巖石強(qiáng)度性質(zhì)

1、巖巖 石石 力力 學(xué)學(xué)Rock Mechanics 主講教師：蔚寶華主講教師：蔚寶華聯(lián)系電話：聯(lián)系電話11010-89733911-11電子郵箱：電子郵箱：巖塊的強(qiáng)度特征巖塊的強(qiáng)度特征o 概述概述o 巖石的抗壓強(qiáng)度巖石的抗壓強(qiáng)度o 巖石的抗拉強(qiáng)度巖石的抗拉強(qiáng)度o 巖石的抗剪強(qiáng)度巖石的抗剪強(qiáng)度o 強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 在外載作用下，當(dāng)巖石內(nèi)部的應(yīng)力在外載作用下，當(dāng)巖石內(nèi)部的應(yīng)力達(dá)到或超過某一極限時(shí)，巖石就發(fā)達(dá)到或超過某一極限時(shí)，巖石就發(fā)生破壞生破壞巖石破壞的形式主要有：巖石破壞的形式主要有： * * 拉伸破壞拉伸破壞 # # 脆性破壞脆性破壞 * *

2、 剪切破壞剪切破壞 # # 延性破壞延性破壞第一節(jié)第一節(jié) 概述概述脆性破壞：巖石在荷載作用下沒脆性破壞：巖石在荷載作用下沒有顯著覺察的變形就突然破壞。有顯著覺察的變形就突然破壞。* * 大多數(shù)堅(jiān)硬巖石在一定條件下大多數(shù)堅(jiān)硬巖石在一定條件下都表現(xiàn)出脆性破壞的性質(zhì)。都表現(xiàn)出脆性破壞的性質(zhì)。* * 產(chǎn)生這種破壞的原因可能是巖產(chǎn)生這種破壞的原因可能是巖石中裂隙發(fā)生和發(fā)展的結(jié)果。石中裂隙發(fā)生和發(fā)展的結(jié)果。例如，地下洞室開挖后，由于洞室周圍的應(yīng)力顯著增大，洞例如，地下洞室開挖后，由于洞室周圍的應(yīng)力顯著增大，洞室?guī)r可能產(chǎn)生許多裂隙，尤其是洞頂?shù)膹埩严叮@些都是脆室?guī)r可能產(chǎn)生許多裂隙，尤其是洞頂?shù)膹埩严?，這些

3、都是脆性破壞的結(jié)果。性破壞的結(jié)果。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述延性破壞：巖石在破壞之前變形延性破壞：巖石在破壞之前變形很大，且沒有明顯的破壞荷載，很大，且沒有明顯的破壞荷載，表現(xiàn)出顯著的塑性變形，流動(dòng)或表現(xiàn)出顯著的塑性變形，流動(dòng)或擠出，這種破壞稱為延性或韌性擠出，這種破壞稱為延性或韌性破壞。破壞。塑性變形是巖石內(nèi)結(jié)晶晶塑性變形是巖石內(nèi)結(jié)晶晶格結(jié)位的結(jié)果。格結(jié)位的結(jié)果。在一些軟弱巖石在一些軟弱巖石中這種破壞較為明顯。中這種破壞較為明顯。有些洞室的底部巖石隆起，兩側(cè)圍巖向洞內(nèi)膨脹都屬延性破有些洞室的底部巖石隆起，兩側(cè)圍巖向洞內(nèi)膨脹都屬延性破壞的例子。壞的例子。堅(jiān)硬巖石一般屬于脆性破壞，但在兩向或三向受堅(jiān)

4、硬巖石一般屬于脆性破壞，但在兩向或三向受力較大的情況下，或者在高溫的影響下，也可能延性破壞。力較大的情況下，或者在高溫的影響下，也可能延性破壞。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述巖體破壞的主要形式是弱面剪切破壞巖體破壞的主要形式是弱面剪切破壞弱面剪切破壞：巖體中存在著許多軟弱面剪切破壞：巖體中存在著許多軟弱結(jié)構(gòu)面，細(xì)微裂隙等弱面，弱結(jié)構(gòu)面，細(xì)微裂隙等弱面，在荷載在荷載作用下，弱面上的剪應(yīng)力一旦超過弱作用下，弱面上的剪應(yīng)力一旦超過弱面的抗剪強(qiáng)度時(shí)，巖體將弱面剪切破面的抗剪強(qiáng)度時(shí)，巖體將弱面剪切破壞，致使巖體產(chǎn)生滑移。壞，致使巖體產(chǎn)生滑移。如節(jié)理巖體中的地下洞室頂部巖塊崩塌，洞側(cè)巖石的滑動(dòng)，如節(jié)理巖體中的地下

5、洞室頂部巖塊崩塌，洞側(cè)巖石的滑動(dòng)，以及巖坡沿軟弱面的失穩(wěn)等，都屬于弱面剪切破壞。以及巖坡沿軟弱面的失穩(wěn)等，都屬于弱面剪切破壞。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述巖石在破壞前后的應(yīng)力巖石在破壞前后的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系比金屬材料復(fù)雜得多，巖應(yīng)變關(guān)系比金屬材料復(fù)雜得多，巖石究竟屬于脆性材料還是屬于塑性材料，這石究竟屬于脆性材料還是屬于塑性材料，這不僅取決于巖石不僅取決于巖石性質(zhì)性質(zhì)，且受，且受應(yīng)力狀態(tài)，地溫，受荷時(shí)間應(yīng)力狀態(tài)，地溫，受荷時(shí)間等多種因素的影響。等多種因素的影響。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述巖石強(qiáng)度：巖石的強(qiáng)度是指荷載作用下巖石的抵抗破壞的巖石強(qiáng)度：巖石的強(qiáng)度是指荷載作用下巖石的抵抗破壞的能力。能力。為了研究

