内容发布更新时间 : 2024/4/19 18:54:34星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第四章 岩块的变形与强度性质

岩块的力学属性：

1．弹性（elasticity）：在一定的应力范围内，物体受外力产生的全部变形当去除外力后能够立即恢复其原有的形状和大小的性质。

2．塑性（plasticity）：物体受力后产生变形，在外力去除（卸荷）后不能完全恢复原状的性质。不能恢复的变形叫塑性变形或永久变形、残余变形。

3．粘性（viscosity）：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。应变速率随应力变化的变形叫流动变形。

4．脆性（brittle）：物质受力后，变形很小时就发生破裂的性质。 5．延性（ductile）：物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。

(a) 弹性 (b) 塑性 (c)粘性

图4.1 岩石材料的变形性状示意图

第一节 岩块的变形性质

一、单轴压缩条件下的岩块变形性质

1．连续加载下的变形性质 （1）加载方式：

单调加载（等加载速率加载和等应变速率加载） 循环加载（逐级循环加载和反复循环加载） （2）四个阶段：

①Ⅰ：OA段，孔隙裂隙压密阶段；

23

②Ⅱ：AC段，弹性变形至微破裂稳定发展阶段（AB段和BC段）

?B弹性极限→?c屈服极限

③Ⅲ：CD段，非稳定破裂发展阶段（累进破裂阶段）→“扩容”现象发生 “扩容”：在岩石的单轴压缩试验中，当压力达到一定程度以后，岩石中的破裂（裂纹）继续发生和扩展，岩石的体积应变增量由压缩

转为膨胀的力学过程。

?D—峰值强度或单轴抗压强度

图4.2 岩岩石块应力应变全过程曲线

④Ⅳ：D点以后阶段，破坏后阶段（残余强度） 以上说明：

岩块在外荷作用下变形→破坏的全过程，具有明显的阶段性，总体上可分为两个阶段： 1）峰值前阶段（前区） 2）峰值后阶段（后区）

（3）峰值前岩块的变形特征（Miller，1965）

①应力—应变曲线类型

米勒（Miller，1965）6类（σ—εL曲线），如图4.3所示： Ⅰ：近似直线型（坚硬、极坚硬岩石）：如玄武岩、石英岩等； Ⅱ：下凹型（较坚硬、少裂隙岩石）：如石灰岩、砂砾岩； Ⅲ：上凹型（坚硬有裂隙发育）：如花岗岩、砂岩； Ⅳ：陡“S”型（坚硬变质岩）：如大理岩、片麻岩； Ⅴ：缓“S”型（压缩性较高的岩石）：如片岩； Ⅵ：下凹型（极软岩）。

法默（Farmer，1968），根据峰前σ—ε曲线把岩石划分三类，如图4.4所示： 准弹性岩石：细粒致密块状岩石，如无气孔构造的喷出岩、浅成岩浆岩和变质岩等。

具弹脆性性质。

半弹性岩石：空隙率低且具有较大内聚力的粗粒岩浆岩和细粒致密的沉积岩。 非弹性岩石：内聚力低，空隙率大的软弱岩石，如泥岩、页岩、千枚岩等。

24

图4.3 峰值前六种岩块变形的应力应变曲线

②变形参数确定（变形模量、泊松比） 变形模量（modulus of deformation）： 当σ—ε为直线关系时，E为常量。 当σ—ε为非直线关系时，E为变量（初始模量、切线模量、割线模量）。

σ—ε为非直线时，工程上用得最多的是切线模量（通常所说的弹性模量）。其中

初始模量（Ei）：反映了岩石中微裂隙的多少； 切线模量（Et）：反映了岩石的弹性变形特征； 割线模量（Es）：反映了岩石的总体变形特征。

变形模量:指单轴压缩条件下，轴向压力与轴向应变之比。

E?

图4.4 峰值前岩块应力应变曲线

?i

?i当σ—ε关系为直线↓，变形多为弹性变形，故变形模量又叫“弹性模量（modulus of elasticity）或杨氏模量”。

泊松比μ（poisson′s ratio）：

指单轴压缩条件下，横向应变（?d）与轴向应变（?L）之比。

25