1、1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì)1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素1.4 巖石的流變性11 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.0 概述 巖石與土： 巖石和土都是組成地殼的基本物質(zhì)。 巖石是由各種造巖礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律（通過結(jié)晶聯(lián)結(jié)或借助于膠結(jié)物粘結(jié)）組合而成物質(zhì)。巖石礦物顆粒之間存在較強(qiáng)的粘結(jié)性。 土是巖石風(fēng)化解體后形成的巖石礦物顆粒散體集合物。土體礦物顆粒之間沒有粘結(jié)或只有很弱的粘結(jié)性。21 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.0 概述 結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體： 在巖體中存在著各種不同的地質(zhì)界面，這種地質(zhì)界面稱為結(jié)構(gòu)面，如層理面、節(jié)理面、裂隙和斷層等。由這些結(jié)構(gòu)面所切割或包圍的

2、巖體稱為結(jié)構(gòu)體。 巖塊：巖塊是指從地殼巖層中取出來的，無顯著軟弱面的巖石塊體。如鉆孔巖芯。 巖體：巖體是指天然埋藏條件下大范圍分布的、由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組成的地質(zhì)體。 廣義巖石是巖塊和巖體的泛稱，狹義巖石專指巖塊。31 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.0 概述 巖石的結(jié)構(gòu)： 是指決定巖石組織的各種特征的總合，通常是指巖石中礦物顆粒的結(jié)晶程度，礦物或巖石碎屑顆粒的形狀和大小，顆粒之間相互連結(jié)狀況，以及膠結(jié)物的膠結(jié)類型等特征。 組成巖石的物質(zhì)大小差異程度，決定著巖石的非均質(zhì)性。顆粒越均勻，巖石力學(xué)性質(zhì)越均勻。組成巖石的物質(zhì)顆粒越小，一般巖石的強(qiáng)度越大。41 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.0 概述 煤礦常見巖石結(jié)構(gòu)種類

3、： （1）礫狀結(jié)構(gòu)粒徑大于2mm的碎屑膠結(jié)物，如礫巖。 （2）砂質(zhì)結(jié)構(gòu)粒徑變化在20.05mm之間的碎屑結(jié)構(gòu)類型，如砂巖。 （3）粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)粒徑變化在0.050.005mm之間的碎屑結(jié)構(gòu)類型，如粉砂巖、頁巖。 （4）泥質(zhì)結(jié)構(gòu)粒徑小于0.005mm的碎屑結(jié)構(gòu)類型，如泥巖、粘土巖。 51 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.0 概述 百度詞條：結(jié)構(gòu)、構(gòu)造 61 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.0 概述 巖石的構(gòu)造： 是指巖石中礦物顆粒集合體之間，以及它與其它組成部分之間的排列方式和充填方式。 從礦山巖石力學(xué)觀點(diǎn)來看，最重要的是以下幾種構(gòu)造： （1）整體構(gòu)造巖石的顆?；ハ鄧?yán)密地緊貼在一起，沒有固定的排列方向。（無空隙或空隙

4、極小） （2）多孔狀構(gòu)造巖石顆粒彼此相接并不嚴(yán)密，顆粒之間有許多小空隙。（微孔） （3）層狀構(gòu)造巖石顆?；ハ嘟惶?，表現(xiàn)出層次疊置現(xiàn)象（層理）。 71 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.0 概述 百度詞條：結(jié)構(gòu)、構(gòu)造 81 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 巖石的密度（真密度） 是指單位體積的巖石（不包括空隙）的質(zhì)量。也叫真密度。密度與巖石的空隙及吸水多少無關(guān)。 密度單位：kg/m3。 巖石的密度一般在2700 kg/m3左右。 91 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 巖石的視密度 是指單位體積的巖石（包括空隙）的質(zhì)量。 視密度與巖石的空隙和吸水多少有關(guān)。 天然視密度、干視密度、飽和視密度。

5、 101 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 巖石的孔隙性、孔隙度（孔隙率）、孔隙比 巖石的孔隙性是指巖石中孔洞和裂隙的發(fā)育程度。 孔隙度是巖石中各種孔洞、裂隙體積的總和與巖石總體積之比，常用百分?jǐn)?shù)表示，故也稱為孔隙率。 111 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 巖石的孔隙性、孔隙度（孔隙率）、孔隙比 孔隙比是指巖石中各種孔洞和裂隙體積的總和與巖石內(nèi)固體部分實(shí)體積之比。 121 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 巖石的碎脹性和壓實(shí)性 巖石的碎脹性：巖石破碎以后的體積將比整體狀態(tài)下增大，這種性質(zhì)稱為巖石的碎脹性。 巖石的碎脹性可用巖石破碎后處于松散狀態(tài)下的體積與巖石破碎前處

6、于整體狀態(tài)下的體積之比來表示，該值稱為碎脹系數(shù)，即：131 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 巖石的碎脹性和壓實(shí)性 巖石破碎后，在其自重和外加載荷的作用下會(huì)逐漸壓實(shí)，體積隨之減少，碎脹系數(shù)比初始破碎時(shí)相應(yīng)地變小。 巖石的殘余碎脹性：巖石破碎體壓實(shí)后的體積與破碎前原始體積之比，稱為殘余碎脹系數(shù)。 殘余碎脹系數(shù)常用 表示。141 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì)巖石的水理性： 巖石的吸水性 巖石的吸水性是指遇水不崩解的巖石在一定的試驗(yàn)條件下（規(guī)定的試樣尺寸和試驗(yàn)壓力）吸入水分的能力。 自然吸水性是指試件在大氣壓力作用下吸入水分的質(zhì)量與試件的干質(zhì)量之比。，單位：%。 強(qiáng)制吸水性是指試

