岩体本构关系和强度理论.pptVIP

第七章 岩体本构关系与强度理论;强度理论－主要内容;7.3 岩石强度理论 概述 强度理论：关于材料破坏原因和条件的假说。 基本思想： ①确认材料失效的力学原因，提出破坏条件假说。 ②用简单受力情况下的破坏实验指标，建立复杂应力状态下的弹性失效准则。 岩石破坏类型： ①断裂破坏：单轴拉断、劈裂——由拉应力引起； ②剪切破坏：塑性流动、剪断——由剪应力引起。;古典强度理论与岩石强度表现不符： ①最大拉应力理论没有考虑σ2 和σ3 的影响。 ;③最大剪应力理论与岩石试验结果不符 σ1－σ3≤[σ] a.最大剪应力理论破坏面与σ1 的夹角为45°； 而岩石破坏面与σ1 的夹角为45°－φ/2。 b.最大剪应力理论破坏面上剪应力最大； 而岩石破坏面上剪应力不是最大。;④歪形能理论 只与σ1 、σ2 和σ3三者之间的差的绝对值有关； 而与应力大小无关，这与岩石破坏现象不符。 ;7.3.1 库仑准则--纳维尔： （1773年） 观点：①岩石破坏为剪切破坏； ②岩石抗能力由两部分组成 （内聚力、内摩擦力）。 ③强度准则形式－直线型：;; 由图： 破坏面方向：;强度准则： 剪 切 式： 三向应力式： 单向应力式：;应用： ①判断岩石在某一应力状态下是否破坏（用应力圆）。 ②预测破坏面的方向：（与最大主平面成 ，破坏面与最小主平面夹角α=45－φ/2。 ）； （X 型节理锐角平分线方向为最大主应力方向）。 ③进行岩石强度计算， ; 评价： ①是最简单的强度准则，是莫尔强度理论的一个特例。 ② 不仅适用于岩石压剪破坏，也适用于结构面压剪破坏； ③判据适用坚硬、较坚硬的脆性岩石产生剪切破坏的情况，不适用于受拉破坏。 ;二、莫尔判据 莫尔考虑三向应力状态下的库仑--纳维尔判据后认为：材料在极限状态下，剪切面上的剪应力就达到了随法向应力和材料性质而定的极限值。 当材料中一点可能滑动面上的剪应力超过该面上的剪切强度时，该点就产生破坏，而滑动面的剪切强度τ又是作用于该面上法向应力σ的函数。; 理论要点： ①岩石的剪切破坏由剪应力引起；但不是发生在最大剪应力作用面上； ②剪切强度取决于剪切面上的正应力和岩石的性质，是剪切面上正应力的函数； ③剪切强度与剪切面上正应力的函数形式有多种：直线型、二次抛物线型、双曲线型，等等；是一系列极限莫尔圆的包络线，它由试验拟合获得； ④剪切强度是关于σ轴对称的曲线，破坏面成对成簇出现； ⑤莫尔圆与强度曲线相切或相割研究点破坏，否则不破坏； ⑥不考虑σ2的影响。 ;莫尔强度曲线绘制： （由单拉、 单压、三压强 度实验得到） 特点： 曲线左侧闭合，向由侧开放（耐压、不耐拉）； 曲线的斜率各处不同（内摩擦角、似内聚力变化，与所受应力有关）； 曲线对称于正应力轴（破坏面成对出现，形成 X 型节理）； 不同岩石其强度曲线不同（不同岩石具有不同的强度性）。;适用较坚硬至较软弱岩石，如泥灰岩、砂岩、泥页岩;2. 双曲线型;对莫尔强度理论的评价： 优点：①适用于塑性岩石，也适用于脆性岩石的剪切破坏； ②较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征； ③解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象； ④简单、方便:同时考虑拉、压、剪,可判断破坏方向. 不足：①忽视了σ2 的作用，误差：±10％； ②没有考虑结构面的影响； ③不适用于拉断破坏； ④不适用于膨胀、蠕变破坏。;三、格里菲 斯判据 脆性材料中包含大量微裂纹和微孔洞。 材料破坏：微裂纹或孔洞在局部拉应力下扩展、联合;格里菲斯强度理论 （1920、1921） 1）基本假设（观点）： ①物体内随机分布许多裂隙； ②所有裂隙都张开、贯通、独立； ③裂隙断面呈扁平椭圆状态； ④在任何应力状态下，裂隙尖端产生拉应力集中，导致 裂隙沿某个有利方向进一步扩展。 ⑤最终在本质上都是拉应力引起岩石破坏。 ;2）两个关键点： ①最容易破坏