《巖體的力學(xué)性質(zhì)》課件VIP

巖體的力學(xué)性質(zhì)by巖體的定義和特點巖體是指由多種巖石、礦物和結(jié)構(gòu)面組成的，在自然狀態(tài)下的完整地質(zhì)體。巖體具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包含節(jié)理、裂隙、斷層等結(jié)構(gòu)面，這些結(jié)構(gòu)面會影響巖體的力學(xué)性質(zhì)。巖體具有非連續(xù)性，存在各種結(jié)構(gòu)面，導(dǎo)致其力學(xué)性質(zhì)不均勻。巖體的結(jié)構(gòu)節(jié)理巖石裂隙的集合，在巖體中非常普遍，影響著巖體的強度和穩(wěn)定性。層理巖石的沉積層，往往會形成水平或傾斜的層狀結(jié)構(gòu)，影響著巖體的力學(xué)性質(zhì)。裂隙巖石中不連續(xù)的表面，影響巖體的強度、滲透性和穩(wěn)定性。影響巖體力學(xué)性質(zhì)的因素巖石類型不同巖石的礦物組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造都會影響其力學(xué)性質(zhì)，例如花崗巖和頁巖的強度和變形特性就存在顯著差異。節(jié)理和裂隙巖體中的節(jié)理和裂隙會降低其強度和剛度，并影響其變形行為，尤其是對于受張力和剪切力作用的巖體。地質(zhì)構(gòu)造巖體所處的構(gòu)造環(huán)境，例如褶皺、斷層等，會影響其應(yīng)力狀態(tài)和變形特征，并可能導(dǎo)致巖體的不穩(wěn)定性。地下水地下水的存在會降低巖體的強度，并可能導(dǎo)致巖體發(fā)生軟化或膨脹，還會影響巖體的滲透性和變形行為。應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力狀態(tài)分類1應(yīng)力狀態(tài)巖體所處環(huán)境中，各種力的作用使巖體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。2應(yīng)力狀態(tài)分類根據(jù)應(yīng)力方向和大小，可將應(yīng)力狀態(tài)分為單軸應(yīng)力狀態(tài)、雙軸應(yīng)力狀態(tài)和三軸應(yīng)力狀態(tài)。3應(yīng)力狀態(tài)的影響應(yīng)力狀態(tài)直接影響巖體的強度、變形和穩(wěn)定性。應(yīng)力狀態(tài)與巖體性質(zhì)的關(guān)系1強度應(yīng)力狀態(tài)影響巖石的抗壓、抗拉、抗剪強度2變形應(yīng)力狀態(tài)影響巖石的彈性模量、泊松比3滲透性應(yīng)力狀態(tài)影響巖石的孔隙度、滲透率應(yīng)變狀態(tài)和應(yīng)變狀態(tài)分類應(yīng)變狀態(tài)定義應(yīng)變狀態(tài)指的是巖體在受力作用下所發(fā)生的形變。它反映了巖體內(nèi)部各點的變形程度和方向。應(yīng)變狀態(tài)分類應(yīng)變狀態(tài)可以根據(jù)其方向和大小進行分類，包括：單軸應(yīng)變、雙軸應(yīng)變、三軸應(yīng)變、平面應(yīng)變、空間應(yīng)變等。應(yīng)變狀態(tài)與巖體性質(zhì)的關(guān)系彈性模量應(yīng)變狀態(tài)會影響巖體的彈性模量，例如，在高應(yīng)力狀態(tài)下，巖體的彈性模量會降低。泊松比應(yīng)變狀態(tài)也會影響巖體的泊松比，例如，在高應(yīng)力狀態(tài)下，巖體的泊松比會增加。強度應(yīng)變狀態(tài)對巖體的強度有顯著影響，例如，在高應(yīng)力狀態(tài)下，巖體的強度會降低。斷裂韌性應(yīng)變狀態(tài)也會影響巖體的斷裂韌性，例如，在高應(yīng)力狀態(tài)下，巖體的斷裂韌性會降低。巖體的破壞形式和破壞準(zhǔn)則拉伸破壞巖石在拉伸應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂，形成張裂隙，最終導(dǎo)致巖石破壞。