6、巖石的強(qiáng)度特征，經(jīng)常將巖石制備成試件在實(shí)驗(yàn)為了研究巖石的強(qiáng)度特征，經(jīng)常將巖石制備成試件在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，依據(jù)試樣應(yīng)力狀態(tài)的不同分為：室進(jìn)行試驗(yàn)，依據(jù)試樣應(yīng)力狀態(tài)的不同分為：巖石單軸抗巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)等。壓強(qiáng)度試驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)等。試驗(yàn)時(shí)將試驗(yàn)時(shí)將巖樣制備成規(guī)定的試件然后按相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)。巖樣制備成規(guī)定的試件然后按相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)測(cè)定的強(qiáng)度指標(biāo)分又可為：試驗(yàn)測(cè)定的強(qiáng)度指標(biāo)分又可為：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度，單軸抗拉單軸抗壓強(qiáng)度，單軸抗拉強(qiáng)度，抗剪切強(qiáng)度等強(qiáng)度，抗剪切強(qiáng)度等。第二節(jié)第二節(jié) 巖石的抗壓強(qiáng)度巖石的抗壓強(qiáng)度一、巖石抗壓強(qiáng)度的定義及研究

7、意義一、巖石抗壓強(qiáng)度的定義及研究意義1.1.巖石抗壓強(qiáng)度的定義巖石抗壓強(qiáng)度的定義 巖石的抗壓強(qiáng)度是巖石試件在單軸壓力下抵抗破壞的極限巖石的抗壓強(qiáng)度是巖石試件在單軸壓力下抵抗破壞的極限能力，極限強(qiáng)度在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大壓應(yīng)力。能力，極限強(qiáng)度在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大壓應(yīng)力。2.2.測(cè)定巖石抗壓強(qiáng)度的意義測(cè)定巖石抗壓強(qiáng)度的意義A A 衡量巖塊基本力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)衡量巖塊基本力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)B B 建立巖石破壞判據(jù)的重要指標(biāo)建立巖石破壞判據(jù)的重要指標(biāo)C C 用來大致估算其他強(qiáng)度參數(shù)用來大致估算其他強(qiáng)度參數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 巖石的抗壓強(qiáng)度巖石的抗壓強(qiáng)度二、巖石抗壓強(qiáng)度測(cè)定二、巖石抗壓強(qiáng)度測(cè)定 圓柱形

8、試件：圓柱形試件：4.84.85.2cm 5.2cm ，高，高H=H=（2 22.5)2.5) 長(zhǎng)方體試件：邊長(zhǎng)長(zhǎng)方體試件：邊長(zhǎng)L= 4.8L= 4.85.2cm , 5.2cm , 高高H=H=（2 22.5)L2.5)L 試件兩端不平度試件兩端不平度0.5mm0.5mm；尺寸誤差；尺寸誤差0.3mm;0.3mm; 兩端面垂直于軸線兩端面垂直于軸線0.250.25o o2.2.巖樣標(biāo)準(zhǔn)巖樣標(biāo)準(zhǔn)1.1.計(jì)算方法計(jì)算方法APRc/P P軸向破壞荷載軸向破壞荷載A A試件界面積試件界面積式中：式中：第二節(jié)第二節(jié) 巖石的抗壓強(qiáng)度巖石的抗壓強(qiáng)度三、巖石試樣的破壞形式三、巖石試樣的破壞形式 劈裂破壞劈裂

9、破壞 剪切破壞剪切破壞 延性破壞延性破壞第二節(jié)第二節(jié) 巖石的抗壓強(qiáng)度巖石的抗壓強(qiáng)度2.2.試驗(yàn)條件方面的因素試驗(yàn)條件方面的因素 試樣的的幾何形狀及加工精度；試樣的的幾何形狀及加工精度； 加載速率；加載速率； 端端面條件面條件- -端面效應(yīng)；端面效應(yīng)； 層理結(jié)構(gòu)層理結(jié)構(gòu)- -取心方式取心方式3.3.環(huán)境的影響環(huán)境的影響溫度和濕度的影響溫度和濕度的影響1.1.巖石自身性質(zhì)的因素巖石自身性質(zhì)的因素 巖石自身的性質(zhì)（礦物組成、顆粒大小及形狀、粒間連接、巖石自身的性質(zhì)（礦物組成、顆粒大小及形狀、粒間連接、結(jié)構(gòu)特征、微結(jié)構(gòu)面、風(fēng)化程度）對(duì)其抗壓強(qiáng)度起決定作用結(jié)構(gòu)特征、微結(jié)構(gòu)面、風(fēng)化程度）對(duì)其抗壓強(qiáng)度起決定

10、作用四、巖石抗壓強(qiáng)度的影響因素四、巖石抗壓強(qiáng)度的影響因素第二節(jié)第二節(jié) 巖石的抗壓強(qiáng)度巖石的抗壓強(qiáng)度巖巖 石石 種種 類類抗抗 壓壓 強(qiáng)強(qiáng) 度度(MPa)巖巖 石石 種種 類類抗抗 壓壓 強(qiáng)強(qiáng) 度度(MPa)粗玄巖粗玄巖196343石英片巖石英片巖69178輝長(zhǎng)巖輝長(zhǎng)巖177294云母片巖云母片巖59127閃長(zhǎng)巖閃長(zhǎng)巖177294凝灰?guī)r凝灰?guī)r59167玄武巖玄武巖147294千枚巖千枚巖49196石英巖石英巖147294片麻巖片麻巖49196花崗巖花崗巖98245石灰?guī)r石灰?guī)r29245流紋斑巖流紋斑巖98245砂砂 巖巖19.6196大理巖大理巖98245泥灰?guī)r泥灰?guī)r1298板板 巖巖98196

11、頁頁 巖巖9.898白云巖白云巖78245煤煤4.949四、巖石抗壓強(qiáng)度的影響因素四、巖石抗壓強(qiáng)度的影響因素巖石自身性質(zhì)的因素巖石自身性質(zhì)的因素 2 試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響 試樣幾何形狀及加工精度的影響試樣幾何形狀及加工精度的影響 多邊形試樣易引起應(yīng)力集中，故易破壞；橫截面形狀對(duì)多邊形試樣易引起應(yīng)力集中，故易破壞；橫截面形狀對(duì)強(qiáng)度的影響：圓形強(qiáng)度的影響：圓形 六多邊形六多邊形 四邊形四邊形 三邊形試件；加工精三邊形試件；加工精度影響應(yīng)力分布形式，如彎矩。度影響應(yīng)力分布形式，如彎矩。 巖石具有尺寸效應(yīng)：試樣尺寸越大，巖石強(qiáng)度越低巖石具有尺寸效應(yīng)：試樣尺寸越大，巖

