任務(wù)1認(rèn)識(shí)巖石的力學(xué)性質(zhì)任務(wù)引入巖石是由礦物在地質(zhì)作用下形成的，是組成地殼的基本物質(zhì)。巖石具有哪些力學(xué)性質(zhì)呢？教學(xué)目標(biāo)1.了解巖石的變形特征與流變特征；2.掌握巖石的強(qiáng)度特性。

知識(shí)目標(biāo)1.遵守法律，愛(ài)崗敬業(yè)，具有社會(huì)責(zé)任感和參與意識(shí)；2.具有質(zhì)量意識(shí)、綠色環(huán)保意識(shí)與安全意識(shí)；3.具有集體與團(tuán)隊(duì)合作精神，能進(jìn)行溝通和協(xié)作。

素質(zhì)目標(biāo)1.能夠理解巖石的變形特征、流變特征與強(qiáng)度特性。

能力目標(biāo)目錄巖石的變形特征2巖石的流變特征3巖石的強(qiáng)度4基本概念1一、基本概念一、基本概念巖石是由礦物在地質(zhì)作用下形成的，是組成地殼的基本物質(zhì)。巖體是經(jīng)過(guò)變形和破壞后巖石的組合，它具有一定的結(jié)構(gòu)，賦存于一定地質(zhì)環(huán)境中。巖體結(jié)構(gòu)指巖體中結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩個(gè)要素的組合特征。結(jié)構(gòu)面是指巖體中具有一定方向、力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)較低，兩向延伸（或具有一定厚度）的各種地質(zhì)界面（或帶）。包括物質(zhì)分界面、巖層層面、軟弱夾層和溶蝕面等，規(guī)模大者如斷層帶，小者如節(jié)理。由于這種界面中斷了巖體的連續(xù)性，故又稱不連續(xù)面。結(jié)構(gòu)體:是由不同產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面組合起來(lái)，將巖體切割成各種形狀的單元塊體。二、巖石的變形特征二、巖石的變形特征（一）巖石的應(yīng)力——應(yīng)變曲線1.空隙壓密階段(OA)

：原有張開(kāi)性結(jié)構(gòu)面或微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密2.彈性變形階段(AB)

B點(diǎn):彈性極限點(diǎn)：可恢復(fù)的試件體積壓縮微裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段(BC)

C點(diǎn):屈服強(qiáng)度：試件內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)新的微破裂，微破裂隨應(yīng)力增加而逐漸發(fā)展3.非穩(wěn)定發(fā)展階段(CD)

