岩体力学教案(共45页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上岩体力学讲义张宝安岩体力学1. 课程性质岩体力学是专业基础课，是采矿专业、安全专业必修课程之一。该课程是学习井巷工程、矿山压力及其控制、煤矿地下开采方法等课程先期必修课，是学习上述课程的基础。2. 修课方式、考核方式修课方式：必修课；考核方式：考试+平时成绩（考试占总成绩的80%，平时成绩占20%）；课程学时：总学时：50学时，其中：授课40学时，实验课10学时；教材：岩体力学，沈明荣、陈建峰编著，同济大学出版社。3.课程内容及学时分配本课程共十章，课程内容和学时分配如下：第一章：绪论第一节：概述第二节：岩体力学的研究任务与内容第三节：岩体力学的研究方法第四节：岩体力

2、学在其它学科的地位第五节：岩体力学的发展史第二章：岩石的基本物理力学性质第一节：概述第二节：岩石的基本物理性质第三节：岩石的强度特性第四节：岩石的变形特性第五节：岩石的强度理论第三章：岩石的动力学性质第一节：概述第二节：岩石中应力波类型及传播第三节：影响岩体弹性波速度的因素第四章：岩体的基本力学性质第一节：概述第二节：岩体结构面分析第三节：结构面的变形特性第四节：结构面的剪切强度特性第五节：结构面的力学效应第六节：碎块岩体的破坏第七节：岩体的应力-应变分析第八节：岩体力学性质的现场测试第五章：工程岩体分类第一节：概述第二节：岩体分类的目的和原则第三节：工程岩体代表性分类简介第四节：我国岩体工程

3、分类标准第六章：岩体的初始应力状态第一节：概述第二节：岩体初始应力场及其影响因素第三节：岩体初始应力场的分布规律第四节：岩体初始应力场的量测方法第五节：高应力地区主要岩体力学问题第七章：岩体力学在硐室工程中的应用第一节：概述第二节：深埋圆形硐室弹性分布的二次应力状态第三节：深埋圆形硐室弹塑性分布的二次应力状态第四节：节理岩体中深埋圆形硐室的剪裂区及应力计算第五节：围岩压力第六节：围岩松动压力的计算第七节：围岩塑性形变压力的计算第八节：新奥法简介第八章：岩体力学在边坡工程中的应用第一节：概述第二节：边坡岩体中应力分布特征第三节：边坡岩体的变形与破坏第四节：边坡稳定性分析第五节：岩质边坡的加固措施

4、第九章：岩体力学在岩基工程中的应用第一节：概述第二节：岩基上的基础形式第三节：岩基上基础的沉降第四节：岩基的承载力第五节：岩基的抗滑稳定性第六节：岩基的加固措施第十章：岩体力学的研究方法第一节：第二节第一章：绪 论1. 岩体力学定义：岩石力学（Rock Mechanics）：研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏规律的学科。2. 岩体力学研究的本构关系：应力-应变的关系（-）；3. 岩体力学名字的演变：由岩石力学岩体力学岩石力学或岩体力学；现在所说的岩石力学是广义意义层面上的。4. 岩体力学研究对象：岩石和岩体介质；岩石或岩体是复杂介质弹塑性介质研究的局限性和复杂性。5. 研究学习过程：由

5、岩石岩体岩体工程的稳定性控制；第一节 岩石与岩体地球表面为地壳，其基本构成物质是岩石。1.岩石定义：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体 。1）、矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。2）、结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。3）、构造: 组成成分的空间分布及其相互间排列关系 这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。3. 岩石按成因分类：地球成岩之初是均质的，由于漫长的地质构造运动，岩石产生各种类别，按照岩石的成因将岩石分三类：1）、岩浆岩：强度高，均质性好；2）、沉积岩：强度不稳定，各项异性；3）、变质岩：不稳定与变

