岩体力学02-岩石的物理力学性质.ppt

* ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ * ［过程化、结构化和面向对象的程序设计］ 如果岩石试件上作用着?1和?3，使岩石处于极限平衡状态，则由?1、?3确定的莫尔圆与库仑强度曲线相切，切点的位置为破坏面的位置，即破坏面的位置为 2?=90?+?， ?=45?+?/2 由于对称性，破坏一般成对或共轭出现，形成X共轭破坏面。 由图可知 ——岩石处于极限平衡状态时主应力、抗剪强度指标之间的关系，是库仑准则的另一种表示形式（主应力之间的关系表达）。 2? 当?3=0时，?1即为岩石的单轴抗压强度?c，则有 ——单轴抗压强度与抗剪强度指标之间的关系公式。 由于 ——三角恒等式 因此有 ——为库仑准则以主应力表达的坐标不变式。 库仑准则的应用条件：只适用于受压区。 库仑准则使用方法： 代入公式法：利用上述公式计算出?或?1，然后与试验测定的?或实际施加的?1进行比较，判断是否破坏。 图解法：在?—?坐标系中绘制抗剪强度曲线，并根据作用在岩石上的最大主应力?1、最小主应力?3，在相同坐标系中绘制莫尔圆，根据莫尔圆与抗剪强度曲线的关系判断岩石是否破坏。 库仑准则存在的题：没有考虑中间主应力的影响。 莫尔强度是库仑准则的一种推广，提出于1900年。 莫尔强度理论认为，材料在达到极限平衡状态时，某剪切滑动面上的剪应力达到一个取决于正应力与材料性质的最大值。即，当岩石中某一平面上的剪应力超过该面上的极限剪应力值时，岩石破坏，而这一极限剪应力值又是作用在该面上法向应力的函数，即?=f(?)。该函数在?—?坐标系中为一条对称的曲线，是破坏时应力莫尔圆的外公切线（包络线），称为莫尔强度包络线。 可以通过单轴拉伸、单轴压缩、三轴压缩等试验确定。 三、莫尔强度理论 利用莫尔强度包络线判断岩石破坏的方法：根据应力绘制莫尔圆，同时将莫尔强度曲线绘制在同一坐标系中 莫尔圆完全位于强度曲线以下时，不会破坏； 相切，则切点代表的点（岩石中的一个面）处于极限平衡状态； 应力圆部分超过强度曲线，岩石破坏（这种情况实际是不会出现的）。 莫尔强度曲线的形式多种多样，目前已经总结出的曲线有直线、二次抛物线、双曲线等。为直线时即为库仑准则，又称为莫尔—库仑准则，是最常用的准则。 通常在低应力的条件下，莫尔强度曲线近似为直线。 形式一致。 破坏机理的认识不完全相同：莫尔准则的斜直线的应用范围可稍扩大或延伸至受拉区，即受拉区，材料表现为拉裂或拉剪破坏，拉应力的绝对值愈大，剪切破坏应力愈小。 斜直线莫尔强度理论与库伦准则的异同： 莫尔强度准则的特点： 莫尔强度准则实质上是一种剪应力强度理论。 比较全面反映了岩石的强度特征，既适用于塑性岩石也适用于脆性岩石的剪切破坏。 反映了岩石抗拉强度远小于抗压强度的特点，并能解释在三向等拉时破坏，而在三向等压时不会破坏的特点（曲线在受压区不闭合）。 莫尔准则的缺陷：没有考虑中间主应力的影响。 格里菲斯认为，诸如玻璃、钢之类的脆性材料，其断裂的原因是分布在材料中的微小裂纹尖端有拉应力集中（这种裂纹称为格里菲斯裂纹）所致。也就是说，材料的破坏本质是由于拉伸应力引起的。 格里菲斯准则的基本假设： （1）材料内存在众多的随机分布的裂纹(格里菲斯裂纹)； （2）列文都呈张开、前后贯通状态，且互不相关； （3）各个裂纹都可视为长度相当、形状相似的扁平椭圆； （4）材料和裂纹都是各向同性的； （5）忽略中间主应力的影响。 四、格里菲斯强度理论 格里菲斯准则方程在推导过程中将裂纹视为贯穿椭圆平面，按各向同性线弹性平面应变处理；由极值原理，先求出周边最大最危险应力及其位置（第一极值），再定出最危险裂纹长轴的方向和应力（第二极值）。 根据极值应力与单轴抗拉强度?t的关系，建立的格里菲斯准则方程为： 当?1+3?30时 当?1+3?3?0时 -?3=?t 强度曲线 格里菲斯准则的3点结论： （1）单轴压缩时，?3=0，?1=?c，则由上式得?c=8?t。即脆性材料抗压强度是抗拉