1、1 2.5 巖塊的變形性質巖塊的變形性質加荷方式單軸加載三軸加載單軸壓縮單軸拉伸連續加載循環加載逐級循環加載反復循環加卸載加剪力tptptp2 一、單軸壓縮條件下的巖塊變形（一） 連續加載 1、峰值前變形階段裂紋壓密階段(OA)峰值前變形階段峰值后變形階段破壞后階段(DE)裂紋加速擴展階段(CD) D點:峰值強度裂紋穩定擴展階段(BC) C點:屈服極限彈性變形階段(AB) B點:彈性極限(比例極限)(-) L oABCDE(+) V d 342、峰值前巖塊的變形特征（1）前過程曲線類型及特征 彈性型彈-塑性型塑-彈性型塑-彈-塑性型1塑-彈-塑性型2彈性-蠕變型5（2）變形參數1)變形模量（m

2、odulus of deformation)是指單軸壓縮條件下，軸向壓應力與軸向應變之比。 應力-應變曲線為直線型 這時變形模量又稱為彈性模量Lo2501i1502ioLiiEii應力-應變曲線為“S”型 初始模量(Ei)指曲線原點處切線斜率切線模量(Et)指曲線上任一點處切線的斜率，在此特指中部直線段的斜率割線模量(Es)指曲線上某特定點與原點連線的斜率，通常取c處的點與原點連線的斜率iiiE1212tE5050sE62)泊松比()（poissons ratio）是指在單軸壓縮條件下， 橫向應變（）與軸向應變（）之比 在實際工作中，常采用處的與來計算巖塊的泊松比。 巖塊的變形模量和泊松比受巖

3、石礦物組成、結構構造、風化程度、空隙性、含水率、微結構面及其與荷載方向的關系等多種因素的影響，變化較大。Ld7 常見巖石的變形模量和泊松比巖石名稱變形模量（104MPa）泊松比巖石名稱變形模量（104MPa）泊松比初始彈性初始彈性花崗巖265100.20.3片麻巖181100.220.35流紋巖285100.10.25千枚巖、片巖0.25180.20.4閃長巖7107150.10.3板巖25280.20.3安山巖5105120.20.3頁巖13.5280.20.4輝長巖7117150.120.2砂巖0.581100.20.3輝綠巖8118150.10.3礫巖0.58280.20.3玄武巖610

4、6120.10.35灰巖185100.20.35石英巖6206200.10.25白云巖48480.20.35大理巖19190.20.3583)其他變形參數剪切模量（）拉梅常數（）體積模量（V)彈性抗力系數（）oVREKEKEEG)1 ()21 (3)21)(1 ()1 (29剛性壓力機試驗結果3. 峰值后巖塊的變形特征脆性大的巖石塑性大的巖石穩定破裂傳播型非穩定破裂傳播型10（二）（二） 循環加載循環加載2. 卸荷點（P）的應力高于巖石的彈性極限(A)1. . 卸荷點（P）的應力低于巖石的彈性極限(A)113.3.反復加卸荷(巖石記憶、回滯環、疲勞破壞）12二、三軸壓縮條件下的巖塊變形性（一）

5、三軸試驗 真三軸試驗 123 常規三軸試驗 12=3 13 （二）圍壓對變形破壞的影響1、巖石破壞前應變隨3增大而增大2、巖石的峰值強度隨3增大而增大3、隨3增大巖石變形模量增大，軟巖增大明顯，致密的硬巖增大不明顯144、隨3增大，巖石的塑性不斷增大，隨3增大到一定值時，巖石由彈脆性轉變為塑性。這時，3的大小稱為“轉化壓力” 。5、隨3的增大，巖塊從脆性劈裂破壞逐漸向塑性剪切及塑性流動破壞方式過渡。15三、巖石的蠕變性質在外部條件不變的情況下，巖石的變形或應力隨時間而變化的現象叫流變，主要包括蠕變、松弛。蠕變(creep)是指巖石在恒定的荷載作用下，變形隨時間逐漸增大的性質。 1. 蠕變曲線特

6、征（三個階段）蠕變曲線特征（三個階段）AB段-初始蠕變階段BC段-等速蠕變階段CD段-加速蠕變階段162. 影響蠕變的因素影響蠕變的因素 巖性 應力 溫度、濕度173. . 蠕變模型及本構方程蠕變模型及本構方程（1 1）理想物體基本模型）理想物體基本模型 彈性元件 粘性元件 塑性元件Et0s18（2）組合模型 Maxwall 模型EtdtddtddtdEdtddtddtdEdtdEoooo0112112121對于粘性元件對于彈性元件19)1 (22112121tEooeEdtdEdtddtdEEKelvin 模型20其他模型21 2.6巖巖 塊塊 的的 強強 度度 性性 質質巖塊強度：巖塊抵抗

7、外力破壞的能力。巖塊破巖塊破壞方式壞方式 脆性破壞脆性破壞塑性破壞塑性破壞(延性破壞）延性破壞）拉破壞拉破壞剪切破壞剪切破壞 一、單軸抗壓強度 二、單軸抗拉強度 三、剪切強度 四、三軸壓縮強度受力狀態22一、單軸抗壓強度c1、定義：、定義：在單向壓縮條件下，巖塊能承受的最大壓應力，簡稱抗壓強度（MPa） 。 2 2、意義意義:衡量巖塊基本力學性質的重要指標 巖體工程分類、建立巖體破壞判據的重要指標 用來大致估算其他強度參數 3 3、測定方法測定方法：抗壓強度試驗試樣pAApcc點荷載試驗 75. 0)50(82.22scI23常規壓力機244 4、破壞方式破壞方式：拉破壞、剪破壞、對頂錐破壞2