6、质程度和原岩性质有关；4.岩体=岩块（结构体）+结构面，岩石=岩块 岩 体结构面岩块不连续面：包括节理、裂隙、孔隙、断面、孔洞、层面由此可见，岩石与岩体既有区别又有联系。岩体定义：在岩体力学中，通常将在一定工程范围内的自然地质体成为岩体。结构体和结构面是构成岩体的基本结构单元。岩体的强度由结构体和结构面得综合强度而定，往往受结构面强度的制约。结构面越发育，岩体强度越低；结构面定义：是指具有极低或没有抗拉强度的不连续面，包括物质的不连续面和物质的分异面；结构体定义：被结构面切割成的岩块称为结构体。结构面的存在使岩体具有不连续性，也使岩体往往呈现出明显的各项异性。岩体结构：是指结构面的发育程度及其

7、组合关系，或者是指机构提的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。岩体结构分类：六大类1）、块状结构（节理少、曾厚）；2）、镶嵌结构（架构面较多，有斜交结构面）；3）、碎裂结构（碎块状）；4）、层状结构（板状）；5）、层状碎裂结构（小碎块体）；6）、散体结构（颗粒状，碎屑状）；第二节 岩体力学的研究任务（1）岩体的力学特征 ： 不连续；各向异性；不均匀性；赋存地质因子特性（水、气、热、初应力）。（2）研究任务：包括4个方面 基本原理方面（地质力学本构模型和本构规律、不连续和连续介质力学原理、岩石及岩体的破坏、断裂、蠕变、损伤机理等）； 试验方面；（试验方法）仪器、信息处理、室内、外、动、静；

8、现场测试 ； 实际应用；（3）岩体力学的研究内容岩体的地质力学模型及其特征；岩石与岩体的物理力学性质；其是评价工程稳定性最重要的依据；岩体力学在各类工程中的应用：如：水库坝基、地铁、边坡等；岩体力学在岩体工程中的应用方面：1）、地下硐室围岩稳定性研究；2）、岩基的稳定性研究；3）、岩坡的稳定性研究；4）、岩体力学的新理论新方法研究；第三节 岩体力学的研究方法研究方法：实验、理论分析与工程应用相结合。1）、实验：室内室外；室内：岩块的强度测定等；野外：位移、应力压力测定等；2）、理论：连续介质理论，非连续介质理论，数值方法（有限元、离散元等）。研究步骤：地质调查工程地质分区 岩体结构划分 岩石、

9、岩体 岩体赋存条件分析 介质的模型化力学性质试验 计算：经典解析法、数值解析法分类、确定岩体的质量、等级模拟试验：物理模拟、相似模拟经验判据岩体工程设计加固措施施工长期监测 第四节 岩体力学在其它学科中的地位岩体力学是一门边缘学科，涉及到地质学科、力学（固体力学）和土力学。第五节 岩石力学的发展简史（1）1925年泰沙基（Terzaghi）建筑土力学（2）地质力学的岩石力学学派（奥地利学派（萨尔茨堡学派）缪勒）否认小岩块试件的力学试验。 （3）工程岩石力学学派，法国塔洛布尔（J.Talober） 1951年岩石力学最早的代表作。 1963年意大利瓦依昂水库岩坡滑动 1966年在里斯召开第一届国

10、际岩石力学大会（一届/4年 ）全国岩石力学与工程学术会，2000年开第6届，1届/1年。 全美,全欧。总之三个阶段：材料力学、连介力学、构造力学。第一章习题一、选择题 1、岩石与岩体的关系是（ ）。（A）岩石就是岩体 （B）岩体是由岩石和结构面组成的（C）岩体代表的范围大于岩石 （D）岩石是岩体的主要组成部分2、大部分岩体属于（ ）。（A）均质连续材料 （B）非均质材料 （C）非连续材料 （D）非均质、非连接、各 向异性材料二、答案1、B 2、D 第二章 岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩石力学学科中研究最早、最完善的内容之一。描述岩石物理力学性