12、石強(qiáng)度越低 圓形試件的優(yōu)點(diǎn)：不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，好加工；對(duì)圓柱圓形試件的優(yōu)點(diǎn)：不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，好加工；對(duì)圓柱試件的尺寸要求：大于礦物顆粒的試件的尺寸要求：大于礦物顆粒的1010倍；高徑比：倍；高徑比：h/d(2h/d(23)3)較合理，尺寸效應(yīng)其抗壓強(qiáng)度影響的經(jīng)驗(yàn)公式：較合理，尺寸效應(yīng)其抗壓強(qiáng)度影響的經(jīng)驗(yàn)公式：)/(222. 0778. 01Dhcc2 試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響 加載速率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響：加載速率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響：加載速度越大，表現(xiàn)強(qiáng)度加載速度越大，表現(xiàn)強(qiáng)度越高，我國(guó)規(guī)定加載速度為越高，我國(guó)規(guī)定加載速度為0.5-1.0MPa/s0.5-1.0MP

13、a/s2 試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響 端面條件：主要是端面摩擦力端面條件：主要是端面摩擦力限制試樣的橫向膨脹限制試樣的橫向膨脹, ,改變端部應(yīng)改變端部應(yīng)力狀態(tài)力狀態(tài)層理結(jié)構(gòu)層理結(jié)構(gòu)強(qiáng)度各向異性強(qiáng)度各向異性2 試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響試驗(yàn)條件對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度的影響3 3 環(huán)境對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響環(huán)境對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響 含水量：含水量越大強(qiáng)度越低；巖石越軟越明顯，對(duì)含水量：含水量越大強(qiáng)度越低；巖石越軟越明顯，對(duì)泥巖、粘土等軟弱巖體，干燥強(qiáng)度是飽和強(qiáng)度的泥巖、粘土等軟弱巖體，干燥強(qiáng)度是飽和強(qiáng)度的2 23 3倍。倍。見下表（見下表（Next pageNext page） 溫度

14、度：溫度度：180180以下不明顯：大于以下不明顯：大于180180，濕度越高強(qiáng)，濕度越高強(qiáng)度越小。度越小。注意：巖芯的保存注意：巖芯的保存盡可能的維持井下狀況盡可能的維持井下狀況第二節(jié)第二節(jié) 巖石的抗壓強(qiáng)度巖石的抗壓強(qiáng)度第三節(jié)第三節(jié) 單軸抗拉強(qiáng)度單軸抗拉強(qiáng)度1.1.定義：定義： 巖石的抗拉強(qiáng)度就是巖石試件在單軸拉力作用下抵抗破巖石的抗拉強(qiáng)度就是巖石試件在單軸拉力作用下抵抗破壞的極限能力或極限強(qiáng)度在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大拉應(yīng)壞的極限能力或極限強(qiáng)度在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大拉應(yīng)力，巖石的抗拉強(qiáng)度比其抗壓強(qiáng)度低得多。力，巖石的抗拉強(qiáng)度比其抗壓強(qiáng)度低得多。2.2.意義：意義： a a）衡量巖體力學(xué)性質(zhì)

15、的重要指標(biāo)）衡量巖體力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo) b b）用來建立巖石強(qiáng)度判據(jù)，確定強(qiáng)度包絡(luò)線）用來建立巖石強(qiáng)度判據(jù)，確定強(qiáng)度包絡(luò)線 c c）選擇建筑石材不可缺少的參數(shù)）選擇建筑石材不可缺少的參數(shù)3.3.測(cè)定方法：測(cè)定方法： a a）直接拉伸）直接拉伸 b b）間接法（劈裂法、點(diǎn)荷載法、三點(diǎn)彎曲法）間接法（劈裂法、點(diǎn)荷載法、三點(diǎn)彎曲法） a）直接法）直接法試驗(yàn)時(shí)將這種試件兩端固定在拉力機(jī)上，然后對(duì)試樣施加試驗(yàn)時(shí)將這種試件兩端固定在拉力機(jī)上，然后對(duì)試樣施加軸向拉力，直至試件破壞，試件的抗拉強(qiáng)度為：軸向拉力，直至試件破壞，試件的抗拉強(qiáng)度為：APt缺點(diǎn)：試樣制備困難，它不易與拉力機(jī)固定，且在試樣斷裂缺點(diǎn)：試樣

16、制備困難，它不易與拉力機(jī)固定，且在試樣斷裂處附近往往有應(yīng)力集中，同時(shí)難免在試件兩端面有彎矩處附近往往有應(yīng)力集中，同時(shí)難免在試件兩端面有彎矩關(guān)鍵技術(shù)：關(guān)鍵技術(shù)：試件和夾具之間的連接；試件和夾具之間的連接；加力加力P P與試件同心與試件同心B B）劈裂法（巴西法），對(duì)稱徑向壓裂法劈裂法（巴西法），對(duì)稱徑向壓裂法由巴西人由巴西人HondrosHondros提出提出試件：實(shí)心圓柱試件：實(shí)心圓柱50mm50mm；厚度；厚度l=(0.5-1)Dl=(0.5-1)D試驗(yàn)：徑向壓縮破壞（張開）試驗(yàn)：徑向壓縮破壞（張開）要求：要求： 荷載沿軸向均勻分布荷載沿軸向均勻分布 破壞面必須通過試件的直徑破壞面必須通過試