8、5常見巖石的抗壓強度 巖石名稱抗壓強度（MPa）巖石名稱抗壓強度（MPa）巖石名稱抗壓強度（MPa）輝長巖180300輝綠巖200350頁巖10100花崗巖100250玄武巖150300砂巖20200流紋巖180300石英巖150350礫巖10150閃長巖100250大理巖100250板巖60200安山巖100250片麻巖50200千枚巖、片巖10100白云巖80250灰巖20200265.影響因素影響因素（1）巖石自身的性質（ 礦物組成 、 粒間連接、 巖性、結構特征 、顆粒大小及形狀、風化程度 、微結構面）（2）實驗條件試件形狀、尺寸及加工精度 斷面形狀：強度:圓形六多邊形四邊形三邊形試件

9、 尺寸效應：尺寸越大，巖塊強度越低。 試件的高徑比h/D增大，巖塊強度降低。 加工精度：加荷速率 強度常隨加荷速率增大而增高 溫度、濕度 含水量越高,強度越低;溫度越高，強度越低。)/(222. 0778. 01Dhcc27端面條件端面效應層理結構強度各向異性28二、單軸抗拉強度t1.定義：定義：單向拉伸條件下，巖塊能承受的最大拉應力，簡稱抗拉強度。2.意義：意義：衡量巖體力學性質的重要指標 用來建立巖石強度判據，確定強度包絡線 選擇建筑石材不可缺少的參數 3.測定方法：測定方法： 直接拉伸 間接法 （劈裂法、點荷載法、三點彎曲法）APtt直接拉伸法是將圓柱狀試件兩端固定在材料試驗機的拉伸夾具

10、內，然后對試件施加軸向拉荷載至破壞。PtPt29劈裂試驗是用圓柱體或立方體試件，橫置于壓力機的承壓板上，且在試件上、下承壓面上各放一根墊條。然后以一定的加荷速率加壓，直至試件破壞。在線布荷載(p)作用下，沿試件豎直向直徑平面內產生的近于均布的水平拉應力x=2p/DL在水平向直徑平面內產生的壓應力y= 6p/ DL 抗拉強度t= 2pt /DL （圓形試樣） t= 2pt /a2 （方形試樣）30點荷載試驗是將試件放在點荷載儀中的球面壓頭間，加壓至試件破壞，利用破壞荷載求巖塊的點荷載強度。 點荷載強度Is=pt/D2抗拉強度t= kIs314.影響因素：影響因素：結構面的影響（裂隙空隙）巖石中包

11、含有大量的微裂隙和孔隙，巖塊抗拉強度受其影響很大，直接削弱了巖塊的抗拉強度。相對而言，空隙對巖塊抗壓強度的影響就小得多，因此，巖塊的抗拉強度一般遠小于其抗壓強度。通常把抗壓強度與抗拉強度的比值稱為脆性度，用以表征巖石的脆性程度。 32常見巖石的抗拉強度常見巖石的抗拉強度 巖石名稱抗拉強度（MPa）巖石名稱抗拉強度（MPa）巖石名稱抗拉強度（MPa）輝長巖1536花崗巖725頁巖210輝綠巖1535流紋巖1530砂巖425玄武巖1030閃長巖1025礫巖215石英巖1030安山巖1020灰巖520大理巖720片麻巖520千枚巖、片巖110白云巖1525板巖71533三、剪切強度1、定義：定義：在

12、剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪應力，稱為剪切強度2 2、類型、類型： （1）抗剪斷強度：抗剪斷強度：指試件在一定的法向應力作用下，沿預定預定剪切面剪斷時的最大剪應力。 （2）抗切強度：抗切強度： 指試件上的法向應力為零時，沿預定剪切面剪斷時的最大剪應力。 （3）摩擦強度：摩擦強度： 指試件在一定的法向應力作用下，沿已有已有破裂面（層面、節理等）再次剪切破壞時的 最大剪應力。Ctg CjjCtg343 3、意義：、意義： 反映巖塊的力學性質的重要指標 用來估算巖體力學參數及建立強度判據 4 4、抗剪斷強度的抗剪斷強度的測試方法測試方法： 直剪試驗、變角板剪切試驗 、三軸試驗 直剪試驗在

13、直剪儀上進行，按庫侖定律求巖塊的剪切強度參數C、值。35變角板剪切試驗是將立方體試件，置于變角板剪切夾具中加壓直至試件沿預定的剪切面破壞。 )cos(sin)sin(cosfAPfAP36四、三軸壓縮強度1.定義：定義：試件在三向壓應力作用下能抵抗的最大 的軸向應力。2.2.測定方法測定方法: :在一定的圍壓3下，對試件進行三軸試驗時，巖塊的三軸壓縮強度1m(MPa)為：Apmm1373.利用三軸試驗確定抗剪強度利用三軸試驗確定抗剪強度 根據一組試件(4個以上)試驗得到的三軸壓縮強度1m和相應的3以及單軸抗拉強度t。在-坐標系中可繪制出巖塊的強度包絡線。除頂點外，包絡線上所有點的切線與軸的夾角及其在軸上的截距分別代表相應破壞面的內摩擦角()和內聚力(C)。 38)245(2)2