11、质的参数有：质量指标、水理性质指标、抗风化能力指标、单轴抗压强度抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度及其变形参数（弹性模量、泊松比等）。研究岩石的力学特性，主要是研究岩石的本构关系，即应力-应变的关系。岩石介质的复杂性和特殊性，只能采用简单的方法描述其本构关系。第一节 岩石的基本物理性质一、岩石的质量指标（一）密度和比重 1、岩石的密度：单位体积内岩石的质量。岩石含三相：固相、液相、气相。三相比例不同而密度不同。有以下几种密度。1） 天然密度：自然状态下，单位体积质量。 (g/cm3)式中：m岩石试件的总质量； V岩石试件的总体积；2）、饱和密度：岩石试件中的孔隙都被水充填时单位体积的质量。 (g

12、/cm3)式中：ms岩石中固体的质量； VV孔隙的体积； 水的密度；3）、干密度：岩石孔隙中的液体全部被蒸发，试件中仅有固体及气体的状态下，其单位体积的质量。 (g/cm3)式中：ms岩石中固体的质量； V岩石试件的总体积；4）、重力密度：单位体积中岩石的重量，简称为重度。单位：KN/m3。5）、岩石的颗粒密度：岩石固体物质的质量与固体的体积之比值。 （g/cm3）式中：ms岩石中固体的质量； 岩石固体体积；岩石的颗粒密度测定方法：比重瓶法。二、岩石的孔隙性岩石的孔隙性反映岩石孔隙裂隙发育程度的指标。可用孔隙比和孔隙率来描述。1）、孔隙比（e）：岩石孔隙体积与岩石固体体积之比。 e= 2）、孔

13、隙率(n):岩石孔隙体积与试件总体积的比值。 n= (%)孔隙率、孔隙比存在如下的关系： e= n=1-三、岩石的水理性质1、岩石的含水性质1）、岩石的含水率：岩石空隙中含水的质量与固体质量之比。 （%）根据含水状态不同，岩石的含水率分为：天然含水率和饱和含水率；粘土类矿物与水软化膨胀，故含水率对软岩来说是个重要的参数。2）、岩石的吸水率：岩石吸入水的质量与试件固体的质量之比。根据实验方法岩石的吸水率分为：自然吸水率和饱和吸水率。自然吸水率实验方法是浸水法，饱和吸水率采用抽真空法或煮沸法求得。吸水率亦反映岩石孔隙的发育情况，也是软岩一个重要的指标。2、岩石的渗透性定义：岩石的渗透性是指岩石在一

14、定的水力梯度作用下，水穿透岩石的能力。其间接的反映岩石中孔隙间的贯通程度。渗透性用达西定律来描述：qx=AK （m3/s）式中：qx方向水的流量； h水头的高度； A垂直于X方向的截面面积； K岩石沿X方向的渗透系数；四、岩石的抗风化指标岩石片状剥落、水化、崩解、溶解、氯化、磨蚀对岩石性质有影响。抗风化特性有三个指标：1）、软化系数：是指岩石饱和单轴抗压强度与干燥状态下的单轴抗压强度的比值。 软化系数是一个小于等于1的系数，系数越小，岩石受水的影响越大。2）、岩石的耐崩解指数：其反映岩石在浸水和温度变化的环境下抵抗风化作用的能力。3）、岩石的膨胀性：粘土类矿物与水后体积增大，膨胀现象。a）、自

15、由膨胀率：岩石试件在无任何约束条件下浸水后所产生膨胀变形与原试件尺寸的比值。分为径向自由膨胀率和轴向自由膨胀率。b）、侧向约束膨胀率：将具有侧向约束的试件浸水后，使岩石试件仅产生轴向膨胀而求得的膨胀率。c)、膨胀压力：岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。五、岩石的其他特性抗冻性、可钻性、热传导性等；第二节 岩石的强度特性强度定义：是指材料在载荷的作用下，所能承受最大的单位面积上的力。载荷作用形式不同，岩石的强度有：单轴抗压强度、单向抗拉强度、剪切强度、三轴压缩（真三轴、假三轴）；一、 岩石的单轴抗压强度1、定义：是指岩石试件在无侧限条件下，受轴向压力作用破坏时单位面积上所承受的