17、件的直徑B B）劈裂法（巴西法），對(duì)稱徑向壓裂法劈裂法（巴西法），對(duì)稱徑向壓裂法注：注： 端部效應(yīng)端部效應(yīng) 并非完全單向應(yīng)力并非完全單向應(yīng)力計(jì)算公式：由彈性力學(xué)公式計(jì)算公式：由彈性力學(xué)公式Dtpt/2式中：式中： t t試驗(yàn)中心的最大拉應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)中心的最大拉應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度p p 試驗(yàn)中破壞時(shí)的壓力試驗(yàn)中破壞時(shí)的壓力D D 試件的直徑試件的直徑t t 試件的厚度試件的厚度B B）劈裂法（巴西法），對(duì)稱徑向壓裂法劈裂法（巴西法），對(duì)稱徑向壓裂法C C）點(diǎn)荷載試驗(yàn)法）點(diǎn)荷載試驗(yàn)法是上世紀(jì)發(fā)展起來的一種簡(jiǎn)便的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法試件：試件：任何形狀，尺寸大致5cm，不做任何加工試驗(yàn)：試驗(yàn)：在直接帶到現(xiàn)

18、場(chǎng)的點(diǎn)荷載儀上，加載劈裂破壞。 2/ DPI IRt96.015196. 0151iitIR計(jì)算：計(jì)算： 式中：式中：P P 試件破壞時(shí)的極限試件破壞時(shí)的極限 D D 加載點(diǎn)試件的厚度加載點(diǎn)試件的厚度統(tǒng)計(jì)公式：統(tǒng)計(jì)公式：要求要求: :（由于離散性大），每組（由于離散性大），每組1515個(gè)，取均值，即個(gè)，取均值，即建議：用建議：用5cm5cm的鉆孔巖芯為試件。的鉆孔巖芯為試件。巖石中包含有大量的微裂隙和孔隙，巖石中包含有大量的微裂隙和孔隙，巖塊抗拉強(qiáng)度受其巖塊抗拉強(qiáng)度受其影響很大影響很大，直接削弱了巖塊的抗拉強(qiáng)度。相對(duì)而言，直接削弱了巖塊的抗拉強(qiáng)度。相對(duì)而言，空空隙對(duì)巖塊抗壓強(qiáng)度的影響就小得多隙

19、對(duì)巖塊抗壓強(qiáng)度的影響就小得多，因此，巖塊的抗拉，因此，巖塊的抗拉強(qiáng)度一般遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度。強(qiáng)度一般遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度。通常把抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值稱為通常把抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值稱為脆性度脆性度，用以表用以表征巖石的脆性程度。征巖石的脆性程度。 4 4 影響因素：影響因素：結(jié)構(gòu)面的影響（裂隙空隙）結(jié)構(gòu)面的影響（裂隙空隙）常見巖石的抗拉強(qiáng)度常見巖石的抗拉強(qiáng)度 巖石名稱抗拉強(qiáng)度（MPa）巖石名稱抗拉強(qiáng)度（MPa）巖石名稱抗拉強(qiáng)度（MPa）輝長(zhǎng)巖1536花崗巖725頁巖210輝綠巖1535流紋巖1530砂巖425玄武巖1030閃長(zhǎng)巖1025礫巖215石英巖1030安山巖1020灰?guī)r520大理巖72

20、0片麻巖520千枚巖、片巖110白云巖1525板巖715三、剪切強(qiáng)度三、剪切強(qiáng)度1 1. .定義：定義：在在剪切荷載剪切荷載作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪作用下，巖塊抵抗剪切破壞的最大剪應(yīng)力，稱為剪切強(qiáng)度應(yīng)力，稱為剪切強(qiáng)度2.2.類型：類型：1 1）抗剪斷強(qiáng)度：抗剪斷強(qiáng)度：指試件在一定的指試件在一定的法向應(yīng)力法向應(yīng)力作用下，沿作用下，沿預(yù)定預(yù)定剪切面剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力剪切面剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力2 2）抗切強(qiáng)度：抗切強(qiáng)度：指試件上的指試件上的法向應(yīng)力為零法向應(yīng)力為零時(shí)，沿預(yù)定剪切面時(shí)，沿預(yù)定剪切面剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力3 3）摩擦強(qiáng)度：摩擦強(qiáng)度：指試件在一定的法向應(yīng)力作用下，沿指試

21、件在一定的法向應(yīng)力作用下，沿已有已有破破裂面（層面、節(jié)理等）再次剪切破壞時(shí)的裂面（層面、節(jié)理等）再次剪切破壞時(shí)的 最大剪應(yīng)力。最大剪應(yīng)力?？辜粼囼?yàn)又稱摩擦試驗(yàn)抗剪試驗(yàn)又稱摩擦試驗(yàn)3 3、意義：、意義： 反映巖塊的力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)反映巖塊的力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo) 用來估算巖石力學(xué)參數(shù)及建立強(qiáng)度判據(jù)用來估算巖石力學(xué)參數(shù)及建立強(qiáng)度判據(jù) 4 4、抗剪斷強(qiáng)度的抗剪斷強(qiáng)度的測(cè)試方法測(cè)試方法： 1 1）直剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn) 2 2）變角板剪切試驗(yàn)）變角板剪切試驗(yàn) 3 3）三軸試驗(yàn)）三軸試驗(yàn) 三、剪切強(qiáng)度三、剪切強(qiáng)度1）直剪試驗(yàn)）直剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn)在直剪儀上進(jìn)行，按庫(kù)侖定律求巖塊的剪切強(qiáng)度在直剪儀上進(jìn)行，按庫(kù)

22、侖定律求巖塊的剪切強(qiáng)度參數(shù)參數(shù)C C、值。值。)cos(sin)sin(cosfAPfAP變角板剪切試驗(yàn)變角板剪切試驗(yàn)P P壓力機(jī)的總壓力壓力機(jī)的總壓力A A破壞面面積破壞面面積 試件傾角試件傾角f f圓柱形滾子與上下壓板的圓柱形滾子與上下壓板的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)楔形剪切儀楔形剪切儀試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備破壞面應(yīng)力計(jì)算：破壞面應(yīng)力計(jì)算：試驗(yàn)結(jié)果處理試驗(yàn)結(jié)果處理講了強(qiáng)度準(zhǔn)則后我們?cè)诨剡^頭來看如何對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析講了強(qiáng)度準(zhǔn)則后我們?cè)诨剡^頭來看如何對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析Apmm1第四節(jié)第四節(jié) 三軸壓縮強(qiáng)度三軸壓縮強(qiáng)度o 定義：定義：n 試件在三向壓應(yīng)力作用下能抵抗的最大軸向應(yīng)力試件在三向壓應(yīng)力作用下能抵抗的最

