2.3岩石力学性质-变形PPT.pptVIP

2.4.2岩石的力学性质－岩石的变形;1）弹性(elasticity) 物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力(卸载)后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性。 弹性体按其应力－应变关系又可分为两种类型： 线弹性体：应力－应变呈直线关系。 非线性弹性体：应力—应变呈非直线的关系。;线弹性体，其应力－应变呈直线关系 σ=Eε;2）塑性（plasticity） 物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质，称为塑性。 不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形，残余变形。 在外力作用下只发生塑性变形的物体，称为理想塑性体。 理想塑性体，当应力低于屈服极限时，材料没有变形，应力达到屈服极限后，变形不断增大而应力不变，应力－应变曲线呈水平直线. ;理想塑性体的应力－应变关系: 当σ σ0时， ε=0 当σ ≥σ0 时， ε→∞ ;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，称为延性。 岩石是矿物的集合体，具有复杂的组成成分和结构，因此其 力学属性也是很复杂的。 这一面受岩石成分与结构的影响； 另一方面还和它的受力条件，如荷载的大小及其组合情况、加载方式与速率及应力路径等密切相关。 例如，在常温常压下，岩石既不是理想的弹性材料，也不简单的塑性和粘性材料，而往往表现出弹一塑性、塑一弹性、弹一粘一塑或粘一弹性等性质。 此外，岩体赋存的环境条件，如温度、地下水与地应力对其性状的影响也很大。;1966年库克（Cook)教授利用自制的刚性试验机获得了的一条大理岩的全应力－应变曲线,典型的全应力-应变曲线可将岩石变形分为下列四个阶段:;② 弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（AC段〕：该阶段的应力—应变曲线成近似直线型。其中，AB段为弹性变形阶段，BC段为微破裂稳定发展阶段。 ;③非稳定破裂发展阶段，或称累进性破裂阶段（CD段）：C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。相应于该点的应力为屈服极限，其值约为峰值强度的2/3。进入本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏。试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率迅速增大。本阶段的上界应力称为峰值强度。;④破裂后阶段（D点以后段）：岩块承载力达到峰值强度后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。到本阶段，裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面。此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不降到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载力。 ;岩石单轴压缩数值试验;岩石的应力—应变曲线随着岩石性质不同有各种不同的类型。 米勒（Müller）采用28种岩石进行大量的单轴试验后，据峰值前应力—应变曲线将岩石分成六种类型。 ;类型Ⅱ 应力较低时，应力—应变曲线近似于直线，当应力增加到一定数值后，应力—应变曲线向下弯曲，随着应力逐渐增加而曲线斜率也就越变越小，直至破坏。 由于这些岩石低应力时表现出弹性，高应力时表现出塑性，所以被称为弹—塑性岩石。 例如：较弱的石灰岩、泥岩以及凝灰岩等。;类型Ⅲ 在应力较低时，应力—应变曲线略向上弯曲。当应力增加到一定数值后，应力—应变曲线逐渐变为直线，直至发生破坏。 由于这些岩石低应力时表现出塑性，高应力时表现出弹性，所以被称为塑—弹性岩石。 例如：砂岩、花岗岩、片理平行于压力方向的片岩以及某些辉绿岩等。 ;类型Ⅳ 应力较低时，应力—应变曲线向上弯曲，当压力增加到一定值后，变形曲线成为直线，最后，曲线向下弯曲，曲线似S型。 由于这些岩石低应力时表现出塑性，高应力时表现出弹性，破坏前又表现出塑性，所以被称为塑—弹—塑性岩石。 例如：大多数为变质岩（大理岩、片麻岩等）。;类型Ⅴ 基本上与类型Ⅳ相同，也呈S型，不过曲线斜率较平缓。一般发生在压缩性较高的岩石中。应力垂直于片理的片岩具有这种性质。 类型Ⅵ 应力—应变曲线开始先有很小一段直线部分，然后有非弹性的曲线部分，并继续不断地蠕变。 这类材料被称为弹—粘性岩石。 例如：岩盐、某些软弱岩石。;岩石的变形特性通常用弹性模量、变形模量和泊松比等指标表示。 1)弹性模量和变形模量;a. 线弹性岩石 ①应力—应变曲线具有近似直线的形式。 ②弹性模量：直线的斜率,也即应力（ σ ）与应变（ε）的比率被称为岩石的弹性模量，记为E。 ③其应力—应变关系： σ =Eε ④反复加卸载应力—应变曲线仍为直线。;b.完全弹性岩石 ①岩石的应力—应变关系不是直线，而是曲线。 ②对于任一应变ε，都有唯一的应力σ与之对应，应力是应变的函数关系，即 σ =