隧道力学作者李文江第2讲课件.pptVIP

强度：材料受力时抵抗破坏的能力。 1、单轴抗压强度 岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度，或称为非限制性抗压强度。 (1)试验方法 设备：带有上、下块承压板的试验机内 加载速率：按每秒0.5~1.0MPa 试件尺寸：直径或边长为4.8~5.4cm，高度为直径的2.0~2.5倍 试件加工精度：两端面的不平整度不得大于0.05mm，直径或边长的误差不得大于0.3mm，两端面应垂直于试件轴线，最大偏差不得大于0.25°。 (2)试件的破坏形态 (3)单轴抗压强度的影响因素 承压板的影响 ：刚度大小 岩石试件尺寸及形状的影响 岩石试件的形状：圆柱形和方形 岩石试件的尺寸：直径大于最大矿物颗粒直径的10倍 岩石试件的高径比：高径比取2～3 加载速率的影响：最好在同一个应变速率下进行试验 环境的影响 含水率的影响 温度的影响 2、岩石的抗拉强度 岩石的抗拉强度是指岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时的单位面积所能承受的拉力。 3、岩石的抗剪强度 岩石的抗剪强度是指岩石在一定的应力条件下（主要指压应力）所能抵抗的最大剪应力，通常用τ表示。 4、岩石在三向压缩应力作用下的强度 三向压缩应力作用下的强度是指在不同的三向压缩应力作用下岩石抵抗外荷载的最大应力。 (3)岩石三向压缩强度的影响因素 侧向压力的影响：随围压的增大极限最大主应力也变大 试件尺寸与加载速率的影响 低围压与中等围压下：试件尺寸的影响同单轴压缩试验 在高围压下：试件中微裂缝的影响逐渐减弱 加载速率的影响：同岩石单轴压缩试验 加载路径的影响：无论哪种加载路径，其最终的破坏应力都很接近描述三向压缩强度的极限破坏应力包络线 孔隙压力的影响 ：降低了岩石的极限应力 * 岩石的基本力学性质 岩石的流变特性 岩石的强度理论 岩体的基本力学性质 第二章 围岩的基本力学性质 第二节 岩石的基本力学性质 一、两个基本工程问题 最大承载力问题：强度特性 最大允许变形：变形特性 二、岩石的变形特性 1、单轴压缩状态下的应力—应变曲线 应力—应变曲线反映了岩石在外荷载作用下的变形特征，它是建立力学模型的依据。 (a)弹性曲线 (b)弹—塑性曲线 (c)塑—弹性曲线 (d)塑—弹—塑性曲线 (e)弹—塑—弹性曲线 (f)弹—塑性曲线 图2-2-1 岩石在单轴压缩状态下的应力—应变曲线 2、岩石的全应力—应变关系 刚性试验机 五个阶段： 压密变形阶段（OA段），岩石试件内部原始裂隙逐渐被压密，试件与压板之间的间隙调整 弹性变形阶段（AB段），在此阶段，卸载将不会产生残余应变 为塑性变形阶段（BC段），新的裂隙逐渐增多并扩展，以至于相互贯穿，卸载后有残余应变 应变软化阶段（CD段），已贯穿的裂隙进一步扩展，卸载后有较大残余应变 残余强度阶段（DE段），说明应力不再增大而变形却持续增大。在该阶段，裂隙张开或错动，使岩石解体。 3、岩石在三轴压缩状态下的应力—应变关系 两种方式：三轴试验和普通三轴试验 图2-2-3 不同围压下大理岩的应力-应变曲线 图2-2-4 不同围压下花岗岩的应力-应变曲线 围压对岩石变形的影响: ①随着围压的增大，岩石的抗压强度显著增加； ②随着国压的增大，岩石的变形显著增大； ③随着围压的增大，岩石由弹脆性→弹塑性→应变硬化。 三、岩石的强度特性 强度 单向抗压强度 单向抗拉强度 剪切强度 三轴压缩强度 真三轴 假三轴 (a)圆锥形破坏 (b)柱状劈裂破坏 图2-2-5 单轴压缩破坏形态图 图2-2-6 在两个金属板之间压缩圆柱体样品的应力—应变分布特征 (1)直接拉伸法 要求：一是岩石试件与夹具间必须有足够的粘结力或者摩擦力；二是所施加的拉力必须与岩石试件同轴心。 (2)抗弯法——梁的三点或四点加载力法 基本假设： ①梁的截面严格保持为平面； ②材料是均质的，服从虎克定律； ③弯曲发生在梁的对称平面内； ④拉伸和压缩的应力—应变特性相同。 对于岩石而言，第④个假设与岩石的特性存在着较大的差别。 (3)劈裂法（巴西法） 我国工程岩体试验方法标准规定：试件的直径宜为4.8～5.4cm、其厚度宜为直径的0.5～1.0倍。 图2-2-11 劈裂法试验示意图 1—承压板；2—试件；3—钢丝 式中 Rt ——即为抗拉强度；