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1、岩体力学岩石强度理论1第1页，共24页，编辑于2022年，星期六2.5 强度理论主要内容1 强度理论概述强度理论概述2 Coulomb强度准则强度准则3 Mohr强度理论强度理论4 Griffith强度理论强度理论2第2页，共24页，编辑于2022年，星期六2.5.1 概述概述强度理论：强度理论：关于材料破坏原因和条件的假说。基本思想基本思想：确认材料失效的力学原因，提出破坏条件假说用简单受力情况下的破坏实验指标，建立复杂应力状态下的弹性失效准则。岩石破坏类型：岩石破坏类型：断裂破坏：单轴拉断、劈裂由拉应力引起剪切破坏：塑性流动、剪断由剪应力引起3第3页，共24页，编辑于2022年，星期六古典
2、强度理论古典强度理论：最大正应力理论最大正应变理论4第4页，共24页，编辑于2022年，星期六最大剪应力理论 13a.最大剪应力理论破坏面与1 的夹角为45 而岩石破坏面与1 的夹角为45/2b.最大剪应力理论破坏面上剪应力最大 而岩石破坏面上剪应力不是最大不是最大5第5页，共24页，编辑于2022年，星期六 最大最大应变能理论 只与1、2 和3三者之间的差的绝对值有关,而与应力大小无关，这与岩石破坏现象不符6第6页，共24页，编辑于2022年，星期六2.5.2 库仑准则库仑准则：（1773年）观点：观点：岩石破坏为剪切破坏；岩石抗能力由两部分组成 （内聚力、内摩擦力）。强度准则形式直线型：7
3、第7页，共24页，编辑于2022年，星期六(1).莫尔圆 岩体内一点处岩体内一点处不同方位不同方位的截面上应力的集合的截面上应力的集合 3 3 1 1 3 1 dldlcos dlsin 楔体静楔体静力平衡力平衡 8第8页，共24页，编辑于2022年，星期六 3 1 dldlcos dlsin 斜面上的应力斜面上的应力(土中任意一点的土中任意一点的应力状态应力状态)可表示为可表示为9第9页，共24页，编辑于2022年，星期六莫尔应力圆方程莫尔应力圆方程 O 1 31/2(1+3)2 A(,)圆心坐标圆心坐标1/2(1+3)，0 应力圆半径应力圆半径r1/2(13)某点的某点的应力状态应力状态可
4、可用莫尔应力圆描述用莫尔应力圆描述 10第10页，共24页，编辑于2022年，星期六(2).极限平衡条件 应力圆与强度线应力圆与强度线相离：相离：应力圆与强度线应力圆与强度线相切：相切：应力圆与强度线应力圆与强度线相割：相割：强度线强度线极限应极限应力圆力圆f 破坏状态破坏状态 弹性平衡状态弹性平衡状态 极限平衡状态极限平衡状态 11第11页，共24页，编辑于2022年，星期六(3).莫尔库仑破坏准则 莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为岩莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为岩石的破坏准则石的破坏准则(目前判别岩体所处状态的最常用准则目前判别岩体所处状态的最常用准则)强度线强度线 12
5、第12页，共24页，编辑于2022年，星期六 1f 3 O c上式即为岩体的上式即为岩体的极限平衡条件极限平衡条件极限平衡条件极限平衡条件。当岩体的强度指标当岩体的强度指标c c，为已知，为已知，若岩体中某点的大小主应力若岩体中某点的大小主应力 11和和 33满足上列关系式时，满足上列关系式时，则该岩体正好处于极限平衡或破坏状态则该岩体正好处于极限平衡或破坏状态。13第13页，共24页，编辑于2022年，星期六莫尔强度曲线绘制：莫尔强度曲线绘制：（由单拉、单压、三压强度实验得到）特点：特点：曲线左侧闭合，向由侧开放（耐压、不耐拉）；曲线的斜率各处不同（内摩擦角、似内聚力变化，与所受应力有关）；
6、曲线对称于正应力轴（破坏面成对出现，形成 X 型节理）；不同岩石其强度曲线不同（不同岩石具有不同的强度性）。14第14页，共24页，编辑于2022年，星期六对莫尔强度理论的评价：对莫尔强度理论的评价：优点：优点：适用于塑性岩石，也适用于脆性岩石的剪切破坏较好解释了岩石抗拉强度远远低于抗压强度特征解释了三向等拉时破坏，三向等压时不破坏现象简单方便:同时考虑拉、压、剪,可判断破坏方向不足：不足：忽视了2 的作用，误差：10；没有考虑结构面结构面的影响；不适用于膨胀、蠕变膨胀、蠕变破坏。15第15页，共24页，编辑于2022年，星期六2.5.2格里菲斯强度理论格里菲斯强度理论 （1920、1921）
7、1）基本假设（观点）：）基本假设（观点）：物体内随机分布许多裂隙；所有裂隙都张开、贯通、独立；裂隙断面呈扁平椭圆状态；在任何应力状态下，裂隙尖端产生拉应力集中，导致裂隙沿某个有利方向进一步扩展 最终在本质上都是拉应力引起岩石破坏。16第16页，共24页，编辑于2022年，星期六2 2）两个关键点：）两个关键点：最容易破坏的裂隙方最容易破坏的裂隙方向；向；最大应力集中点（危最大应力集中点（危险点）。险点）。在压应力条在压应力条件下裂隙开件下裂隙开列及扩展方列及扩展方向向带椭圆孔薄板的孔边应力集中问题17第17页，共24页，编辑于2022年，星期六数学式数学式 GriffithGriffith准则
8、几何表示准则几何表示 Griffith准则图解 最有利破裂的方向角最有利破裂的方向角3 3）GriffthGriffth（张拉）准则（张拉）准则（a）在 坐标下 由此区可见，当 时，即压拉强度比为8。18第18页，共24页，编辑于2022年，星期六（b b）在在 坐标下 设 应力圆圆心；应力圆半径 又设 ，则Griffith强度准则第二式写成 应力圆方程：（1）代入（2）得：19第19页，共24页，编辑于2022年，星期六 （3）式是满足强度判据的极限莫尔应力圆的表达式 （3）式对 求导得 把（4）式带入（3）得在 坐标下的准则 与库仑准则相似抛物线型。20第20页，共24页，编辑于2022年
9、，星期六Griffith强度曲线 在 坐标下:21第21页，共24页，编辑于2022年，星期六Griffith强度曲线 在 坐标下Griffth准则图解22第22页，共24页，编辑于2022年，星期六Grriffith强度准则强度准则评价：评价：优点：优点：岩石抗压强度为抗拉强度的8倍，反映了岩石的真实情况；证明了岩石在任何应力状态下都是由于拉伸引起破坏；指出微裂隙延展方向最终与最大主应力方向一致。不足：不足：仅适用于脆性岩石，对一般岩石莫尔强度准则适用性远大于Griffith准则。对裂隙被压闭合，抗剪强度增高解释不够。Griffith准则是岩石微裂隙扩展的条件，并非宏观破坏。23第23页，共24页，编辑于2022年，星期六结束语结束语24第24页，共24页，编辑于2022年，星期六