岩石强度准则调研.pptx

岩石强度准则研究 2013年5月 第一组 一、岩石强度准则研究现状 二、简单的强度准则 三、有影响的岩石强度准则 四、考虑第二主应力σ2的岩石强度准则 五、两个问题 六、岩石强度准则探讨 七、岩石强度理论的发展展望 岩石强度准则研究 人们对岩体强度理论的研究,最早始于18世纪。岩体的强度指的是岩体破坏时的应力状态或应变状态,或者是岩体抵抗破坏的极限能力,而破坏则是岩体变形过程中的一个特殊阶段。 美国的圣佛朗西斯重力坝 意大利瓦依昂大坝 加拿大亚当贝克水电站压力管道 日本关门铁路隧道 近30年来,岩石力学得到了迅猛发展,成为当今岩土工程的基础学科之一。 人们意识到把握岩体在外荷载作用下的变形、破坏及稳定性规律的重要性。 一、岩石强度准则研究现状 岩石的经验强度准则 1时间先后分类 2材料参数数量分类 3方程的线性与非线性分类 4极限面的大小和内外边界分类 5剪应力分类：三大系列强度理论 6数学建模和数学方程式的方程数量分类 7强度理论的功能分类 分类方式 一般用极限应力状态下的主应力关系方程表示: 在岩体强度理论一百多年的发展过程中,许多专家学者相继提出许多非常有价值的强度准则,为岩体力学的发展作出了贡献。 或者用处于极限平衡状态下斜面上的剪应力和正应力关系方程表示: 二、简单的强度准则 1 、最大正应力理论（朗肯(Rankine)理论） 或者 只适用于单向应力状态 不适用于复杂应力状态 2 、最大正应变理论 或者 该理论与脆性材料的试验结果大致符合,但不适用于塑性材料;且未考虑围压。 3 、最大剪应力理论（Treca强度准则） 或者 对塑性岩体和二向应力状态较适用,但未考虑中间主应力的影响,也未能考虑岩石材料的摩擦性质,具有局限性。 1 、Coulomb- Mohr准则 Coulomb- Mohr准则认为岩石承载的最大剪切力 由黏聚力 和内摩擦力 确定。 （2）二次抛物线型：软弱至中等硬度完整岩石，如泥灰岩、砂岩、泥页岩等岩石的强度包络线近似于二次抛物线。 （3）双曲线型：砂岩、灰岩、花岗岩等坚硬、较坚硬岩石的强度包络线近似于双曲线。 σt是岩石抗拉强度；n是待定系数 （1）直线型Coulomb- Mohr强度准则可表示为： 三、有影响的岩石强度准则 2 、Bieniawski 幂函数准则 式中：e、f 为由试验确定的参数，Bieniawski 利用上式对 5 类岩石进行拟合后将 f 确定为常数 0.75 3 、Hoek-Brown 准则 修正后得 m 为经验参数， 是 相对曲线的曲率 ；s、κ 为与岩体特征有关的常数。 4 、指数强度准则 为常规三轴压缩强度（MPa）， 单轴压缩强度（MPa）， 极限主应力差（MPa）, 为围压为0时对强度的影响系数； 为中间主应力对强度的最大影响值； 为达到最大强度的位置参数； 为中间主应力强度影响函数。 几种强度准则的对比 关于强度准则的评价指标，采用最小标准拟合差： 为最大主应力的试验值（MPa）； 为不同准则的计算值（MPa）；j 为不同围压下试验点；n 为试验数据个数。 岩石类别 σc /MPa 直线型 Coulomb-Mohr 准则 抛物线型 Coulomb-Mohr 准则 Hoek-Brown 准则 指数强度准则 c/MPa φ/° ηC•M/ Mpa a b λ ηpC•M/ MPa m σHc ηH•B/ MPa Q0/MPa Q∞/MPa K ηexp/ MPa Darley Dale 砂岩 80 21.5 40.4 12.7 8.98ⅹ10-3 -3.80 40 22.5 15.9 80.3 6.7 79 335 7.5 5.74 Peannant 砂岩 197 48.0 42.1 15.5 4.866ⅹ10-3 -3.50 73 20.7 11.9 209.3 11.0 196 468 8.7 8.21 Indiana 石灰岩 45 17.1 21.7 3.0 0.040ⅹ100 4.67 10 2.8 3.2 49.7 2.6 45 169 4.3 1.06 各种强度准则的拟合参数及最小平均标准拟合差 对比 4 组拟合结果可以看出，对于以上三种岩石，Hoek-Brown 准则和指数强度准则均能取得较为满意的拟合效果，指数强度准则优于Hoek-Brown 准则。 库伦摩尔准则（直线型、抛物线型、双曲