剪切破壞巖石在剪切應(yīng)力作用下發(fā)生滑移，形成剪切裂隙，最終導(dǎo)致巖石破壞。壓縮破壞巖石在壓縮應(yīng)力作用下發(fā)生壓碎，形成壓碎帶，最終導(dǎo)致巖石破壞。脆性破壞和塑性破壞脆性破壞巖石在應(yīng)力作用下突然斷裂，沒有明顯的塑性變形。常見的脆性破壞形式包括張拉破壞、剪切破壞、劈裂破壞和彎曲破壞等。塑性破壞巖石在應(yīng)力作用下發(fā)生明顯的塑性變形，然后斷裂。常見的塑性破壞形式包括剪切破壞、擠壓破壞和蠕變破壞等。巖體的彈性模量和泊松比彈性模量巖體在外力作用下發(fā)生彈性變形時，應(yīng)力與應(yīng)變之比稱為彈性模量。反映了巖體抵抗彈性變形的能力。彈性模量越大，巖體抵抗變形的能力越強。泊松比巖體在外力作用下，在某一方向上產(chǎn)生應(yīng)變時，在垂直于該方向上產(chǎn)生的應(yīng)變與該方向應(yīng)變之比稱為泊松比。反映了巖體在不同方向上的變形特性。巖體的壓縮強度100MPa典型巖體壓縮強度10MPa軟巖200MPa硬巖巖體的拉伸強度定義巖體在單軸拉伸荷載作用下，發(fā)生破壞時的最大應(yīng)力。影響因素巖體的礦物成分、結(jié)構(gòu)、完整性、裂隙發(fā)育程度、應(yīng)力狀態(tài)等。測試方法直接拉伸試驗、間接拉伸試驗。應(yīng)用巖體工程設(shè)計中，用于評估巖體抵抗拉伸破壞的能力。巖體的剪切強度定義巖體抵抗剪切破壞的能力影響因素巖性、結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)、溫度等測試方法直接剪切試驗、三軸剪切試驗應(yīng)用邊坡穩(wěn)定性分析、地下工程設(shè)計巖體的抗壓破壞形式巖體在承受壓力載荷時，由于內(nèi)部應(yīng)力集中，會發(fā)生破壞，主要形式有以下幾種：剪切破壞：巖體內(nèi)部的剪應(yīng)力超過了其抗剪強度，導(dǎo)致沿剪切面發(fā)生破壞。這種破壞通常發(fā)生在巖體中存在裂隙、節(jié)理或構(gòu)造弱面等部位。壓碎破壞：巖體在承受高壓時，由于顆粒之間的摩擦力不足，導(dǎo)致顆粒發(fā)生破碎，最終導(dǎo)致巖體整體破壞。這種破壞通常發(fā)生在巖體中存在大量細粒、軟弱礦物等部位。彎曲破壞：巖體在承受彎曲載荷時，由于內(nèi)部應(yīng)力集中，導(dǎo)致巖體發(fā)生彎曲變形，最終發(fā)生破壞。這種破壞通常發(fā)生在巖體中存在不均勻的結(jié)構(gòu)或存在大尺寸的孔洞等部位。剝落破壞：巖體在承受壓力載荷時，由于表面應(yīng)力集中，導(dǎo)致巖體表面發(fā)生剝落，最終導(dǎo)致巖體整體破壞。這種破壞通常發(fā)生在巖體表面存在風(fēng)化、溶蝕等現(xiàn)象。巖體的抗拉破壞形式巖體抗拉強度較低，通常小于抗壓強度。當(dāng)巖體受到拉伸應(yīng)力作用時，容易產(chǎn)生裂縫，最終導(dǎo)致斷裂破壞。常見的抗拉破壞形式包括：張裂破壞：由于拉伸應(yīng)力超過巖體的抗拉強度，導(dǎo)致巖體沿拉伸應(yīng)力方向產(chǎn)生裂縫，并逐漸擴展。剪切破壞：在拉伸應(yīng)力作用下，巖體內(nèi)部可能出現(xiàn)剪切面，并沿著剪切面發(fā)生滑移破壞。拉伸破壞：當(dāng)拉伸應(yīng)力超過巖體的極限拉伸強度時，巖體會突然發(fā)生斷裂破壞。巖體的抗剪破壞形式巖體的抗剪破壞形式是指巖體在剪應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞形式。常見的抗剪破壞形式包括以下幾種：剪切破壞：巖體沿剪切面發(fā)生滑移，產(chǎn)生明顯的剪切面。拉伸破壞：巖體在剪應(yīng)力的作用下，由于拉應(yīng)力的集中，發(fā)生拉裂，形成張開裂隙。壓碎破壞：巖體在剪應(yīng)力的作用下，由于壓應(yīng)力的集中，發(fā)生壓碎，形成粉末狀的碎屑。巖體的斷裂韌性1抵抗裂紋擴展衡量巖石抵抗裂紋擴展的能力2材料強度與材料強度和裂紋擴展能量有關(guān)3裂紋擴展較高斷裂韌性意味著更難擴展巖體的疲勞特性巖體在循環(huán)荷載作用下，其強度會逐漸降低，最終導(dǎo)致破壞，這就是巖體的疲勞特性。