岩石的变形学习教案

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1、会计学1岩石岩石(ynsh)的变形的变形第一页，共59页。2岩石的变形岩石的变形(bin xng)：岩石在外力作用下发生形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。态（形状、体积）变化。岩石在荷载作用下，首先发生的物理力学现象是变岩石在荷载作用下，首先发生的物理力学现象是变形形(bin xng)。随着荷载的不断增加，或在恒定载。随着荷载的不断增加，或在恒定载荷作用下，随时间的增长，岩石变形荷作用下，随时间的增长，岩石变形(bin xng)逐逐渐增大，最终导致岩石破坏。渐增大，最终导致岩石破坏。岩石变形岩石变形(bin xng)过程中表现出弹性、塑性、粘过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延

2、性等性质。性、脆性和延性等性质。第1页/共59页第二页，共59页。3第2页/共59页第三页，共59页。4第3页/共59页第四页，共59页。5达到后，变形不断增大达到后，变形不断增大(znd)而应力不变，应力应变曲而应力不变，应力应变曲线呈水平直线线呈水平直线. 第4页/共59页第五页，共59页。6第5页/共59页第六页，共59页。7第6页/共59页第七页，共59页。8的，在一定的条件下可以相互的，在一定的条件下可以相互转化，如在高温高压条件下，转化，如在高温高压条件下，脆性岩石可表现很高的塑性。脆性岩石可表现很高的塑性。第7页/共59页第八页，共59页。9第8页/共59页第九页，共59页。10

3、1.3 岩石的变形(bin xng)特征图1-4岩石应力(yngl)应变曲线第9页/共59页第十页，共59页。111.3 岩石(ynsh)的变形特征下面图是单向受压情况下岩石(ynsh)的应力应变应变的全过程曲线图1-3第10页/共59页第十一页，共59页。12第11页/共59页第十二页，共59页。13第12页/共59页第十三页，共59页。14第13页/共59页第十四页，共59页。15致密、坚硬、少裂隙致密、坚硬、少裂隙少裂隙、少裂隙、岩性较软岩性较软致密、坚硬、多裂隙致密、坚硬、多裂隙较多裂隙、较多裂隙、岩性较软岩性较软第14页/共59页第十五页，共59页。16反映岩石变形特性的指标有弹性模

4、量(tn xn m lin)(变形模量)和泊松比(侧向变形系数)。弹性模量(tn xn m lin)E(变形模量)的定义为 ，由于单向受压情况下岩石的应力应变关系是非线性的，因此变形模量不是常数，常用的变形模量有以下几种 E1、初始模量，用应力(yngl)应变曲线坐标原点的切线斜率表示，即idEd1.3 岩石的变形(bin xng)特征2、割线模量，由应力应变曲线的起始点与曲线上另一点作割线，割线的斜率就是割线模量，一般选强度为50%的应力点 5050sE第15页/共59页第十六页，共59页。173、切线模量，用应力应变(yngbin)曲线直线段的斜率表示 1212tttttE1.3 岩石的变

5、形(bin xng)特征tsiEEE随岩性不同(b tn)，这三种模量可以相差很大。一般有4、泊松比，单向载荷作用下，横向变形与纵向变形之比 xz式中 为平行加载方向的纵向应变， 为垂直于加载方向的横向应变。 zx第16页/共59页第十七页，共59页。18四、岩石变形特性参数四、岩石变形特性参数(cnsh)(cnsh)的测的测定定 E 1、弹性模量、弹性模量E的确定的确定 a、线弹性类岩石、线弹性类岩石(ynsh)曲线呈线性关系，曲线上任曲线呈线性关系，曲线上任一点一点P的弹性模量的弹性模量E： 第17页/共59页第十八页，共59页。19b b 曲线曲线(qxin)(qxin)呈非线性呈非线性

6、关系关系初始初始(ch sh)(ch sh)模量模量: :0 ddE 初初1212aaaaE 切切 割割E505050 E切线切线(qixin)(qixin)模量（直线模量（直线段）：段）：割线模量：割线模量： 工程上常用工程上常用E50 ： 第18页/共59页第十九页，共59页。20第19页/共59页第二十页，共59页。21n随着围压的增大，岩石的应力应变(yngbin)曲线形态发生明显改变；岩石的性质发生了变化：由弹脆性弹塑性应变(yngbin)硬化。n花岗岩应力(yngl)应变曲线第20页/共59页第二十一页，共59页。22三轴试验三轴试验(shyn)(shyn)下的应力应变曲线（围压的

