当前课程知识点：地质学与工程地质 > 第10章 岩石和岩体的工程地质性质 > 10.3 岩石的力学性质 > Chapter 10.3.1 变形特性
同学们好 欢迎来到地质学与工程地质课程
岩石的力学性质是工程建设中
最为关心的一个岩石的性质
它的好坏将直接影响到工程岩体的稳定性
与材料力学中一般材料的力学性质相似
岩石的力学性质是指岩石在各种静力
比如重力 水压力等及动荷载
比如爆破荷载 地震荷载等
作用下表现出来的一种性质
它主要包括变形和强度两个方面
这节课我们先来学习岩石的变形特性
岩石的变形通常用单轴或三轴试验来获得
它的变形过程呢
一般用应力应变关系曲线来描述
这是一个典型岩石单轴压缩实验
得到的变形破坏全过程应力应变关系曲线
横轴为轴向应变 纵轴为轴向应力
根据曲线形态
大致可以将整个的过程划分为四个阶段
第一个阶段 孔隙裂隙压密阶段
曲线呈下凹形 主要是岩石原来一些张开的微裂隙
孔隙等在外荷载作用下逐渐闭合
岩石被压密 形成岩石变形发展早期的
一个非线性变形阶段
在这个阶段对于微裂隙比较发育
或者是孔隙率较大的岩石来说比较明显
比如一些风化岩石
孔隙较多的砾岩和砂岩等等
在外部荷载卸除之后
岩石有很大一部分不可恢复的塑性变形
第二阶段线弹性变形阶段
应力应变关系曲线基本上是直线
所以又叫直线变形阶段
也就是说随着荷载的增加
应力与应变呈等比例增加关系
当荷载卸除后 岩石几乎可以完全地
恢复到原来的变形阶段
这也是岩石弹性变形的一个主要阶段
这一点对应的应力大小就是它的比例极限
这个阶段斜率就是岩石的弹性模量
相应试样的径向应变与轴向应变的比值就是泊松比
弹性模量和泊松比也是岩石
两个重要的变形特性参数
第三个阶段是微裂隙稳定发展阶段
这个阶段的应力应变关系曲线也近似成线性段
但是随着荷载的增加
岩石内部原有的裂纹不断地扩展
并可能会伴随一些新裂纹的产生
所以这个阶段岩石会有一些不可恢复的塑性变形
对应的这一点的应力就是屈服极限
也有人将第二个阶段和第三个阶段
合并起来统称为弹性变形阶段
随着变形的进一步发展
岩石内部的微破裂出现了一些质的变化
破坏不断发展 伴随着原有的裂隙的
扩展 贯通及新裂隙的产生和发展
岩石的变形也就进入了非稳定破裂阶段
或者是说累计破坏阶段
同时由于大量裂隙的产生 使岩石的体积
也由原来的压缩变形逐渐转化为扩容
整个曲线呈现上凹形
对应这一点应力就是岩石的峰值强度
也就是岩石的抗压强度
一般的来讲岩石的屈服应力
大约是抗压强度的三分之二左右
经过这个阶段后岩石试样的内部结构已经基本破坏
但是试样仍然保持完整的状态
之后随着变形的进一步发展
岩石内部的裂隙快速发展贯通
并形成与外界贯通的宏观破裂面
应力应变关系曲线也呈现急剧下降趋势
但是应力并没有降到零
这也表明岩石破坏后仍然具有一定的承载能力
这一点对应的应力状态就是岩石的残余强度
随后的过程基本是岩石沿着宏观破裂面发生滑动
这两个过程有时候合起来叫做岩石的破坏后阶段
岩石的应变关系曲线
随着岩石的性质不同也有很大的差别
米勒通过对28类岩石的单轴压缩试验分析
根据峰值前的应力应变曲线特征将岩石划分为六类
第一类 应力应变关系曲线近于直线性
直到试件发生突然的爆发性破坏为止
这类岩石属于弹性体
主要有玄武岩 石英岩 白云岩
及非常坚硬的石灰岩等
由于岩石致密坚硬 在荷载较低时表现为
弹性变形并积累大量的应变能
当应力达到最大值时应变能急剧释放呈现脆性破坏
在高地应力区 这类岩石通常积累了较高的弹性应变能
在开挖地下隧洞时 通常会引起岩爆等事故
第二类是应力应变关系曲线开始为直线
但当应力增加到一定数值后
应力应变关系发生向下的弯曲
随着应力的增加 曲线斜率逐渐减小直到破坏
比如泥岩 凝灰岩 粉砂岩及强度较低的
一些石灰岩等都具有这种类型特点
这类岩石属于弹-塑性体
第三类 应力应变关系曲线在开始时为上凹的曲线
当应力增加到一定数值后逐渐变为直线直到破坏
末端没有明显的屈服段
这种岩石是塑-弹性体
这类岩石一般是具有较高的孔隙性
和裂隙的坚硬岩石
比如砂岩 花岗岩
及辉绿岩 或者是片理平行于压力方向的一些片岩
第四类 为开始时应力应变关系曲线成这种上凹型
随着压力的增加 曲线逐渐变为直线型
而后压力增加到一定程度后
又逐渐变缓呈现下凹线
曲线整体上呈现一个高度压缩的S型
这种岩石是塑-弹-塑性的
大部分变质岩比如大理岩 片麻岩等等
都属于这种变形特征岩石
第五类 它与第四类岩石曲线形状基本相似
但是曲线斜率要比第四类缓和的多
它也是塑-弹-塑性的