巖體的時間依賴性1蠕變巖體在持續(xù)荷載下會緩慢變形，這種現(xiàn)象被稱為蠕變。2松弛巖體在持續(xù)應(yīng)力下會逐漸減弱，這種現(xiàn)象被稱為松弛。3應(yīng)力腐蝕在應(yīng)力和腐蝕性環(huán)境共同作用下，巖體強度會降低。巖體的非線性行為應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系巖體在加載過程中，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系通常是非線性的，即應(yīng)力與應(yīng)變之間不成線性比例關(guān)系。蠕變巖體在持續(xù)的應(yīng)力作用下，會隨著時間的推移而發(fā)生緩慢的變形，這種現(xiàn)象稱為蠕變。損傷累積巖體在加載過程中會發(fā)生微裂縫的擴展和合并，導(dǎo)致其強度和剛度逐漸降低，這種現(xiàn)象稱為損傷累積。巖體的各向異性巖石材料的力學(xué)性質(zhì)沿不同方向差異很大。由于巖體的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、裂隙、節(jié)理、層面等因素的影響，巖體在不同方向的強度、彈性模量、泊松比等力學(xué)性質(zhì)存在差異。各向異性會導(dǎo)致巖體在不同方向上的變形和破壞行為存在差異，對巖體工程的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。巖體的滲透性和滲透率巖體的滲透性是指巖體允許水流通過的程度，滲透率是描述巖體滲透性的一個重要參數(shù)。滲透率越高，巖體越容易被水流通過。巖體的熱膨脹系數(shù)10-6熱膨脹系數(shù)巖石在溫度變化時體積的變化率。20-6典型值常見的巖石類型，如花崗巖、砂巖和頁巖，熱膨脹系數(shù)通常在10-6到20-6范圍內(nèi)。3-10影響因素?zé)崤蛎浵禂?shù)受多種因素的影響，包括巖石類型、礦物成分和孔隙度。巖體的電阻率和介電常數(shù)電阻率衡量巖石抵抗電流流動的能力介電常數(shù)表示巖石儲存電荷的能力破壞機理的微觀研究使用掃描電子顯微鏡等先進儀器觀察巖體微觀結(jié)構(gòu)研究巖體內(nèi)部礦物成分和結(jié)構(gòu)特征分析巖體微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系巖體力學(xué)性質(zhì)的試驗研究1巖石標(biāo)本采集在進行巖體力學(xué)性質(zhì)試驗前，需要從現(xiàn)場采集具有代表性的巖石標(biāo)本，并進行清理、加工和測試準(zhǔn)備。2巖石標(biāo)本測試根據(jù)不同的試驗?zāi)康模梢赃x擇相應(yīng)的試驗方法對巖石標(biāo)本進行測試，例如壓縮試驗、拉伸試驗、剪切試驗等。3試驗數(shù)據(jù)分析對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和處理，獲得巖石的彈性模量、泊松比、壓縮強度、拉伸強度、剪切強度等重要參數(shù)。巖體力學(xué)性質(zhì)的測試方法單軸壓縮試驗測定巖體的抗壓強度、彈性模量和泊松比。三軸壓縮試驗?zāi)M巖石在不同應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)行為。直接剪切試驗確定巖石的抗剪強度和摩擦角。巖體力學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用工程設(shè)計巖體力學(xué)性質(zhì)在土木工程、水利工程、礦山工程等方面都有著廣泛的應(yīng)用，例如隧道設(shè)計、橋梁設(shè)計、水壩設(shè)計、礦山開采等。風(fēng)險評估巖體力學(xué)性質(zhì)可以用于評估工程項目的風(fēng)險，例如滑坡、崩塌、地質(zhì)災(zāi)害等。環(huán)境保護巖體力學(xué)性質(zhì)可以用于評估環(huán)境污染的風(fēng)險，例如礦山開采對周邊環(huán)境的影響。巖體力學(xué)性質(zhì)的未來展望技術(shù)進步隨著技術(shù)的發(fā)展，如傳感器技術(shù)、計算能