5.3岩石强度理论教程.pptVIP

5.4.1 强度理论概述 5.4.2 Coulomb强度准则 5.4.3 Mohr强度理论 5.4.4 Griffith强度理论 5.4.5 Drucker-Prager准则 ;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。;库仑（1773年）提出的“摩擦”准则 观点： ①岩石破坏主要为剪切破坏； ②岩石抗剪切能力由两部分组成（岩石本身的内聚力、剪切面上法向力产生的内摩擦力）。 ③强度准则形式－直线型：;库仑准则可由 AL 直线表示; 由图：;强度准则： 剪 切 式： 三向应力式： 单向应力式：;5.4.2 Coulomb强度准则;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 ）； （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不适用于受拉破坏。 ;莫尔（1900）提出，把库仑准则推广到考虑三向应力状态，认识到材料性本身也是应力的函数。 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。 莫尔理论建立与古典理论区别： ①不致力于寻找材料失效的共同力学原因； ②尽可能多地占有不同应力状态下材料失效的试验资料，极限应力状态； ③用宏观唯象的处理方法建立失效条件。; 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）。;莫尔包络线的三种形式： （不同岩石具有不同的强度性质，其强度曲线可分为三个类型） a) 直线型：(与库仑准则相同） 可进行强度计算： ;b) 二次抛物线型： 表达式： 式中：σt—单向抗拉强度 n—待定系数 由图：N 点坐标及NM半径为 ;主、剪应力表达式： 主应力表达式： n系数： 确定n系数的方法：;c) 双曲线型： 表达式： （强度条件） 式中：φ1—为包络线渐进线夹角 ;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不适用于拉断破坏； ③不适用于膨胀、蠕变破坏。; 格里菲斯 （1920）认为脆性材料断裂的起因是分布在材料中的微小裂纹尖端有拉应力集中(这种裂纹现在称之为Griffith裂纹)所致. 1921年，Griffith把该理论用于初始长度为2C的椭圆形裂纹的扩展研究中，并设裂纹垂直于作用在单位厚板上的均匀单轴拉伸应力σ的加载方向。裂纹扩展时满足如下条件： ;5.4.4 Griffith强度理论; 1）基本假设（观点）： ①物体内随机分布许多裂隙；