中礦巖石力學(xué)-第二章(參考版)
2025-05-10 22:19本頁面
【正文】 另外，在巖石力學(xué)中，還會遇到 DruckerPrager準(zhǔn)則、 HoekBrown準(zhǔn)則和 Mises準(zhǔn)則。 在壓應(yīng)力條件下裂隙開裂及擴(kuò)展方向 帶橢圓孔薄板的孔邊應(yīng)力集中問題 示意圖 2022/6/4 67 ① 數(shù)學(xué)式 )(2ar cc o s213121???????? ③ Griffth準(zhǔn)則幾何表示 ??????????????tt???????????8)(03033123131331時時 ② 最有利破裂的方向角 （ 3） Griffth（ 張拉）準(zhǔn)則 在 坐標(biāo)下 當(dāng) 時， ，即壓拉強度比為 8。 （ 2）基本思想： 在脆性材料的內(nèi)部存在許多隨機(jī)分布的裂紋 ，在外力作用下，裂紋周圍、特別是裂紋尖端會產(chǎn)生 應(yīng)力集中 現(xiàn)象，其中有一個方向 最有利于裂紋擴(kuò)展 ，當(dāng)超過材料的抗拉強度時，裂紋首先在該方向產(chǎn)生 張拉擴(kuò)展 。Coulomb準(zhǔn)則 ,1773年 ） 庫侖 莫爾強度理論 （ C ??? tgc ??（ 3）數(shù)學(xué)表達(dá)式： —— 內(nèi)摩擦系數(shù) ?tgf ?（ 1）實驗基礎(chǔ)： 巖土材料壓剪或三軸試驗。 (4) 此外，還有一種極端情況：變形保持恒定后應(yīng)力始終不變，即 不松弛 ，松弛曲線平行于 t軸，如曲線 ε1。 (2)完全松弛 —— 變形保持恒定后，應(yīng)力逐漸消失，直到應(yīng)力為零，如曲線 ε ε4 。 Ⅰ 、 初始蠕變階段 （ AB減速蠕變階段） Ⅱ 、穩(wěn)定蠕變階段 （ BC等速蠕變階段） Ⅲ 、非穩(wěn)定蠕變階段 （蠕變破壞階段） Ⅰ 特點：① 有瞬時應(yīng)變 （ OA）；② ， 隨時間增長而減小； ③卸載后，有部分瞬時彈性變形（ PQ）恢復(fù)，接著產(chǎn)生彈性后效，變形逐漸恢復(fù)。 巖石變形 蠕變 松弛 彈性（可恢復(fù)） 塑性（不可恢復(fù)） 與時間無關(guān) 與時間有關(guān) — 流變 2022/6/4 56 ??Ⅱ 特點：①應(yīng)變率 為常量； ②卸載：有瞬時彈性恢復(fù)，彈后，有不可恢復(fù)的永久變形。 松馳： 應(yīng)變恒定 ， 巖石中的 應(yīng)力 隨時間 減少 ， 這種 現(xiàn)象稱 “ 松馳 ” 。 2022/6/4 53 （ 1） 巖石的屈服應(yīng)力、抗壓強度、峰值時的極限應(yīng)變量、殘余強度值顯著增大； （ 2）隨圍壓增大，巖石的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)變：彈脆性 → 彈塑性 → 應(yīng)變硬化 （見下頁） ； 二、巖石在三向壓應(yīng)力下的變形特性 常規(guī)三軸壓縮試驗表明：有圍壓作用時，巖石的變形性質(zhì)與單軸壓縮時不盡相同。 反饋信號響應(yīng)的時間為 23μs,這個速度 遠(yuǎn)大于 裂隙傳播速度，因而即使出現(xiàn)過量荷載，裂隙還未來得及傳播，荷載就被減小了，巖石破壞得到有效控制。 2022/6/4 51 獲取全程試驗曲線的處理方法 ? 增加試驗機(jī)剛度 使用剛性試驗機(jī)，就 沒有 大量的應(yīng)變能貯存在試驗機(jī)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(jī)的彈性變形及貯存在其中的變形能，就 必須增加 試驗機(jī)（鋼構(gòu)件、液壓柱）的剛度， 為此出現(xiàn)了 剛性試驗機(jī) (stiff testing machine) ． 2022/6/4 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 。 3 擴(kuò)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。 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(kuò)容現(xiàn)象 . 2022/6/4 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到達(dá) D點以后，靠碎塊間的摩擦力承載， 稱為 殘余應(yīng)力 。 （ 二 ） 剛性試驗機(jī)下巖石單向壓縮變形特性 普通試驗機(jī)得到峰值前的變形特性，多數(shù)巖石在峰值后工作。 ABO2O1—— 峰值點后 ， 普通機(jī)釋放的能 （ 貯存的能 ） 。 — （ 疲勞強度 ） 返回 47 2022/6/4 1） 剛性試驗機(jī)工作原理 壓力機(jī)加壓 （ 貯存彈性能 ） 巖石試件達(dá)峰值強度 （ 釋放 應(yīng)變能 ） 導(dǎo)致試件崩潰 。 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(kuò)大，能量的消耗）； 2022/6/4 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。 巖石越硬， BC段越短，脆性行為越明顯。 原因 ： 新裂紋產(chǎn)生，原生裂隙擴(kuò)展。s/m2 返回 2022/6/4 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(jī)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 。S/m2） ?? E???????持續(xù)增長??????00 0tdtd ?????? ???變形與時間無關(guān) 卸載后是否有
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