7、影响）下的应力应变曲线（围压的影响） 1、围压对围岩的影响因围岩不同而异，硬岩受围压影响小，较软的砂岩受围岩影响大。2、围压加大时破坏时的峰值载荷增 大 ( 强 度 增 加(zngji)，塑性变形增大。 这些从下图可以看出。 1.3 岩石(ynsh)的变形特征 10第21页/共59页第二十二页，共59页。23第22页/共59页第二十三页，共59页。24第23页/共59页第二十四页，共59页。25第24页/共59页第二十五页，共59页。26第25页/共59页第二十六页，共59页。27第26页/共59页第二十七页，共59页。28第27页/共59页第二十八页，共59页。29验过程中试件受验过程中试件

8、受压，试验机框架压，试验机框架受拉，如图所示。受拉，如图所示。试验机受拉产生试验机受拉产生的弹性变形以应的弹性变形以应变能的形式存在变能的形式存在机器中。机器中。n当施加的压缩应当施加的压缩应力超过岩石抗压力超过岩石抗压强度后，试件破强度后，试件破坏。此时，试验坏。此时，试验机架迅速回弹，机架迅速回弹，并将其内部并将其内部(nib)(nib)贮存的贮存的应变能释放到岩应变能释放到岩石试件上，从而石试件上，从而引起岩石试件的引起岩石试件的急剧破裂和崩解。急剧破裂和崩解。第28页/共59页第二十九页，共59页。30第29页/共59页第三十页，共59页。31第30页/共59页第三十一页，共59页。3

9、2第31页/共59页第三十二页，共59页。33第32页/共59页第三十三页，共59页。34第33页/共59页第三十四页，共59页。35第34页/共59页第三十五页，共59页。36第35页/共59页第三十六页，共59页。37一、粘性的概念一、粘性的概念岩石的粘性是指岩石应力应变关系随时间而变化岩石的粘性是指岩石应力应变关系随时间而变化(binhu)(binhu)的性质。的性质。 粘性粘性蠕变蠕变松弛松弛弹性后效弹性后效蠕变现象蠕变现象当应力保持恒定时，应变随时间增长而增大。当应力保持恒定时，应变随时间增长而增大。松弛现象松弛现象当应变保持恒定时，应力随时间增长而逐渐减小的现象当应变保持恒定时，应

10、力随时间增长而逐渐减小的现象。弹性后效弹性后效(huxio)(huxio)加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。象。第36页/共59页第三十七页，共59页。381 1、岩石的蠕变、岩石的蠕变(r bin)(r bin)特性特性 通常用蠕变通常用蠕变(r bin)(r bin)曲线（曲线（-t-t曲线）表示岩石的蠕变曲线）表示岩石的蠕变(r (r bin)bin)特性。特性。第37页/共59页第三十八页，共59页。39（1 1）稳定蠕变：岩石在较小的恒定力作用下，变形随时）稳定蠕变：岩石在较小的恒定力作用下，变形随时间增加到一定程度后就趋于稳定，不再随时间增

11、加而变化，间增加到一定程度后就趋于稳定，不再随时间增加而变化，应变应变(yngbin)(yngbin)保持为一个常数。稳定蠕变一般不会导致岩保持为一个常数。稳定蠕变一般不会导致岩体整体失稳。体整体失稳。（2 2）非稳定蠕变：岩石承受的恒定荷载较大，当岩石应）非稳定蠕变：岩石承受的恒定荷载较大，当岩石应力超过某一临界值时，变形随时间增加而增大，其变形速率力超过某一临界值时，变形随时间增加而增大，其变形速率逐渐增大，最终导致岩体整体失稳破坏。逐渐增大，最终导致岩体整体失稳破坏。（3 3）岩石的长期强度：岩石的蠕变形式取决于岩石应力）岩石的长期强度：岩石的蠕变形式取决于岩石应力大小，当应力小于某一临

12、界值时，岩石产生稳定蠕变；当应大小，当应力小于某一临界值时，岩石产生稳定蠕变；当应力大于该值时，岩石产生非稳定蠕变。则将该临界应力称为力大于该值时，岩石产生非稳定蠕变。则将该临界应力称为岩石的长期强度。岩石的长期强度。 第38页/共59页第三十九页，共59页。40典型的蠕变典型的蠕变(r bin)(r bin)曲线可分为曲线可分为4 4个阶个阶段：段： (1)(1)瞬时弹性变形瞬时弹性变形(bin xng)(bin xng)阶段（阶段（OAOA）：）： E00 (2)(2)一次蠕变阶段（一次蠕变阶段（AB）：）： （瞬态蠕变段）（瞬态蠕变段） (3)(3)二次蠕变阶段（二次蠕变阶段（BC）：）