23、大軸向應(yīng)力o 測(cè)定方法測(cè)定方法: :n 在一定的圍壓在一定的圍壓3 3下，對(duì)試件進(jìn)行三軸試驗(yàn)時(shí)，巖下，對(duì)試件進(jìn)行三軸試驗(yàn)時(shí)，巖塊的三軸壓縮強(qiáng)度塊的三軸壓縮強(qiáng)度1m1m(MPa)(MPa)為：為：圍壓對(duì)變形破壞的影響圍壓對(duì)變形破壞的影響o 巖石破壞前應(yīng)變巖石破壞前應(yīng)變峰值強(qiáng)度峰值強(qiáng)度隨隨 3 3增大而增大增大而增大o 隨隨 3 3增大巖石變形模量增大，軟巖增大明顯，增大巖石變形模量增大，軟巖增大明顯，致密的硬巖增大不明顯致密的硬巖增大不明顯o 隨隨 3 3增大，增大，巖石的塑性不斷增大，隨巖石的塑性不斷增大，隨 3 3增大到增大到一定值時(shí)，巖石由彈脆性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄?。這時(shí)，一定值時(shí)，巖石由彈脆性轉(zhuǎn)變

24、為塑性。這時(shí)， 3 3的大小稱為的大小稱為“轉(zhuǎn)化壓力轉(zhuǎn)化壓力” ” 。o 隨隨 3 3的增大，的增大，巖塊從脆性劈裂破壞逐漸向塑性巖塊從脆性劈裂破壞逐漸向塑性剪切及塑性流動(dòng)破壞方式過渡。剪切及塑性流動(dòng)破壞方式過渡。圍壓對(duì)變形破壞的影響圍壓對(duì)變形破壞的影響圍壓對(duì)變形破壞的影響圍壓對(duì)變形破壞的影響圍壓對(duì)變形破壞的影響圍壓對(duì)變形破壞的影響利用三軸試驗(yàn)確定抗剪強(qiáng)度利用三軸試驗(yàn)確定抗剪強(qiáng)度 根據(jù)一組試件根據(jù)一組試件(4(4個(gè)以上個(gè)以上) )試驗(yàn)得到的三軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)得到的三軸壓縮強(qiáng)度1m1m和相應(yīng)的和相應(yīng)的3 3以及單軸抗拉強(qiáng)度以及單軸抗拉強(qiáng)度t t。在。在- -坐坐標(biāo)系中可繪制出巖塊的強(qiáng)度包絡(luò)線。除頂

25、點(diǎn)外，包標(biāo)系中可繪制出巖塊的強(qiáng)度包絡(luò)線。除頂點(diǎn)外，包絡(luò)線上所有點(diǎn)的切線與絡(luò)線上所有點(diǎn)的切線與軸的夾角及其在軸的夾角及其在軸上的軸上的截距分別代表相應(yīng)破壞面的內(nèi)摩擦角截距分別代表相應(yīng)破壞面的內(nèi)摩擦角( () )和粘聚力和粘聚力(C)(C)。 抗剪試驗(yàn)又稱摩擦試驗(yàn)抗剪試驗(yàn)又稱摩擦試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果處理試驗(yàn)結(jié)果處理講了強(qiáng)度準(zhǔn)則后我們?cè)诨剡^頭來看如何對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析講了強(qiáng)度準(zhǔn)則后我們?cè)诨剡^頭來看如何對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析利用三軸試驗(yàn)確定抗剪強(qiáng)度利用三軸試驗(yàn)確定抗剪強(qiáng)度 根據(jù)一組試件根據(jù)一組試件(4(4個(gè)以上個(gè)以上) )試驗(yàn)得到的三軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)得到的三軸壓縮強(qiáng)度1m1m和相應(yīng)的和相應(yīng)的3 3以及單軸抗拉強(qiáng)度以

26、及單軸抗拉強(qiáng)度t t。在。在- -坐坐標(biāo)系中可繪制出巖塊的強(qiáng)度包絡(luò)線。除頂點(diǎn)外，包標(biāo)系中可繪制出巖塊的強(qiáng)度包絡(luò)線。除頂點(diǎn)外，包絡(luò)線上所有點(diǎn)的切線與絡(luò)線上所有點(diǎn)的切線與軸的夾角及其在軸的夾角及其在軸上的軸上的截距分別代表相應(yīng)破壞面的內(nèi)摩擦角截距分別代表相應(yīng)破壞面的內(nèi)摩擦角( () )和粘聚力和粘聚力(C)(C)。 o 定義：定義：表征巖石破壞條件的應(yīng)力狀態(tài)與巖石表征巖石破壞條件的應(yīng)力狀態(tài)與巖石強(qiáng)度參數(shù)間的強(qiáng)度參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系函數(shù)關(guān)系，稱為破壞判據(jù)稱為破壞判據(jù)（failure criterion)或稱強(qiáng)度準(zhǔn)則、強(qiáng)度或稱強(qiáng)度準(zhǔn)則、強(qiáng)度判據(jù)。判據(jù)。 1 1=F(=F(2,2,3,3,C,C,t,t,C

27、 C, , ) )第五節(jié)第五節(jié) 巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度參數(shù)和強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度參數(shù)和強(qiáng)度準(zhǔn)則n莫爾判據(jù)莫爾判據(jù)n莫爾莫爾- -庫(kù)侖判據(jù)庫(kù)侖判據(jù)n格里菲斯判據(jù)格里菲斯判據(jù)n八面體強(qiáng)度判據(jù)八面體強(qiáng)度判據(jù)第五節(jié)第五節(jié) 巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則巖石的強(qiáng)度準(zhǔn)則莫爾認(rèn)為：材料在極限狀態(tài)下，剪切面上的剪應(yīng)力就達(dá)莫爾認(rèn)為：材料在極限狀態(tài)下，剪切面上的剪應(yīng)力就達(dá)到了隨法向應(yīng)力和材料性質(zhì)而定的極限值時(shí)，發(fā)生破壞。到了隨法向應(yīng)力和材料性質(zhì)而定的極限值時(shí)，發(fā)生破壞。也就是說，當(dāng)材料中一點(diǎn)可能滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力超過該也就是說，當(dāng)材料中一點(diǎn)可能滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力超過該面上的剪切強(qiáng)度時(shí)，該點(diǎn)就產(chǎn)生破壞，而滑動(dòng)面的剪切面上的剪切強(qiáng)度時(shí)