16、载荷。 Rc=式中：Rc单轴抗压强度； P在无侧限的条件下，轴向的破坏荷载； A试件与轴向载荷垂直的截面面积；2、实验方法： 按照工程岩体试验方法标准（GB/T50266-99）要求。圆柱形试件：4.85.2cm ，高H=（22.5)长方体试件：边长L= 4.85.2cm , 高H=（22.5)L试件两端不平度0.5mm；尺寸误差0.3mm;两端面垂直于轴线0.25o3、单轴压缩条件下试件破坏形态破坏形态是表现岩石的破坏机理的重要特征。主要影响因素：应力状态 试验条件破坏形态有两类：（1）圆锥形破坏 原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），在工程中也会出现。（2）柱状劈裂破坏 张拉破

17、坏（岩石的抗拉强度远小于抗压强度），是岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应）。消除试件端部约束的方法：润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部），加长试件 ； 4.影响单轴抗压强度的主要因素（1）承压板端部的摩擦力及其刚度（加垫块的依据）（2）试件的形状和尺寸形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工；尺寸：大于矿物颗粒的10倍； 50的依据；高径比：研究表明；h/d(23)较合理；（3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高； 我国规定加载速度为0.5 1.0MPa/s（4）环境含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的23倍。温度：180以下不明

18、显：大于180，温度越高强度越小。二、岩石的抗拉强度1. 定义：岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时的单位面积上所受的拉力。 由于试件不易加工，除研究直接的拉伸的夹具外，研究了大量的间接试验方法。2. 直接拉伸法抗拉强度：关键技术： 试件和夹具之间的连接； 加力P与试件同轴心；3. 间接方法（1）抗弯法（梁的三点弯曲试验） 抗拉强度： 三点弯曲梁内的最大拉应力；梁发生破坏时 的 就是；M 作用在试件上的最大弯矩C 梁边缘到中性轴的距离I 梁截面绕中性轴的惯性矩 适用条件： 岩石是各向同性的线弹性材料 满足平面假设的对称面内弯曲（2）劈裂法（巴西法），对称径向压裂法，由巴西人Hondros

19、提出试件：实心圆柱50mm； 25mm试验：径向压缩破坏（张开）计算公式：由弹性力学Boursinesq公式试验中心的最大拉应力，即;p 试验中破坏时的压力;D 试件的直径; t 试件的厚度;要求：荷载沿轴向均匀分布破坏面必须通过试件的直径（3）点荷载试验法是上世纪发展起来的一种简便的现场试验方法。试件：任何形状，尺寸大致5cm，不做任何加工。试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。点载荷强度指数：式中：P 试件破坏时的极限荷载； D 加载点试件的厚度；点载荷指数与抗拉强度关系：统计公式：建议：用5cm的钻孔岩芯为试件。三 岩石的抗剪强度1. 定义：指一定的应力条件下（主要指压应力），

20、所能抵抗的最大剪应力常用表示。 2. 类型：a.抗剪断试验；b.抗切断试验c.弱面抗剪试验3. 室内试验（抗切断试验）试验 楔形剪切仪，加载装置 计算公式：式中： p压力机的总压力 试件倾角 f 圆柱形滚子与上下压板的摩擦系数剪切破坏面上的正应力和剪应力为：岩石的抗剪断曲线（强度曲线） 改变夹具倾角；在30度到70度之间，做一组（大于5次）不同的试验，记录所得的 ，值；由该组值作曲线近似直线得方程式中：tan岩石抗剪切内摩擦系数 c 岩石的粘结力（内聚力）四、岩石在三向压缩应力作用下的强度1. 定义 指在不同三向压缩应力作用下岩石抵抗外荷载的最大应力。其中：最大主应力； 中间主应力； 最小主应

