岩石力学课程总复习.ppt
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1、岩石力学,课程主要内容,第一章 岩石的物理性质,岩石的工程性质岩石的物理性质,第一章 岩石的物理性质,1)岩浆岩的性质 岩浆岩具有较高的力学强度,可作为各种建筑物良好的地基及天然建筑石料。但各类岩石的工程性质差异很大。深成岩具结晶联结,晶粒粗大均匀,孔隙度小、裂隙较不发育,岩块大、整体稳定性好,但值得注意的是这类岩石往往由多种矿物结晶组成,抗风化能力较差,特别是含铁镁质较多的基性岩,则更易风化破碎,故应注意对其风化程度和深度的调查研究。浅成岩中细晶质和隐晶质结构的岩石透水性小、抗风化性能较深成岩强,但斑状结构岩石的透水性和力学强度变化较大,特别是脉岩类,岩体小。喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和
2、原生裂隙,透水性较大。此外,喷出岩多呈岩流状产出,岩体厚度小,岩相变化大,对地基的均一性和整体稳定性影响较大。/,岩石的工程性质,第一章 岩石的物理性质,2)沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好,但其胶结物的成分和胶结类型影响显著。此外,碎屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。粘土岩和页岩的性质相近,抗压强度和抗剪强度低,受力后变形量大,浸水后易软化和泥化。若含蒙脱石成分,还具有较大的膨胀性。这两种岩石对水工建筑物地基和建筑场地边坡的稳定都极为不利,但其透水性小,可作为隔水层和防渗层。化学岩和生物化学岩抗水性弱,常具不同程度的可溶性。硅质成分化学岩的强度较高,但性脆易裂,整体性差
3、。碳酸盐类岩石如石灰岩、白云岩等具中等强度,一般能满足水工设计要求,但存在于其中的各种不同形态的喀斯特,往往成为集中渗漏的通道。易溶的石膏、岩盐等化学岩,往往以夹层或透镜体存在于其他沉积岩中,质软,浸水易溶解,常常导致地基和边坡的失稳。,第一章 岩石的物理性质,3)变质岩的性质 变质岩的工程性质与原岩密切相关,往往与原岩的性质相似或相近。一般情况下,由于原岩矿物成分在高温高压下重结晶的结果,岩石的力学强度较变质前相对增高。变质岩的片理构造(包括板状、千枚状、片状及片麻状构造)会使岩石具有各向异性特征,水工建筑中应注意研究其在垂直及平行于片理构造方向上工程性质的变化。,第一章 岩石的物理性质,岩
4、石的物理性质,强度,其组成矿物的强度越大,岩石的强度就越大。,岩石的密度,孔隙度,岩石的孔隙度是岩石孔隙的总体积与岩石总体积之比,常用百分数表示。,渗透性,在压力作用下,岩石允许流体通过的性质,膨胀性、崩解性及软化性,水理性,第二章 岩石的力学性质,岩石的强度:岩石抵抗外力作用的能力,岩石破坏时能够承受的最大应力。a.单向抗压强度b.单向抗拉强度c.剪切强度d.三轴抗压强度岩石的变形:岩石在外力作用下发生形态(形状、体积)变化。a.单向压缩变形b.反复加载变形c.三轴压缩变形d.剪切变形,1)实验方法a.试件标准立方体505050mm或 707070mm圆柱体,但使用最广泛的是圆柱体。圆柱体直
5、径D一般不小于50mm。L/D=2.53.0(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:0.50.8Pa/s,第二章 岩石的力学性质,拉伸破坏试验分直接试验和间接试验(巴西试验法)两类。,b.相应的实验类型,剪切强度试验分为非限制性剪切强度试验和限制性剪切强度试验二类,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,,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),第二章 岩石的力学性质,第二章 岩石的力学性质
6、,三轴试验是限制性抗压强度试验,真三轴加载:试件为立方体,应力状态:12 3,假三轴试验:,试件为圆柱体,应力状态:12=3,2)岩石变形性质的几个基本概念a)弹性:物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形,而去除外力(卸载)后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性。弹性体按其应力应变关系又可分为:线弹性体:应力应变呈直线关系。非线性弹性体:应力应变呈非直线的关系。,b)塑性:物体受力后产生变形,在外力去除(卸载)后变形不能完全恢复的性质,称为塑性。,c)黏性:物体受力后变形不能在瞬时完成,且应变速率随应力增加而增加的性质,称为粘性。,=d/dt,第二章 岩石的力学性质,d)脆性:物体受力后,
7、变形很小时就发生破裂的性质。工程上一般以5为标准进行划分,总应变大于5者为塑性材料,反之为脆性材料。,e)延性:物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质,称为延性。,第二章 岩石的力学性质,3)全应力应变曲线的工程意义,a)全应力应变曲线的特征刚性试验机获得的全应力应变曲线,岩石变形分为下列四个阶段:,孔隙裂隙压密阶段(OA段):即试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合,岩石被压密,呈上凹型。在此阶段试件横向膨胀较小,试件体积随载荷增大而减小。弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段(AC段:该阶段的应力应变曲线成近似直线型。其中,AB段为弹性变形阶段,BC段为微破裂稳定发展阶段。,非稳定破裂发展
8、阶段,或称累进性破裂阶段(CD段):C点是岩石从弹性变为塑性的转折点,称为屈服点。相应于该点的应力为屈服极限,其值约为峰值强度的2/3。,破裂后阶段(D点以后段):岩块承载力达到峰值强度后,其内部结构遭到破坏,但试件基本保持整体状。,第二章 岩石的力学性质,b)工程意义,揭示岩石试件破裂后,仍具有一定的承载能力。,预测岩爆。若AB,会产生岩爆;若BA,不产生岩爆。,预测蠕变破坏。当应力水平在H点以下时保持应力恒定,岩石试件不会发生蠕变。应力水平在G H点之间保持恒定。蠕变应变发展会和蠕变终止轨迹相交,蠕变将停止,岩石试件不会破坏。若应力水平在G点及以上保持恒定,则蠕变应变发展就和全应力应变曲线
9、的右半部,试件将发生破坏。,预测循环加载条件下岩石的破坏。在高应力水平下循环加载,岩石在很短时间内就破坏。在低应力水平下循环加载,岩石可以经历相对较长一段时间,岩石工程才会发生破坏。,第二章 岩石的力学性质,第三章 岩体与结构面的力学性质,1)岩石与岩体的基本概念(岩石、结构面、岩体含义与区别),2)结构面的成因类型,3)岩体的结构特征a.结构体特征(含义、规模与形态对岩体力学性质的影响)b.岩体结构类型划分(表2-7,划分成哪几类),4)岩体结构面的力学性质,法向变形与法向刚度,剪切变形与剪切刚度,5)岩体强度的测定现场原位试验,6)单节理面的力学效应,第三章 岩体与结构面的力学性质,结构面
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