28、，該點(diǎn)就產(chǎn)生破壞，而滑動(dòng)面的剪切強(qiáng)度強(qiáng)度又是作用于該面上法向應(yīng)力又是作用于該面上法向應(yīng)力的函數(shù)。的函數(shù)。一、莫爾判據(jù)一、莫爾判據(jù))(f判斷巖石中一點(diǎn)是否會(huì)發(fā)生剪切破壞時(shí)，可在判斷巖石中一點(diǎn)是否會(huì)發(fā)生剪切破壞時(shí)，可在莫爾莫爾包絡(luò)線包絡(luò)線上，疊加上反映實(shí)際研究點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的莫爾上，疊加上反映實(shí)際研究點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的莫爾應(yīng)力圓，如果應(yīng)力圓與包絡(luò)線相切或相割，則研究應(yīng)力圓，如果應(yīng)力圓與包絡(luò)線相切或相割，則研究點(diǎn)將產(chǎn)生破壞；如果應(yīng)力圓位于包絡(luò)線下方，則不點(diǎn)將產(chǎn)生破壞；如果應(yīng)力圓位于包絡(luò)線下方，則不會(huì)產(chǎn)生破壞。會(huì)產(chǎn)生破壞。一、莫爾判據(jù)一、莫爾判據(jù))(2tn1、拋物線型、拋物線型n是待定系數(shù)是待定系數(shù)如何表達(dá)成主

29、應(yīng)力的表達(dá)形式？如何確定如何表達(dá)成主應(yīng)力的表達(dá)形式？如何確定n？從強(qiáng)度曲線上的一點(diǎn)從強(qiáng)度曲線上的一點(diǎn)M M的應(yīng)力狀態(tài)出發(fā)的應(yīng)力狀態(tài)出發(fā)莫爾園（Mohrs Circle） 1 1 2 22sin212cos2121212121)(2tn1、拋物線型、拋物線型)(412sin1)(22)(2sin2223131tttnnnctgddnctg2312314)(2)(nnnt)(2tn1、拋物線型、拋物線型)2(20)2(2022213tccctccnnn近似解：，單軸壓縮條件下：2312314)(2)(nnnt適用于巖性適用于巖性較堅(jiān)硬至較軟弱較堅(jiān)硬至較軟弱的巖石，如泥灰?guī)r、砂巖、的巖石，如泥灰?guī)r、

30、砂巖、泥頁巖等巖石。泥頁巖等巖石。 )(2tn1、拋物線型、拋物線型2431223122)2( 4)2()2()()()2( 2tccttcctctcc2. 雙曲線型雙曲線型適用于砂巖、灰?guī)r、花崗巖等堅(jiān)硬、較堅(jiān)硬巖石適用于砂巖、灰?guī)r、花崗巖等堅(jiān)硬、較堅(jiān)硬巖石。210222) 3(21)()(tcottttgtg3.直線型直線型ffffC22311)1(2o 莫爾強(qiáng)度理論實(shí)質(zhì)上是一種莫爾強(qiáng)度理論實(shí)質(zhì)上是一種剪應(yīng)力強(qiáng)度理論剪應(yīng)力強(qiáng)度理論。它既。它既適用于適用于塑性巖石塑性巖石也適用于也適用于脆性巖石脆性巖石的的剪切破壞。剪切破壞。o 反映了巖石抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度這一特性，并反映了巖石抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)

31、小于抗壓強(qiáng)度這一特性，并能解釋巖石在三向等拉時(shí)會(huì)破壞，而在三向等壓時(shí)能解釋巖石在三向等拉時(shí)會(huì)破壞，而在三向等壓時(shí)不會(huì)破壞（曲線在受壓區(qū)不閉合）的特點(diǎn)。不會(huì)破壞（曲線在受壓區(qū)不閉合）的特點(diǎn)。o 忽略了中間主應(yīng)力忽略了中間主應(yīng)力2 2的影響的影響o 適用于適用于剪破壞剪破壞，不適用于拉破壞、膨脹或蠕變破壞。不適用于拉破壞、膨脹或蠕變破壞。一、莫爾判據(jù)一、莫爾判據(jù)二、莫爾二、莫爾- -庫(kù)侖判據(jù)庫(kù)侖判據(jù)固體內(nèi)任一點(diǎn)發(fā)生剪切破壞時(shí)，破壞面上的剪應(yīng)力固體內(nèi)任一點(diǎn)發(fā)生剪切破壞時(shí)，破壞面上的剪應(yīng)力()應(yīng)等于或大于材料本身的抗切強(qiáng)度應(yīng)等于或大于材料本身的抗切強(qiáng)度(C)和作用于該面上和作用于該面上由法向應(yīng)力引起的

32、摩擦阻力由法向應(yīng)力引起的摩擦阻力(tg)之和。之和。ffffCtgC22311)1(2按照庫(kù)侖按照庫(kù)侖-納維爾理論，巖石的強(qiáng)度包絡(luò)線是一條斜直納維爾理論，巖石的強(qiáng)度包絡(luò)線是一條斜直線，破壞面與最小主平面的夾角線，破壞面與最小主平面的夾角恒等于恒等于45/2。庫(kù)侖庫(kù)侖-納維爾判據(jù)適用于堅(jiān)硬、較堅(jiān)硬的脆性巖石產(chǎn)生納維爾判據(jù)適用于堅(jiān)硬、較堅(jiān)硬的脆性巖石產(chǎn)生剪切破壞的情況，剪切破壞的情況，而不適用于拉破壞的情況。而不適用于拉破壞的情況。該判據(jù)沒有考慮中間主應(yīng)力該判據(jù)沒有考慮中間主應(yīng)力2的影響。的影響。 三、格里菲三、格里菲 斯判據(jù)斯判據(jù)o 這是格里菲斯在研究“為什么玻璃等脆性材料的實(shí)際抗拉強(qiáng)度比由分子