21、力；2. 三向压缩试验简介 （1）真三轴 ； （2）假三轴 ；3.三轴压缩试验的破坏类型4.岩石三向压缩强度的影响因素（1）侧压力的影响 围压越大，轴向压力越大； 低围压条件下，试件破坏主要形式是劈裂破坏，与单轴相似；中等围压时，斜面剪切破坏，剪切面与最大主应力作用面夹角为：45。+（为岩石的内摩擦角）；高围压时，试件出现塑性流动破坏；（2）试件尺寸与加载速度的影响低围压时，试件尺寸与单轴压缩试验基本一致；高围压时，加载速度增加，强度有所增高。（3）加载途径对岩石三向压缩强度影响A、B、C三条虚线是三个不同的加载途径，加载途径对岩石的最终三向压缩强度影响不大。（4）孔隙水压力对岩石三向压缩强度

22、的影响孔隙水压力使有效应力（围压）减小，强度降低。第三节 岩石的变形特性岩石的变形特性是岩石的重要力学特性。掌握岩石的变形特性对于评价岩石的稳定具有重要意义。一、岩石在单轴压缩应力作用下的变形特性（一）普通试验机下的变形特性应力、应变曲线形状与岩性有关 1、典型的岩石应力、应变曲线（-） a.分三个阶段（1）原生微裂隙压密阶段（OA级）特点：-曲线上凹，应变率随应力增加而减小； 塑性变形（变形不可恢复）原因：微裂隙闭合（压密）（2）弹性变形阶段（AB段）特点：-曲线是直线； 弹性模量，E为常数（变形可恢复）原因：岩石固体部分变形，B点开始屈服，B点对应的应力B为屈服极限。 （3）塑性变形阶段（

23、BC）特点：-曲线下凹，软化现象；塑性变形，变形不可恢复；应变速率不断增大。原因：新裂纹产生，原生裂隙扩展。岩石越硬，BC段越短，脆性性质越显著。脆性：应力超出屈服应力后，并不表现出明显的塑性变形的特性，而破坏，即为脆性破坏。b.弹性常数与强度的确定弹性模量国际岩石力学学会（ISRH）建议三种方法 初始模量： 割线模量： 切线模量： 极限强度：2、反复循环加载曲线特点：卸载应力越大，塑性滞后越大（原因：由裂隙的扩大，能量的消耗）； 卸载线，相互平行； 反复加、卸载，曲线总趋势保持不变（有“记忆功 能”）。 3、岩石应力-应变曲线形态的类型（1）直线型：弹性、脆性石英英、玄武岩、坚硬砂岩。（2）

24、下凹型：弹塑性石灰岩、粉砂岩；软化效应。（3）上凹型：塑弹性硬化效应，原生裂隙压密，实体部分坚硬的岩石。例如：片麻岩。（4）S型：塑弹塑型多孔隙，实体部分较软的岩石：沉积岩（页岩） （二）刚性试验机下的单向压缩的变形特性普通试验机得到峰值应力前的变形特性，多数岩石在峰值后工作。注：C点不是破坏的开始（开始点B），也不是破坏的终。说明：崩溃原因：（加压柄积聚谈性能等）Salamon1970年提出了刚性试验机下的曲线-全应力应变曲线。1）刚性伺服试验机工作简介压力机加压（贮存弹性应能）岩石试件达峰点强度（释放应变能）导致试件崩溃。普通机释放的能（贮存的能）导致峰值点后曲线无法得到。刚性伺服试验机，

25、由于加压柄刚度大，积存能量少，加之电脑控制加载，最终获得全应力-应变曲线。（2）应力、应变全过程曲线形态在刚性机下，峰值前后的全部应力、应变曲线分四个阶段：1-3阶段同普通试验机得到的曲线同，4阶段应变软化阶段。OA段压密阶段；AB弹性阶段；BC塑性阶段；CD应变软化阶段；D点以后摩擦阶段。特点： 岩石的原生和新生裂隙贯穿，到达D点，靠碎块间的摩擦力承载，故 称为残余应力。 承载力随着应变增加而减少，有明显的软化现象。（3）全应力应变曲线的补充性质 近似对称性 B点后卸载有残余应变，重复加载沿另一曲线上升形成滞环(hysteresis) ，加载曲线不过原卸载点，但邻近和原曲线光滑衔接。 C点后