D點(diǎn):峰值強(qiáng)度：外荷載保持不變，破裂仍會(huì)不斷發(fā)展，直至試件完全破壞4.破壞后階段(DE):巖塊承載力達(dá)到峰值后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全破壞，但試件仍基本保持整體狀。二、巖石的變形特征（一）巖石的應(yīng)力——應(yīng)變曲線類型A(彈性型)，表現(xiàn)為近似于直線關(guān)系的變形特征，直到發(fā)生突發(fā)性破壞，且以彈性變形為主，是玄武巖、石英巖、輝綠巖等堅(jiān)硬、極堅(jiān)硬巖類巖塊的特征曲線。類型B(彈-塑性型)，開(kāi)始為直線，至末端則出現(xiàn)非線性屈服段。較堅(jiān)硬而少裂隙的巖石，如石灰?guī)r、砂礫巖和凝灰?guī)r等。類型C(塑-彈性型)，開(kāi)始為上凹型曲線，隨后變?yōu)橹本€，直到破壞，沒(méi)有明顯的屈服段。堅(jiān)硬而有裂隙發(fā)育的巖石如花崗巖、砂巖及平行片理加荷的片巖等。類型D(塑-彈-塑性型1)，中部很陡的“S”形曲線，是某些堅(jiān)硬變質(zhì)巖(如大理巖和片麻巖)常見(jiàn)變形曲線。類型E(塑-彈-塑性型2)，中部較緩的“S”形曲線，是某些壓縮性較高的巖石如垂直片理加荷的片巖常見(jiàn)曲線類型。類型F(彈性-蠕變型)，開(kāi)始為一很小的直線段，隨后就出現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的塑性變形和蠕變變形，是鹽巖等蒸發(fā)巖、極軟巖等的特征曲線。二、巖石的變形特征（二）巖石的變形參數(shù)指標(biāo)1.彈性模量指單軸壓縮條件下，軸向壓應(yīng)力與軸向應(yīng)變之比。應(yīng)力-應(yīng)變曲線為直線型，這時(shí)變形模量又稱為彈性模量。（1）初始模量(Ei)指曲線原點(diǎn)處切線斜率。（2）切線模量(Et)指曲線上任一點(diǎn)處切線的斜率，在此特指中部直線段的斜率。（3）割線模量(Es)指曲線上某點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率。2.泊松比(μ)是指在單軸壓縮條件下，橫向應(yīng)變（εd）與軸向應(yīng)變（εL）之比。二、巖石的變形特征（三）循環(huán)荷載下巖石的變形特征1、卸荷點(diǎn)（P）的應(yīng)力低于巖石的彈性極限(A)，則卸荷曲線將基本上沿加荷曲線回到原點(diǎn)，表現(xiàn)為彈性恢復(fù)(εe)。2、卸荷點(diǎn)（P）的應(yīng)力高于巖石的彈性極限(A)，除彈性變形外，還出現(xiàn)了塑性變形(εp)。3、反復(fù)加卸荷①逐級(jí)一次循環(huán)加載條件下，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線的外包線與連續(xù)加載條件下的曲線基本一致(見(jiàn)圖)，說(shuō)明加、卸荷過(guò)程并未改變巖塊變形的基本習(xí)性，這種現(xiàn)象也稱為巖石記憶。②每次加荷、卸荷曲線都不重合，且圍成一環(huán)形面積，稱為回滯環(huán)。③當(dāng)應(yīng)力在彈性極限以上某一較高值下反復(fù)加荷、卸荷時(shí)，由圖可見(jiàn)，卸荷后的再加荷曲線隨反復(fù)加、卸荷次數(shù)的增加而逐漸變陡，回滯環(huán)的面積變小。殘余變形逐次增加，巖塊的總變形等于各次循環(huán)產(chǎn)生的殘余變形之和，即累積變形。④由圖可知，巖塊的破壞產(chǎn)生在反復(fù)加、卸荷曲線與應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線交點(diǎn)處。這時(shí)的循環(huán)加、卸荷試驗(yàn)所給定的應(yīng)力，稱為疲勞強(qiáng)度。它是一個(gè)比巖塊單軸抗壓強(qiáng)度低且與循環(huán)持續(xù)時(shí)間等因素有關(guān)的值。三、巖石的流變特征三、巖石的流變特征巖石的變形和應(yīng)力受時(shí)間因素的影響。在外部條件不變的情況下，巖石的變形或應(yīng)力隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象叫流變，主要包括蠕變、松弛和彈性后效。蠕變是指巖石在恒定的荷載作用下，變形隨時(shí)間逐漸增大的性質(zhì)。巖石蠕變是一種十分普遍的現(xiàn)象，在天然斜坡、人工邊坡及地下洞室中都可以直接觀測(cè)到，可將巖石蠕變劃分為四個(gè)階段。三、巖石的流變特征

(1)瞬時(shí)變形階段：即荷載一加上即發(fā)生的變形(如圖中①)。(2)初始蠕變階段：又稱阻尼蠕變，應(yīng)變?chǔ)抛畛蹼S時(shí)間增長(zhǎng)較快，但增長(zhǎng)速率隨時(shí)間逐漸降低，曲線呈下凹形(如圖中②)。(3)等速蠕變階段：應(yīng)變隨時(shí)間近于等速增長(zhǎng)，曲線呈近直線形(如圖中③)。(4)加速蠕變階段：應(yīng)變速率迅速增長(zhǎng)，直至巖石破壞(如圖中④)。四、巖石的強(qiáng)度四、巖石的強(qiáng)度（一）巖石的抗壓強(qiáng)度1.抗壓強(qiáng)度（σc）：在單向壓縮條件下，巖石能承受的最大壓應(yīng)力。2.研究意義