33、理論推算的強(qiáng)度低得多”這一問題后提出了脆性破壞理論。o 他認(rèn)為：脆性材料中包含有大量的微裂紋和微孔洞。材料的破壞是由于這些微裂紋或孔洞在局部拉應(yīng)力拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生擴(kuò)展擴(kuò)展、聯(lián)合聯(lián)合的結(jié)果， 巖石就是這樣一種包含大量微裂紋和孔洞的脆性材料，因此，格里菲斯理論為巖石破壞判據(jù)提供了一個(gè)重要理論基礎(chǔ)。剪應(yīng)力表達(dá)式:主應(yīng)力表達(dá)式:)(42tt 03 03 8)(3133131231tt判據(jù)的表達(dá)式判據(jù)的表達(dá)式由格里菲斯判據(jù)可得1.按格里菲斯判據(jù)，當(dāng)時(shí)，即 =，基本上與庫(kù)侖-納維爾判據(jù)相接近。2.該判據(jù)非常適用于脆性巖石的拉破壞情況。 tc修正的格里菲斯判據(jù)（修正的格里菲斯判據(jù)（考慮摩擦效應(yīng)考慮摩擦效應(yīng)f

34、,Cf,C）cttfffffffffff223222311114112四、八面體強(qiáng)度判據(jù)四、八面體強(qiáng)度判據(jù)o 八面體八面體:指空間坐標(biāo)中每個(gè)卦限取一等斜面，八個(gè)等斜面構(gòu)成的多面體，稱為八面體。o 八面體強(qiáng)度判據(jù)認(rèn)為巖石破壞的原因是八面體上的剪剪應(yīng)力應(yīng)力（8）達(dá)到了臨界值臨界值所引起的。o 八面體應(yīng)力八面體應(yīng)力2132322218)()()(3122132322218) ( 2)()()(32sss米賽斯強(qiáng)度判據(jù)：米賽斯強(qiáng)度判據(jù)：巖石單向受力至屈服時(shí)，當(dāng)8達(dá)到八面上的極限剪應(yīng)力時(shí)，巖石屈服(或破壞)。CKaJIKJaIff222132322212321121sin3cos3sin39sin)()

35、()(61該判據(jù)適用于以延性破壞為主的巖石。八面體強(qiáng)度判據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是考慮了中間主應(yīng)力的作用。德魯克德魯克- -普拉格（普拉格（rucker-Pragerrucker-Prager）判據(jù)）判據(jù):一、庫(kù)侖-納維爾判據(jù)適用條件：低應(yīng)力或堅(jiān)硬、較堅(jiān)硬的巖石的剪切破壞.ffffCtgC22311)1(2二、莫爾判據(jù)二、莫爾判據(jù)1. 斜直線型：同庫(kù)侖-納維爾判據(jù)2. 二次拋物線型：適用條件：高應(yīng)力或軟弱、較軟弱巖石的剪切破壞2431223122)2( 4)2()2()()()2( 2tccttcctctcc破壞判據(jù)小結(jié)3. 雙曲線型： 適用條件：中等應(yīng)力或較堅(jiān)硬巖的剪切破壞。三、格里菲斯判據(jù)三、格里菲斯判據(jù)

36、 適用條件：非常適用于脆性巖石的拉破壞。)(42tt 03 03 8)(3133131231tt210222) 3(21)()(tcottttgtg修正的修正的格里菲斯判據(jù)格里菲斯判據(jù)cttfffffffffff223222311114112四、八面體強(qiáng)度判據(jù)四、八面體強(qiáng)度判據(jù)2213232221) ( 2)()()(sfKJaI21該判據(jù)適用于以延性破壞為主的巖石。測(cè)井解釋基礎(chǔ)測(cè)井解釋基礎(chǔ)o 電法測(cè)井：以研究巖石及其孔隙流體的某種電法測(cè)井：以研究巖石及其孔隙流體的某種電學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)，利用電法測(cè)井儀器采集數(shù)電學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)，利用電法測(cè)井儀器采集數(shù)據(jù)信息據(jù)信息n 測(cè)量巖石導(dǎo)電性的：微電極、雙側(cè)向、

37、微球形測(cè)量巖石導(dǎo)電性的：微電極、雙側(cè)向、微球形聚焦測(cè)井、微電阻率成像測(cè)井聚焦測(cè)井、微電阻率成像測(cè)井n 測(cè)量巖層介質(zhì)電特性的：電磁波傳播測(cè)井、介測(cè)量巖層介質(zhì)電特性的：電磁波傳播測(cè)井、介電測(cè)井電測(cè)井n 測(cè)量巖層電學(xué)特性的：自然電位測(cè)井測(cè)量巖層電學(xué)特性的：自然電位測(cè)井測(cè)井解釋基礎(chǔ)測(cè)井解釋基礎(chǔ)o 聲波測(cè)井：以研究巖石及其孔隙流體的某種聲聲波測(cè)井：以研究巖石及其孔隙流體的某種聲學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)。根據(jù)所研究巖石的聲學(xué)性質(zhì)，學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)。根據(jù)所研究巖石的聲學(xué)性質(zhì)，可分為三類：可分為三類：n 測(cè)量聲波傳播速度：聲波時(shí)差測(cè)井、偶極橫波測(cè)井測(cè)量聲波傳播速度：聲波時(shí)差測(cè)井、偶極橫波測(cè)井n 測(cè)量聲波能量：井周聲波成像測(cè)井

