【文章內(nèi)容簡介】 建議：用 Ф50mm的鉆孔巖芯為試件。 返回 巖石力學(xué) 36 2022/2/11 第三節(jié) 巖石的變形特性 彈性 ： 物體受外力作用瞬間即產(chǎn)生全部變形， 卸載后 立即恢復(fù)原有形狀和尺寸的性質(zhì) 塑性 ： 物體受力后產(chǎn)生變形，在 卸載后 變形不能完全恢復(fù)的性質(zhì) 粘性 ： 物體受力后變形不能瞬時完成，且應(yīng)變速率隨應(yīng)力增加而增加的性質(zhì)，又稱為流變性 （ 蠕變，松弛，彈性后效 ） 。 屈服極限 ： ?? E?η ：粘性系數(shù) dtd???? ? ??? .2022/2/11 巖石力學(xué) 37 2. 基本力學(xué)模型 ： 彈性模型 理想塑性 粘性模型 η — 粘性系數(shù)（ poise； poise=S/m2） ?? E???????持續(xù)增長??????00 0tdtd ?????? ???變形與時間無關(guān) 卸載后是否有殘余變形 變形與時間有關(guān) 無 有 變形特性 ( σ0 ：屈服應(yīng)力 ) 2022/2/11 巖石力學(xué) 38 3. 基本元件 2022/2/11 巖石力學(xué) 39 2022/2/11 巖石力學(xué) 40 η牛頓粘性系數(shù)；單位 : 泊。 1posie=s/m2 返回 2022/2/11 巖石力學(xué) 41 一 、 巖石在單軸壓應(yīng)力作用下的變形特性 典型的巖石應(yīng)力 應(yīng)變曲線 （ 一 ） 普通試驗機下的變形特性 特點： ① σ1－ ε1 曲線 ， 應(yīng)變率隨應(yīng)力增加而減??； ② 塑性變形 （ 變形不可恢復(fù) ） 原因：微裂隙閉合 （ 壓密 ） : 1） 原生微裂隙壓密階段 （ OA） 特點： ① σ1－ ε1 曲線是直線； ② 彈性模量 ， E為常數(shù) （ 變形可恢復(fù) ） 原因：巖石 固體部分 變形 ， B點開始屈服 ， B點對應(yīng)的 σB應(yīng)力為屈服極限 ， 超過 B點卸載有塑性變形 。 2）彈性變形階段（ AB） 3）彈塑性 （ 非線性 ） 變形階段（ BC） 特點： ① σ1－ ε1 曲線 ； ② 有塑性變形產(chǎn)生，變形不可恢復(fù)； ③ 應(yīng)變速率 不斷增大。 原因 ： 新裂紋產(chǎn)生，原生裂隙擴展。 1??脆性 ： 應(yīng)力超出屈服應(yīng)力后，并不呈現(xiàn)出明顯的塑性變形而破壞，即為脆性破壞 。 巖石越硬， BC段越短，脆性行為越明顯。 注意：半程壓縮曲線 2022/2/11 巖石力學(xué) 42 1. 直線或近似直線（彈性體） 2. 曲線向下彎曲（彈塑性體） 3. 初向上彎曲后直線（塑 彈性體） 4. 曲線似 S型（塑 彈 塑性體） 5. 初小段直線后進入非彈性的曲線部分（彈 粘性體） 應(yīng)變曲線可分成五類 : 2022/2/11 巖石力學(xué) 43 彈性模量國際巖石力學(xué)學(xué)會 （ ISRM） 建議三種方法 切線模量 ( ) 割線模量 ( ) 變形模量 ( ) cddEt????21????????csE????21????????peE ?? ???02022/2/11 巖石力學(xué) 44 巖石加、卸載特性 2022/2/11 巖石力學(xué) 45 循環(huán)加卸載曲線 特點： ①多次反復(fù)加、卸載，變形曲線與單調(diào)加載曲線上升總趨勢保持一致（巖石的 “ 變形記憶功能 ” ）。 ②卸載應(yīng)力 (超過屈服點）越大， 塑性滯回環(huán)越大 （原因：裂隙的擴大，能量的消耗）； 2022/2/11 巖石力學(xué) 46 等荷載循環(huán)加、卸載時的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 特點： ① 隨著循環(huán)次數(shù)增多， 塑性滯回環(huán) 愈來愈窄 ，直到?jīng)]有塑性變形為止。 ②當(dāng)循環(huán)應(yīng)力峰值低于某一臨界應(yīng)力時，多次循環(huán)不會導(dǎo)致試件破壞； ③當(dāng)超過臨界應(yīng)力時，會發(fā)生疲勞破壞。 — （ 疲勞強度 ） 返回 巖石力學(xué) 47 2022/2/11 1） 剛性試驗機工作原理 壓力機加壓 （ 貯存彈性能 ） 巖石試件達峰值強度 （ 釋放 應(yīng)變能 ） 導(dǎo)致試件崩潰 。 AA′ O2O1面積 —— 峰值點后 ， 巖塊產(chǎn)生微小位移所需的能 。 ABO2O1—— 峰值點后 ， 普通機釋放的能 （ 貯存的能 ） 。 ACO2O1面積 —— 峰值點后 ， 剛體機釋放的能 （ 貯存的能 ） 。 （ 二 ） 剛性試驗機下巖石單向壓縮變形特性 普通試驗機得到峰值前的變形特性，多數(shù)巖石在峰值后工作。 崩裂不崩裂 rm KK ??巖石力學(xué) 48 2022/2/11 2） 應(yīng)力－應(yīng)變?nèi)^程曲線形態(tài) 分四個階段：前 3階段同普通試驗機，第 4階段為應(yīng)變軟化階段 第 4階段特點 ： ① CD段：破裂巖塊相互咬合成整體狀而承載，原生和新生裂隙相互交叉、聯(lián)合形成宏觀斷裂面，承載力隨應(yīng)變增加而減少（ 軟化現(xiàn)象） 。 ②到達 D點以后，靠碎塊間的摩擦力承載， 稱為 殘余應(yīng)力 。 D?全程壓縮曲線 2022/2/11 巖石力學(xué) 49 ③ C點后有殘余應(yīng)變 ， 反復(fù)加卸載時 ， 隨變形增加 ， 塑性滯環(huán)的 斜率降低 。 ④ C點后 ， 可能會出現(xiàn)壓應(yīng)力下的體積增大現(xiàn)象 ，稱此為 擴容現(xiàn)象 . 2022/2/11 巖石力學(xué) 50 巖石的體積應(yīng)變特性 在壓力作用下，巖石發(fā)生非線性體積變形可分為三個階段： 1 體積減小階段 ： 彈性階段內(nèi)，體積變形呈線性變化 。 2 體積不變階段 ： 巖石體積雖有變形，但應(yīng)變增量接近于零，即巖石體積大小幾乎沒變化。 3 擴容階段 ： 在塑性段及峰后區(qū)，主要是由于裂隙產(chǎn)生、貫穿、滑移、錯動、甚至張開造成。 321 ???? ?????VVV321 ??? ????2/10)21(1321??????????????? V一般巖石： μ=，當(dāng) μ，就是擴容。 2022/2/11 巖石力學(xué) 51 獲取全程試驗曲線的處理方法 ? 增加試驗機剛度 使用剛性試驗機，就 沒有 大量的應(yīng)變能貯存在試驗機內(nèi)，巖石在超過峰值強度破壞后 就不會 產(chǎn)生突發(fā)性破壞，這樣就 能獲得 峰后的變形、強度特征． 為了減少 在試驗過程中軟性 (soft)試驗機的彈性變形及貯存在其中的變形能，就 必須增加 試驗機（鋼構(gòu)件、液壓柱）的剛度， 為此出現(xiàn)了 剛性試驗機 (stiff testing machine) ． 2022/2/11 巖石力學(xué) 52 ? 采用液壓伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)能根據(jù)巖石破壞和變形情況控制變形速度，使 變形速度保持為恒定值 。 伺服系統(tǒng)有一個反饋信號系統(tǒng) ： 檢查 當(dāng)前施加的荷載是否保持事先確定的變形速度，否則會 自動地調(diào)整 施加的荷載， 以