全应力应变曲线中的残余强度课件.ppt

高等岩石力学,第八讲：全应力应变曲线中的残余强度,一、岩石在单轴压缩应力作用下的变形特性,（一）普通试验机下的变形特性应力、应变曲线形状与岩性有关 1、典型的岩石应力、应变曲线,a.分三全阶段（1）原生微裂隙压密阶段（OA级）特点： 曲线，应变率随应力增加而减小； 塑性变形（变形不可恢复）原因：微裂隙闭合（压密）（2）弹性变形阶段（AB段）特点： 曲线是直线；弹性模量，E为常数（变形可恢复）原因：岩石固体部分变形，B点开始屈服，B点对应的应力为屈服极限 。,（3）塑性变形阶段（BC）特点： 曲线 ，软化现象；塑性变形，变形不可恢复；应变速率不断增大。原因：新裂纹产生，原生裂隙扩展。岩石越硬，BC段越短，脆性性质越显著。脆性：应力超出屈服应力后，并不表现出明显的塑性变形的特性，而破坏，即为脆性破坏。,b.弹性常数与强度的确定弹性模量国际岩石力学学会（ISRH）建议三种方法 初始模量 割线模量 切线模量平均模量 直线段的斜率,极限强度,2、反复循环加载曲线,特点：卸载应力越大，塑性滞理越大（原因：由于裂隙的扩大，能量的消耗）； 卸载线，相互平行； 反复加、卸载、曲线、总趋势保持不变（有“记忆功 能”）。,3、岩石应力-应变曲线形态的类型（1）直线型：弹性、脆性石英英、玄武岩、坚硬砂岩。（2）下凹型：弹塑性石灰岩、粉砂岩；软化效应。（3）上凹型：塑弹性硬化效应，原生裂隙压密，实体部分坚硬的岩石。例如：片麻岩。（4）S型：塑弹塑型多孔隙，实体部分较软的岩石：沉积岩（页岩）、大理岩,（二）刚性试验机下的单向压缩的变形特性 普通试验机得到峰值应力前的变形特性，多数岩石在峰值后工作。注：C点不是破坏的开始（开始点B），也不是破坏的终点。说明：崩溃原因，Salamon1970年提出了刚性试验机下的曲线。,刚性机,（1）刚性试验机工作简介压力机加压（贮存弹性应能）岩石试件达峰点强度（释放应变能）导致试件崩溃。AAO2O1面积峰点后，岩块产生微小位移所需的能。ACO2O1面积峰点后，刚体机释放的能（贮存的能）。ABO2O1峰点后，普通机释放的能（贮存的能）。,（2）应力、应变全过程曲线形态在刚性机下，峰值前后的全部应力、应变曲线分四个阶段：1-3阶段同普通试验机。 4阶段应变软化阶段，峰后曲线,特点： 岩石的原生和新生裂隙贯穿，到达D点，靠碎块间的摩擦力承载，故 称为残余应力。 承载力随着应变增加而减少，有明显的软化现象。（3）全应力应变曲线的补充性质 近似对称性,峰后，岩石并非完全破坏，表现为承载能力降低。 B点后卸载有残余应变，重复加载沿另一曲线上升形成滞环(hysteresis) ，加载曲线不过原卸载点，但邻近和原曲线光滑衔接。, C点后有残余应变，重复加载滞环变大，反复加卸载随着变形的增加，塑性滞环的斜率降低，总的趋势不变。C点后，可能会出现压应力下的体积增大现象，称此为扩容(dilatancy)现象。 体积应变 :,(3)克服岩石试件单向压缩时生产爆裂的途径提高试验机的刚度改变峰值后的加载方式伺服控制试件的位移,普通试验机附加刚性组件的试验装置（提高试验机的刚度）,1岩石试件；2、6电阻应变片；3金属圆筒；4位移计；5钢垫块,伺服试验机原理示意图1.岩石试件；2.垫块；3.上压板；4.下压板；5.位移传感器。,（一） 时变形规律见图（假三轴）越大， 增大；弹模E变化不大， 但有增加趋势；峰值应力增大， 且对应的应变增大， 岩石表现为塑性,二、岩石在三向压应力下的变形特性,（二）当为常数时，岩石的变形特性,（1） ；（2）E基本不受 变化影响 （3） 脆性增强。 （三） 为常数时，岩石的变形特性 （1） 不变；（2） E不变； （3）永保塑性变形的特性， 塑性变形增大。,为常数时,为常数时,（四）岩石的体积应变特性,扩容现象：岩石在外力作用下，发生非线性体积膨胀。,