38、、變密度測(cè)井測(cè)量聲波能量：井周聲波成像測(cè)井、變密度測(cè)井n 測(cè)量井下自然噪聲：噪聲測(cè)井測(cè)量井下自然噪聲：噪聲測(cè)井測(cè)井解釋基礎(chǔ)測(cè)井解釋基礎(chǔ)o 核測(cè)井：以研究巖石及其孔隙流體的某種核核測(cè)井：以研究巖石及其孔隙流體的某種核物理性質(zhì)為基礎(chǔ)。物理性質(zhì)為基礎(chǔ)。n 伽瑪測(cè)井：研究伽瑪輻射為基礎(chǔ)伽瑪測(cè)井：研究伽瑪輻射為基礎(chǔ)自然伽瑪測(cè)自然伽瑪測(cè)井、自然伽瑪能譜測(cè)井、地層密度測(cè)井井、自然伽瑪能譜測(cè)井、地層密度測(cè)井n 中子測(cè)井：研究中子、巖石及其孔隙流體相互中子測(cè)井：研究中子、巖石及其孔隙流體相互作用作用超熱中子測(cè)井、熱中子測(cè)井超熱中子測(cè)井、熱中子測(cè)井n 核磁測(cè)井：利用核磁現(xiàn)象研究地層自由流體含核磁測(cè)井：利用核磁現(xiàn)象

39、研究地層自由流體含量量核磁共振測(cè)井核磁共振測(cè)井測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)-彈性參數(shù)彈性參數(shù))2/()43(22222spspsdVVVVVE3210sVG3221034spbVVK)2(2/ )2(2222spspdVVVV66101101sSPPtVtV所需測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)：縱波時(shí)差、橫波時(shí)差、密度所需測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)：縱波時(shí)差、橫波時(shí)差、密度注意：量綱變換注意：量綱變換測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)-彈性參數(shù)彈性參數(shù)測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)-彈性參數(shù)彈性參數(shù)o 橫波時(shí)差數(shù)據(jù)橫波時(shí)差數(shù)據(jù)psVV61. 053. 0554. 0704. 0psV

40、V686. 503.1844.11PsVVo 動(dòng)靜態(tài)轉(zhuǎn)換動(dòng)靜態(tài)轉(zhuǎn)換測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)-彈性參數(shù)彈性參數(shù)dsdsEBAEBA2211lg160931. 0066184. 0lg2 .18104 .198lg364781. 0050248. 0lg1554843. 024543. 02211KAKA測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)-強(qiáng)度參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)o巖石抗壓強(qiáng)度巖石抗壓強(qiáng)度o所需測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)：所需測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)：n 縱橫波時(shí)差、密度、泥質(zhì)含量縱橫波時(shí)差、密度、泥質(zhì)含量cldcldcVEVE008. 010045. 0o GR測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)確定泥質(zhì)含量測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)確定泥質(zhì)含

41、量測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)-強(qiáng)度參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)sandmudsandGRGCURIGCURshGRGRGRGRIVGR1221GCUR希爾奇指數(shù)，老地層希爾奇指數(shù)，老地層2，第三系地層第三系地層3.7o抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度o粘聚力粘聚力測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)-強(qiáng)度參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)12/008. 010045. 0cldcldtVEVESclpdddVVAC78. 0111)21 (422o內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)井資料解釋巖石力學(xué)參數(shù)-強(qiáng)度參數(shù)強(qiáng)度參數(shù)C4952. 0545.36請(qǐng)總結(jié)一下彈性參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)的請(qǐng)總結(jié)一下彈性參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)

42、的求取用到了那些測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)求取用到了那些測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)2022242628303234363810501150125013501450155016501750井深（m）內(nèi)摩擦角（度）01234567891010501150125013501450155016501750井深（m）單軸抗壓強(qiáng)度（MPa）11.11.21.31.41.51.61.71.81.922.12.295010501150125013501450155016501750井深（m）地應(yīng)力（g/cm3）水平最大水平最小上覆應(yīng)力實(shí)測(cè)點(diǎn)井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)o意義？意義？n 井壁穩(wěn)定

43、性分析及安全泥漿密度窗井壁穩(wěn)定性分析及安全泥漿密度窗口的確定基礎(chǔ)口的確定基礎(chǔ)n 出砂預(yù)測(cè)研究的基礎(chǔ)出砂預(yù)測(cè)研究的基礎(chǔ)n o 假設(shè)條件：假設(shè)條件：n 地層均質(zhì)各向同性地層均質(zhì)各向同性n 線形彈性，小變形線形彈性，小變形n 軸向軸向平面應(yīng)力或平面應(yīng)變平面應(yīng)力或平面應(yīng)變井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)三維問題轉(zhuǎn)化為二維問題三維問題轉(zhuǎn)化為二維問題直井直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài) h二維平面應(yīng)變模型二維平面應(yīng)變模型 r直井直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)依據(jù)線彈性、小變形應(yīng)力疊加原理對(duì)井眼依據(jù)線彈性、小變形應(yīng)力疊加原理對(duì)井眼受力進(jìn)行分解受力進(jìn)行分解請(qǐng)回憶彈性基礎(chǔ)中厚壁

44、筒及小孔應(yīng)力集中請(qǐng)回憶彈性基礎(chǔ)中厚壁筒及小孔應(yīng)力集中o 由鉆井液柱壓力由鉆井液柱壓力P P引起的應(yīng)力引起的應(yīng)力 直井直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)rRrPRrP 2222無剪應(yīng)力，只與井眼半徑無剪應(yīng)力，只與井眼半徑R R和地層的矢徑和地層的矢徑r r有關(guān)有關(guān)直井直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)由水平最大地應(yīng)力由水平最大地應(yīng)力 所引起的井周應(yīng)力分布所引起的井周應(yīng)力分布HrHHHHrHRrRrRrRrRrRrRr21213422121322132222442222444422()()cos()()cos()sin直井直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)由水平最小地應(yīng)力由水平最小地應(yīng)力 所引起的井周應(yīng)力分布所引起的井周應(yīng)力分布hrhhhhrhRrRrRrRrRrRrRr 21213422121322132222442222444422()()cos()()cos()sin直井直井井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)井眼周圍地層應(yīng)力狀態(tài)鉆井液滲流效應(yīng)鉆井液滲流效應(yīng)rprpzprRrPPrRrPPPP()()()()()()()()()()()122