26、有残余应变，重复加载滞环变大，反复加卸载随着变形的增加，塑性滞环的斜率降低，总的趋势不变。 C点后，可能会出现压应力下的体积增大现象，称此为扩容(dilatancy)现象。一般岩石的=0.15-0.35， 当 0.5时，就是扩容.体积应变：(3)克服岩石试件单向压缩时生产爆裂的途径 提高试验机的刚度； 改变峰值后的加载方式； 伺服控制试件的位移；二、岩石在三向压应力下的变形特性（一）、当2=3时，即假三轴试验条件下，其变形规律见图： 规律：1）、随着围压的增加，岩石的屈服应力将随之增高；2）、岩石的弹性模量变化不大，有随围压增大而增大的趋势；3）、随围压增加，峰值应力所对应的应变值有所增大，岩

27、石的变形特性明显的表现出低围压下的脆性特性向高围压下的塑性特性转变的规律；（二）、当23条件下（真三轴条件下）的变形特性1）、当3为常数时，岩石的变形特性： ； E基本上不受2变化影响； 脆性增强；2）、当2为常数时，岩石的变形特性： 不变； E不变； 永保塑性变形的特性， 塑性变形增大。（四）岩石的体积应变特性 扩容现象：岩石在压力下，发生非线性体积膨胀。扩容定义：所谓扩容，是指岩石受外力作用后，发生非线性的体积膨胀，且这一体积膨胀是不可逆的。围压影响岩石的扩容性，围压的增大，扩容量减小。三、岩石的流变特性岩石的变形：1）、与时间无关的变形：弹性变形卸荷后变形可恢复；塑性变形卸荷后变形不可恢

28、复；2）、与时间有关的变形流变岩石的时间效应；蠕变：应力恒定，岩石应变随时间增大，所产生的变形称为蠕变（又称为流变）。松驰：应变恒定，岩石中的应力随时间减少，这种现象称“松驰”。（一）典型的蠕变曲线（分三阶段） 1、初始蠕变阶段（瞬变蠕变阶段）AB。特点： 有瞬时应变 （OA）； ，应变率随时间增长而减小；卸载后，有瞬时恢复变形，后弹性后效，弹性后效：变形经过一段时间后，逐渐恢复的现象。2、稳定蠕变阶段（BC）（较长）特点：应变率为常量，直线；卸载：有瞬弹性恢复，弹后，粘流。粘性流动，不可恢复的永变形。3、非稳定蠕变阶段（蠕变破坏阶段）特点：应变速率剧烈增加； 曲线；一般此阶段比较短暂。 （二

29、）岩石蠕变的影响因素 （1）岩石的力学性质 （强度，矿物组成）应力水平 ，第二阶段越长； 小到一定程度，第三蠕变不会出现； 很高，第二阶段短，立即进入三阶段；（2）温度对蠕变的影响 ，总的应变量越小。 第二阶段的斜率，温度高，斜率越小。（3）湿度 饱和试件第二阶段应变率和总应变量都将大于干燥状态下的试件结果。（三）蠕变特性和瞬时变形特性的联系 四、长期强度的的确方法 由蠕变试验曲线确定岩石的长时强度由长时恒载破坏试验确定岩石的长时强度五、岩石介质的力学模型 岩石性质变化范围大，用多种模型来表述。主要性质：弹性、塑性、粘性（流变）。（一）、基本介质模型1、弹性介质模型实物构件：一定刚度的弹簧；公