13、： （等速或稳定蠕变段）（等速或稳定蠕变段） (4)(4)三次蠕变阶段（三次蠕变阶段（CD）：）： （加速蠕变段）（加速蠕变段） 022 tdd 022 tdd 022 tdd 蠕变变形总量：蠕变变形总量：= =0 0+ +1 1(t)+(t)+2 2(t)+(t)+3 3(t)(t)式中式中：0 0为瞬时弹性应变；为瞬时弹性应变；1 1(t)(t)，2 2(t)(t)，3 3(t)(t)为与时间有关的一次蠕变、为与时间有关的一次蠕变、二次蠕变、三次蠕变。二次蠕变、三次蠕变。v v 为粘塑性应变，为粘塑性应变， Q Q 为粘弹性应变。为粘弹性应变。第39页/共59页第四十页，共59页。41类型

14、类型1 1：稳定蠕变：稳定蠕变 。曲线包含瞬时弹性变形、瞬态蠕变和稳定蠕变。曲线包含瞬时弹性变形、瞬态蠕变和稳定蠕变3 3个阶段个阶段(jidun)(jidun)（压应力（压应力10MPa10MPa，12.5MPa12.5MPa）类型类型2 2：典型蠕变：典型蠕变 。曲线包含。曲线包含4 4个阶段个阶段(jidun)(jidun)（压应力（压应力15MPa15MPa，18.1MPa18.1MPa）类型类型3 3：加速蠕变：加速蠕变 。曲线几乎无稳定蠕变阶段。曲线几乎无稳定蠕变阶段(jidun)(jidun)，应变率很，应变率很高（压应力高（压应力20.5MPa20.5MPa，25MPa25MP

15、a）第40页/共59页第四十一页，共59页。42第41页/共59页第四十二页，共59页。43（4 4）温度对蠕变的影响）温度对蠕变的影响(yngxing)(yngxing)（5 5）湿度）湿度 第42页/共59页第四十三页，共59页。44（三）蠕变特性（三）蠕变特性(txng)(txng)和常规变形特性和常规变形特性(txng)(txng)的联系的联系第43页/共59页第四十四页，共59页。45第44页/共59页第四十五页，共59页。46n随着围压的增大，岩石的应力应变(yngbin)曲线形态发生明显改变；岩石的性质发生了变化：由弹脆性弹塑性应变(yngbin)硬化。n花岗岩应力应变(yngb

16、in)曲线第45页/共59页第四十六页，共59页。47第46页/共59页第四十七页，共59页。48第47页/共59页第四十八页，共59页。49第48页/共59页第四十九页，共59页。50滑作用，岩石强度降低。第49页/共59页第五十页，共59页。51第50页/共59页第五十一页，共59页。52岩浆岩沉积岩变质岩岩石名称软化系数岩石名称软化系数岩石名称软化系数花岗岩0.720.97火山集块岩0.60.8片麻岩0.750.97闪长岩0.600.80火山角砾岩0.570.95石英片麻岩0.440.84闪长玢岩0.780.81安山凝灰集块岩0.610.74角闪片岩0.440.84辉绿岩0.330.90

17、凝灰岩0.520.86云母片岩0.530.69流纹岩0.750.95砾岩0.500.96绿泥石片岩0.530.69安山岩0.810.91石英砂岩0.650.97千枚岩0.670.96玄武岩0.300.95泥质砂岩，粉砂岩0.210.75硅质板岩0.750.79泥岩0.400.60泥质板岩0.390.52页岩0.240.74石英岩0.940.96石灰岩0.700.94泥灰岩0.440.54第51页/共59页第五十二页，共59页。53第52页/共59页第五十三页，共59页。54 玄武岩玄武岩 花岗岩花岗岩 白云岩白云岩 第53页/共59页第五十四页，共59页。55从开始试验直至试件破坏的时从开始试验直至试件破坏的时间为间为510分钟。分钟。第54页/共59页第五十五页，共59页。56第55页/共59页第五十六页，共59页。57第56页/共59页第五十七页，共59页。58第57页/共59页第五十八页，共59页。59(zh第58页/共59页第五十九页，共59页。