（1）反映巖石力學(xué)性質(zhì)的主要指標(biāo)之一。

（2）巖體工程分類、建立巖體破壞判據(jù)的重要指標(biāo)。

（3）用來(lái)估算其他強(qiáng)度參數(shù)。3.測(cè)定方法：抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)與點(diǎn)荷載試驗(yàn)。

常見(jiàn)巖石的抗壓強(qiáng)度巖石名稱抗壓強(qiáng)度（MPa）巖石名稱抗壓強(qiáng)度（MPa）巖石名稱抗壓強(qiáng)度（MPa）輝長(zhǎng)巖180~300輝綠巖200~350頁(yè)巖10~100花崗巖100~250玄武巖150~300砂巖20~200流紋巖180~300石英巖150~350礫巖10~150閃長(zhǎng)巖100~250大理巖100~250板巖60~200安山巖100~250片麻巖50~200千枚巖、片巖10~100白云巖80~250灰?guī)r20~200四、巖石的強(qiáng)度（二）巖石的抗拉強(qiáng)度1.抗拉強(qiáng)度（σt）：?jiǎn)蜗蚶鞐l件下，巖塊能承受的最大拉應(yīng)力。2.研究意義

（1）衡量巖體力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)。

（2）用來(lái)建立巖石強(qiáng)度判據(jù)，確定強(qiáng)度包絡(luò)線。

（3）選擇建筑石材不可缺少的參數(shù)。3.測(cè)定方法：直接拉伸法與間接法（劈裂法、點(diǎn)荷載法）。

常見(jiàn)巖石的抗拉強(qiáng)度巖石名稱抗拉強(qiáng)度（MPa）巖石名稱抗拉強(qiáng)度（MPa）巖石名稱抗拉強(qiáng)度（MPa）輝長(zhǎng)巖15~36花崗巖7~25頁(yè)巖2~10輝綠巖15~35流紋巖15~30砂巖4~25玄武巖10~30閃長(zhǎng)巖10~25礫巖2~15石英巖10~30安山巖10~20灰?guī)r5~20大理巖7~20片麻巖5~20千枚巖、片巖1~10白云巖15~25板巖7~15四、巖石的強(qiáng)度（三）巖石的剪切強(qiáng)度1.巖石剪切強(qiáng)度（τ）：在剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力。2.剪切強(qiáng)度類型

（1）抗剪斷強(qiáng)度：指試件在一定的法向應(yīng)力作用下，沿預(yù)定剪切面剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力。τa=σtgФ+c

（2）抗剪強(qiáng)度：指試件上的法向應(yīng)力為零時(shí)，沿預(yù)定剪切面剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力，反映巖石內(nèi)摩阻力的大小。τa=σtgФ（3）抗切強(qiáng)度：是指剪切面上的法向應(yīng)力為零時(shí)的抗剪斷強(qiáng)度,反映巖石內(nèi)聚力的大小。τa=c3.研究意義：反映巖塊的力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)；估算巖體力學(xué)參數(shù)及建立強(qiáng)度判據(jù)。4.測(cè)定方法：直剪試驗(yàn)、

變角板剪切試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)。

常見(jiàn)巖石的剪切強(qiáng)度巖石名稱內(nèi)摩擦角（°）內(nèi)聚力（MPa）巖石名稱內(nèi)摩擦角（°）內(nèi)聚力（MPa）輝長(zhǎng)巖50~5510~50花崗巖45~6014~50輝綠巖55~6025~60流紋巖45~6010~50玄武巖48~5520~60閃長(zhǎng)巖53~5510~50石英巖50~6020~60安山巖45~5010~40大理巖35~5015~30片麻巖30~503~5頁(yè)巖15~303~20灰?guī)r35~5010~50砂巖35~508~40白云巖35~5020~50礫巖35~508~5