30、式：=E2、塑性介质模型1）、理想塑性介质模型实物构件：摩擦器公式：2）、具有硬化特性的塑性变形公式：k塑性硬化系数，表式只有在外力不断做功的条件下，塑性变形才会继续发生。3、粘性模型实物构件：带孔活塞；公式：粘性系数（poise；poise=0.1N.S/m2） （二）常用的岩石介质模型（弹、塑、粘三种基本模型的组合）1、弹塑性介质模型（1）无塑性硬化作用（理想塑性） （2）有塑性硬化作用 2、粘弹性介质模型最简单的粘弹模型：（1）Maxwell；（2）Kelvin（1） Maxwell模型：实物模型：弹簧与有孔活塞串联；本构关系：所以Maxwell的本构关系为：蠕变方程：松驰方程是：性质：

31、有弹性变形、粘性流动，有松驰（2） kelvin模型 基本模型，两元件并联本构关系：所以本构关系 为一阶常系数微分方程。初始条件：蠕变方程：蠕变曲线的渐近线。（三）多元件模型简介广义kelvin模型蠕变曲线 广义kelvin模型 Poynting-Thomson第四节 岩石的强度理论l 岩石的宏观破坏类型：脆性破坏和塑性破坏；l 岩石的破坏机理：拉伸破坏和剪切破坏；l 塑性破坏实质上是沿结构面的剪切滑移破坏；l 岩石的破坏形式、强度特性影响因素很多：岩性、应力状态、试验条件等；l 描述岩石的破坏原因或破坏条件、破坏类型，提出各种强度理论。根据不同的破坏机理，提出多种强度判据。一、 一点的应力状

32、态1.正负号规定：1）压应力为正，拉应力为负；2）剪应力：使物体产生逆时针转动为正，反之为负；3）角度：以x轴正向沿逆时针方向转动所形成的夹角为正，反之为负；2.一点应力的表示取一单元体，应力分量见图。4. 基本应力公式：平面应力：见图：任意角度应力状态时，用最大最小主应力求解：在-坐标下，作用在岩石上的应力状态用应力圆表示。摩尔应力圆方程：圆心坐标（，0），半径R=5. 经典强度理论1） 最大正应力理论：当作用在岩石上的应力大于某一值时，岩石将发生破坏。该理论建立在简单应力状态上，仅适应说明单向受力条件下的岩石介质。2） 最大正应变理论：与最大正应力理论相同，只是以屈服应变为判据。3） 最大

33、剪应力理论：当作用在某一截面上的最大剪应力满足极限应力状态的下述条件，岩石将发生破坏，即：该理论适用于复杂应力状态下的强度理论。4） 最大应变能理论：材料在静水压力作用下，式不会产生破坏的，只有当材料的形状改变能（偏应力所产生的能量）达到以下条件时，岩石将发生破坏。 二、岩石的强度理论1.摩尔强度理论（Mohr 1900年提出，莫尔强度准则）1）、基本思想 以（脆性材料、铸铁）试验数据统计分析为基础； 不考虑中间主应力对岩石强度的影响； 由正应力和剪应力组合作用使岩石产生破坏（受拉破坏、拉剪破坏，压剪破坏）；2）强度曲线莫尔图包络线表达式：由于岩石的力学性质所致，莫尔包线向应力增大的方向开放，单向抗拉强度小于单向抗压强度；单向抗拉区小于单向抗压区。利用强度曲线和摩尔应力圆判定岩石是否破坏，举例说明！3）库伦莫尔强度理论（准则）CACoulomb1773年提出的，是莫尔准则的一特例简洁、应用简便。（1）实验基础：岩土材料压剪或三轴试验和纯剪。（2）破坏机理：（基本思想）材料属压剪破坏，剪切破坏力的一部分用来克服与正应力无关的粘聚力，使材料颗粒间脱离联系；另一部分剪切破坏力用来克服与正应力成正比的摩摩力，使面内错动而最终破坏。（3）数学表达式： 内摩擦系数（4）强度表达式（主应力表示）：由上式可以推出：其中： 为塑性指数；为单轴抗压强度；专心-专注-专业