[2018年必威体育精装版整理]05岩石力学性质.pptVIP

河南理工大学 谢洪波 构造地质学 Structral Geology 岩石力学性质的几个基本概念 影响岩石力学性质的因素 岩石变形的微观机制 岩石断裂准则 * * 第5章 岩石力学性质 主 讲 谢洪波 河南理工大学资源环境学院 1 岩石力学性质的几个基本概念 材料的力学性质 强度 材料抵抗外力(载荷)作用下产生破坏的能力 静力强度 材料抵抗由静载荷产生应力破坏的能力 抗压强度 抗拉强度 抗剪强度 抗弯强度 1 岩石力学性质的几个基本概念 材料的力学性质 强度 静力强度 硬度 材料抵抗其它较硬物体的压入能力 1 岩石力学性质的几个基本概念 材料的力学性质 强度 静力强度 硬度 弹性 材料在外力的作用下产生变形，外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质 弹性变形 弹性材料 (胡克固体) 1 岩石力学性质的几个基本概念 材料的力学性质 强度 静力强度 硬度 弹性 塑性 材料在外力的作用下产生变形，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，但不产生裂纹的性质 塑性变形 (永久变形) 塑性材料 弹塑性材料 1 岩石力学性质的几个基本概念 材料的力学性质 强度 静力强度 硬度 弹性 塑性 脆性 材料在外力的作用下直到破裂前无明显塑性变形而发生突然破坏的性质 脆性材料 特点：抗压强度抗拉强度 1 岩石力学性质的几个基本概念 材料的力学性质 强度 静力强度 硬度 弹性 塑性 脆性 韧性 材料在冲击外力和震动荷载作用下，材料能吸收大量的能量，产生一定变形而不致破坏的性质 韧性材料 特点：具有较高的抗拉、抗压强度 脆性材料 断裂发生前塑性变形5％ 脆-韧性材料 断裂发生前塑性变形5％～10％ 韧性材料 断裂发生前塑性变形10％ 1 岩石力学性质的几个基本概念 材料的主要力学性质 流体的主要力学性质 流体 在任何微小剪切力的作用下能产生连续变形的物质 粘性 流体所具有的抵抗两层相对滑动速度(抵抗变形)的性质 ——粘性系数μ 快层 慢层 内摩擦力 ↓ 粘性应力(剪切性质) 速度梯度 粘性系数μ(动力粘度) 速度梯度为1时，单位受力面积上，流体层之间内摩擦力的大小 能干性(发生塑性流变的程度) 不易发生塑性变形的岩层——能干岩层，其能干性较强，或称强岩层 反之，为不能干或弱岩层 1 岩石力学性质的几个基本概念 材料的主要力学性质 流体的重要力学性质 流体 粘性 牛顿内摩擦(粘性)定律 牛顿流体 1 岩石力学性质的几个基本概念 材料的主要力学性质 流体的重要力学性质 岩石的变形阶段 弹性区 塑性区 破坏 弹性变形阶段 屈服极限σy 比例极限σπ 线弹性变形 非线弹性变形 塑性变形阶段 强度极限σB 应变硬化 断裂变形阶段 脆性破裂 张裂、剪裂 张 裂 剪 裂 抗压强度抗剪强度抗张强度 2 影响岩石力学性质的因素 内因 外因 岩石成份、结构、构造差异 各向异性 如：层状岩石受压可形成褶皱，而块状的各向同性岩石一般无法显示出褶皱变形来 2 影响岩石力学性质的因素 内因 外因 围压 温度 孔隙流体 时间 提高 韧 性 强度极限 弹性极限 高围压使岩石的质点彼此接近，增强了内聚力 2 影响岩石力学性质的因素 内因 外因 围压 温度 孔隙流体 时间 提高 韧 性 降低 强度极限 弹性极限 雌黄铁矿 闪锌矿 温度增高，使岩石质点的热运动增强 减弱了质点之间的联系能力 2 影响岩石力学性质的因素 内因 外因 围压 温度 孔隙流体 时间 溶液 弹性极限和强度下降 韧性增强 流体压力 降低强度 溶液分子进入晶格，使矿物分子之间的凝聚力下降 溶液有利于重结晶作用的发生，容易发生塑性变形 有效正应力下降 2 影响岩石力学性质的因素 内因 外因 围压 温度 孔隙流体 时间 应变速率 快速：脆性，强度较 缓慢：塑性，强度下降 重复受力 破裂所需的应力降低 蠕变 保持应力不变，随时间延长，变形继续缓慢增加的现象 松弛 应变保持不变时，应力随时间增长逐渐下降的现象 耐力极限 低于该应力值，无论如何增加受力次数，均无法使岩石破裂 2 影响岩石力学性质的因素 内因 外因 围压 温度 孔隙流体 时间 流变学概要 流变学研究介质内部质点的变形和流动 考虑时间因素 把液体和固体统一看待(基本思想) 只要有足够的时间，任何岩石在任何应力下都能流动 ——“万物皆流” 3 岩石变形的微观机制 脆性变形机制 塑性变形机制 岩石成分的微观差异 颗粒楔入 晶体错位 …… 应力集中 碎裂作用 碎 裂 旋转 运移 碎裂流 3 岩石变形的微观机制 脆性变形机制 塑性变形机制 晶内滑动和位错滑动 位错蠕变 多边形化作用 动态重结晶作用 扩散蠕变 体积扩散蠕变——纳巴罗-赫林蠕变