一般发生在压缩性较高的岩石中
或者是压力垂直于片理方向的片岩中
第六类 应力应变关系曲线在开始时
有很小一段直线
而后逐渐变为非弹性和连续的蠕变阶段
所以称为弹-塑-蠕变型体
或者是弹粘性体
它是盐岩和一些软岩具有的变形特性
好 这节课我们学习了岩石的变形特征
通过这节课的学习同学们要掌握岩石的变形阶段
了解按应力应变关系曲线的特征将岩石的划分类型
-0.1 人类工程活动与地质环境
-0.2 工程地质学的任务
-知识巩固--作业
-1.1 地球的形成与演化
-1.2 地球的基本性质
-1.3 岩石圈板块构造与地质作用
-知识巩固
-2.1 地壳运动
--默认
-2.2 岩浆作用
-2.3 变质作用
-2.4 地震作用
-知识巩固
-3.1 引述
-3.2 风化作用
-第3章 外动力地质作用--3.2 风化作用
-3.3 地面流水的地质作用
-3.3 地面流水的地质作用--作业
-3.4 风的地质作用
-3.4 风的地质作用--作业
-3.5 冰川的地质作用
-3.5 冰川的地质作用--作业
-知识巩固-基础篇--作业
-知识巩固-提高篇--作业
-4.1 矿物
-第4章 矿物与岩石--4.1 矿物
-4.2 岩浆岩
-第4章 矿物与岩石--4.2 岩浆岩
-4.3 沉积岩
-4.3 沉积岩--作业
-4.4 变质岩
-第4章 矿物与岩石--4.4 变质岩
-第4章 矿物与岩石--知识巩固-基础篇
-第4章 矿物与岩石--知识巩固-提高篇
-5 地质年代
-知识巩固--作业
-6.1 水平构造与倾斜构造
-6.2 褶皱构造
-6.3 断裂构造
-第6章 地质构造--知识巩固-基础篇
-第6章 地质构造--知识巩固-提高篇
-7.1 概述
-7.2 地质图的表示方法
-7.3 地质图的阅读和分析
-第7章 地质图--知识巩固-基础篇
-第7章 地质图--知识巩固-提高篇
-8.1 基本概念
-8.1 基本概念--作业
-8.2 地下水的埋藏类型与排泄
-第8章 地下水--8.2 地下水的埋藏类型与排泄
-8.3 地下水的运动
-8.3 地下水的运动--作业
-8.4 地下水的水质
-8.4 地下水的水质--作业
-8.5 与地下水有关的工程地质问题
-8.5 与地下水有关的工程地质问题--作业
-知识巩固-基础篇--作业
-第8章 地下水--知识巩固-提高篇
-9.1 土的物质组成
-9.1 土的物质组成--作业
-9.2 土的基本性质
-9.2 土的基本性质--作业
-9.3 土的工程分类
-9.4 特殊土及工程性质
-9.4 特殊土及工程性质--作业
-第9章 土体的工程地质性质--知识巩固-基础篇
-第9章 土体的工程地质性质--知识巩固-提高篇
-10.1 概述
--10.1练习
-10.2 岩石的物理和水理性质
--10.2练习
-10.3 岩石的力学性质
--10.3习题
-10.4 岩体结构、结构面与结构体
--10.4习题
-10.5 结构面的特征及力学性质
--10.5习题
-10.6 岩体力学性质
--10.6习题
-10.7 岩体的工程地质分类
--10.7习题
-知识巩固-基础篇--作业
-知识巩固-提高篇--作业
-11.1 斜坡变形与破坏
-11.1 斜坡变形与破坏--作业
-11.2 影响斜坡稳定的因素
-11.3 斜坡稳定性分析
-11.3 斜坡稳定性分析--作业
-11.4 岩质边坡稳定的结构分析法
-11.5 斜坡变形破坏防治原则与措施
-11.5 斜坡变形破坏防治原则与措施--作业
-第11章 斜坡稳定性工程地质问题分析--知识巩固-基础篇
-第11章 斜坡稳定性工程地质问题分析--知识巩固-提高篇
-12.1 地下洞室及其应力重分布
-12.1 地下洞室及其应力重分布--作业
-12.2 洞室围岩的变形与破坏
-12.3 影响洞室围岩稳定性的因素
-12.4 洞室围岩失稳的防治措施
-第12章 地下洞室围岩稳定性的工程地质分析--知识巩固
-13.1 水利工程坝基
--Chapter 13.1.1 坝型及对工程地质条件的要求
-13.2 常见地基处理方法
-第13章 地基岩体稳定性工程地质问题分析--知识巩固
-14.1 水库渗漏
-14.2 库岸稳定问题
-14.3 库周浸没及水库淤积
-知识巩固--作业
-15.1 概述
-15.2 工程地质测绘
-15.3 工程地质勘探与野外试验
-15.4 地质罗盘的使用方法
-知识巩固
-汶川地震泥石流——5年的回顾
--汶川地震泥石流
--汶川地震这五年
--解疑答惑
-期末考试
