只有外力持续作功，才能使其进一步发展。 3　岩石的变形特性及描述指标 （一）岩石在单轴压缩条件下的变形特征 　　（2）刚性试验机上进行的单轴压缩试验与岩石的应力－应变全过程曲线　　　　 非稳定型 B、非稳定型 O A M 试件高度随荷载的变化 　　试验过程：曲线到达A点后，不能继续增大应力，否则样品会一步跨掉，只有缓慢减小应力。由于样品中存在弹性变形，因此，应力的降低，将导致样品在轴向上的回弹，表现为应变减小（图中的AM段）。随着荷载的进一步减小，轴向应变又开始加大，最终失稳。 3　岩石的变形特性及描述指标 （一）单轴压缩条件下的变形特征 3　岩石的变形特性及描述指标 （二）三轴压缩条件下的变形特征 （三）流变（时效变形）特性及描述指标 （一）单轴压缩条件下的变形特征 3　岩石的变形特性及描述指标 （二）三轴压缩条件下的变形特征 （三）流变（时效变形）特性及描述指标 （二）岩石在三轴压缩条件下的变形特征 A 　常规三轴（围压）条件下的变形特征 大理岩的应力差与轴向应变的关系 （1）围压越大，屈服应力越高； （２）随着围压升高，弹性模量有升高的趋势（因为横向应变被抑制）; （4）随着围压升高，峰值应力对应的应变值越大，而且塑性变形量所占比例越高。这说明，岩石的变形特性会随着应力状态的变化而变化（低围压时的脆性向高围压时的塑性转变）（左图）。 3　岩石的变形特性及描述指标 σ3=0 23.5 50.0 68.5 85.5 165.0 240.0 325.0 Ε（％） （σ1－σ3）（MPa） 2 6 200 400 0 （一）单轴压缩条件下的变形特征 3　岩石的变形特性及描述指标 （二）三轴压缩条件下的变形特征 （三）流变（时效变形）特性及描述指标 （一）单轴压缩条件下的变形特征 3　岩石的变形特性及描述指标 （二）三轴压缩条件下的变形特征 （三）流变（时效变形）特性及描述指标 （三）岩石的流变（时效变形）特性及描述指标 　　岩石的流变特性是指变形随时间延长而表现出的类似粘滞性流体流动的特性，包括蠕变和（应力）松弛两个方面。 松弛：当应变保持恒定时，应力随着时间的延长而降低的现象； 蠕变：在恒定应力或恒定应力差的作用下，变形随时间而增长的现象 流变绝不等于塑性变形 680 MPa 550 MPa 440 MPa 4 2 t（103 s） 0 ε(%) 2 6 石灰岩蠕变曲线 p0 t p 0 松弛曲线 3　岩石的变形特性及描述指标 A 概念 （三）岩石的流变（时效变形）特性及描述指标 3　岩石的变形特性及描述指标 B 流变的类型 　　同一岩石类型（或不同岩石类型），因荷载量级的差别，可能表现出两类不同的蠕变类型：稳定流变和非稳定流变。 　　　　稳定流变 在较小的恒定荷载作用下，变形随时间增长，但变形速率随时间递减，最终趋于稳定 　　　　非稳定流变 当岩石所受荷载超过某一极限时，变形随时间不断增长而最终导致破坏 t