岩石力学的性质.ppt

1 岩石的力学性质 岩石强度与外力有关 a.外力性质：动载荷、静载荷 b.外力方式：拉伸、压缩、剪切 C.应力状态：单向、双向、三向 1.1 岩石单轴抗压强度 1）定义：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度(Uniaxial compressive strength)，或称为非限制性抗压强度(unconfined compressive strength)。如图所示。 2）计算公式： σc=P/A 4)实验方法 a.试件标准 立方体50×50×50mm或 70×70×70mm 圆柱体，但使用最广泛的是圆柱体。圆柱体直径D一般不小于50mm。 L/D=2.5~3.0（国际岩石力学委员会ISRM建议的 尺寸） 要求：两端不平度0.5mm；尺寸误差±0.3mm；两端面垂直于轴线误差±0.25度。 加载速率：0.5～0.8Pa/s b.非标准试件的对试验结果的影响及其修正 c.压缩实验设备示意图(500t压力机) d. 端部效应及其消除方法 端部效应: 5)水对单轴抗压强度的影响－软化系数 岩石的软化系数：饱和岩石抗压强度σb与干燥岩石抗压强度σc之比 η=σb/ σc≤1 1.2岩石单轴抗拉强度 1）定义：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度(Tensile strength) ,。 试件在拉伸荷载作用下的破坏通常是沿其横截面的断裂破坏，岩石的拉伸破坏试验分直接试验和间接试验两类。 2)直接拉伸试验加载和试件示意图 计算公式：破坏时的最大 轴向拉伸荷载(Pt)除以试件 的横截面积(A)。即： σt=Pt/A 2)直接拉伸试验加载和试件示意图－（续） 3)间接拉伸试验加载和试件示意图 巴西试验法（Brazilian test），俗称劈裂试验法。 a.试件:为一岩石圆盘，加载方式如图所示。实际上荷载是沿着一条弧线加上去的，但孤高不能超过圆盘直径的1/20。 b.应力分布：圆盘在压应力的作用下，沿圆盘直径y—y的应力分布和x—x方向均为压应力。而离开边缘后，沿y—y方向仍为压应力，但应力值比边缘处显著减少。并趋于均匀化；x—x方向变成拉应力。并在沿y—y的很长一段距离上呈均匀分布状态。 c.破坏原因：从图可以看出，虽然拉应力的值比压应力值低很多，但由于岩石的抗拉强度很低，所以试件还是由于x方向的拉应力而导致试件沿直径的劈裂破坏。破坏是从直径中心开始，然后向两端发展，反映了岩石的抗拉强度比抗压强度要低得多的事实。 d.计算公式： σt=σx=-2P/πdt σy=(1/r1+1/r2-1/d)2P/πt 圆盘中心处： σt=σx=-2P/πdt σy=6P/πdt 1.3抗剪切强度 1)定义：岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度（Shear strength）。 剪切强度试验分为非限制性剪切强度试验（Unconfined shear strength test）和限制性剪切强度试验（Confined shear strength test）二类。 非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力存在，没有正应力存在；限制性剪切试验在剪切面上除了存在剪应力外，还存在正应力。 2）四种典型的非限制性剪切强度试验：a.单面剪切试验， b.冲击剪切试验, c.双面剪切试验，d.扭转剪切试验，分别见图。 3）非限制性剪切强度记为So计算公式： （a）单面剪切试验 So=Fc/A （b）冲击剪切试验 So=Fc/2πra （c）双面剪切试验 So=Fc/2A （d）扭转剪切试验 So=16M c /πD3 式中：Mc—试件被剪断前达到的最大扭矩 （N?m） D—试件直径（m） 4）四种典型的限制性剪切强度试验 a.直剪仪（剪切盒）压剪试验（单面剪） b.立方体试件单面剪试验 c.试件端部受压双面剪试验 d.角模压剪试验（变角剪切试验） 5) Hoek直剪仪试验装置 6）角模压剪试验及受力分析示意图 在压力P的作用下，剪切面上可分解为沿剪切面的剪力Psinα/A和垂直剪切面的正应力Pcosα/A，如图所示。 7）限制性剪切强度试验结果及其分析 ①试验结果：剪切面上正应力越大，试件被剪破坏前所能承受的剪应力也越大。 原因：剪切破坏一要克服内聚力，二要克服摩擦力，正应力越大，摩擦力也越大。 将破坏时的剪应力和正应力标注到σ-τ应力平面上就是一个点，不同的正、剪应力组合