7、件在真空或加壓（一般為15MPa）條件下吸入水分的質(zhì)量與試件的干質(zhì)量之比，它也稱飽和吸水率。 sat，單位：%。151 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 巖石的透水性 巖石的透水性是巖石能被水透過的性能。 巖石的透水性通常用滲透系數(shù)K表示。 達(dá)西定律：Q=KAI，即單位時(shí)間內(nèi)的滲水量Q與滲透面積A和水力坡度I有正比關(guān)系，其中的比例系數(shù)K就稱為滲透系數(shù)。 滲透系數(shù)一般是通過在鉆孔中進(jìn)行抽水試驗(yàn)或壓水試驗(yàn)來測(cè)定。 161 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 巖石的透水性 171 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 巖石的軟化性 巖石的軟化性是巖石浸水后其強(qiáng)度明顯降低的現(xiàn)象。 巖

8、石的軟化系數(shù)是指水飽和巖石試件的單向抗壓強(qiáng)度與干燥巖石試件單向抗壓強(qiáng)度之比。181 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 巖石的膨脹性和崩解性 巖石的膨脹性是巖石遇水后產(chǎn)生體積增大的現(xiàn)象。 巖石的膨脹性可以用膨脹力和膨脹率表示。 巖石與水進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)后，隨時(shí)間變化會(huì)產(chǎn)生體積增大現(xiàn)象，這時(shí)使試件體積保持不變所需要的壓力稱為巖石的膨脹應(yīng)力，而增大后的體積與原體積的比率稱為巖石的膨脹率。膨脹性軟巖膨脹率甚至大于35 %.膨脹性與碎脹性區(qū)別？191 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 側(cè)限膨脹儀201 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 巖石的膨脹性和崩解性 巖石的崩解性指巖石與水

9、相互作用時(shí)失去粘結(jié)性并變成完全喪失強(qiáng)度而成為松散物質(zhì)的性能。 巖石的崩解現(xiàn)象是由于水化過程中削弱了巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)聯(lián)絡(luò)引起的。常見于由可溶鹽和粘土質(zhì)膠結(jié)的沉積巖地層中。 巖石的耐崩解性指數(shù)指巖樣在承受干燥和濕潤(rùn)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)之后，巖樣對(duì)軟化和崩解作用所表現(xiàn)出的抵抗能力。211 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì) 選10塊巖石試樣，每塊質(zhì)量40 60g，磨去棱角使其近于球粒狀。將試樣放進(jìn)帶篩的圓筒內(nèi)(篩眼直徑為2mm)，在105下烘至恒重后稱重，然后將圓筒支承在水槽上，并向槽中注蒸餾水，使水面到低于圓筒軸20mm的位置，20 r/min勻速轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒，10min后取下圓筒作第二次烘干稱重，這樣就

10、完成了一次于濕循環(huán)試驗(yàn)；重復(fù)上述試驗(yàn)步驟就可以完成多次干濕循環(huán)試驗(yàn)。規(guī)范以第二次干濕循環(huán)的數(shù)據(jù)作為計(jì)算耐崩解性指數(shù)的根據(jù)。 干濕循環(huán)測(cè)定儀221 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì)1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素1.4 巖石的流變性23 巖石與土 結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體 巖塊與巖體 巖石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造 巖石的(真)密度與視密度 （天然、干燥、飽和視密度） 巖石的空隙性、孔隙度（孔隙率） n 、孔隙比e 巖石的碎脹性和壓實(shí)性、碎脹系數(shù)KP 、殘余碎脹系數(shù)KP 巖石的吸水性、自然吸水率 、強(qiáng)制吸水率sat 巖石的透水性、滲透系數(shù)K 巖石的軟化性、軟化系數(shù)c 巖石的膨脹性與崩解、

11、膨脹應(yīng)力與膨脹率、崩解性指數(shù)1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.0 概述/1.1 巖石的物理性要求：概念清楚 了解一般巖石性能指標(biāo)數(shù)量級(jí)巖石的物理性質(zhì)不僅限于此！241 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.0 概述/1.1 巖石的物理性251 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.0 概述/1.1 巖石的物理性261 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度1 巖石的強(qiáng)度與極限強(qiáng)度 巖石抵抗外力破壞的能力/承受外力作用的能力，即巖石強(qiáng)度。 巖石發(fā)生破壞時(shí)所能承受的最大載荷叫做極限載荷，用單位面積表示則稱為（極限）強(qiáng)度。 單位：MPa（即MN/m2）。 巖石的極限強(qiáng)度與應(yīng)力條件緊密相關(guān)。應(yīng)力環(huán)境（狀態(tài)）不同，或外力作用時(shí)間不

12、同，或外力作用速度不同，巖石的極限強(qiáng)度不同。 派生出：?jiǎn)屋S抗壓/抗拉/抗剪強(qiáng)度、三軸抗壓/抗拉/抗剪強(qiáng)度、瞬時(shí)強(qiáng)度、長(zhǎng)時(shí)強(qiáng)度等。271 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度2 巖石強(qiáng)度與巖體強(qiáng)度（P73）巖石強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度組合關(guān)系281 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度2 巖石強(qiáng)度與巖體強(qiáng)度巖石強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度組合關(guān)系對(duì)巖體強(qiáng)度的影響291 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度3 巖石的破壞形式 （1）脆性破壞 特點(diǎn)：破壞前沒有顯著變形（突然性）。 原因：可能是巖石中裂隙的發(fā)生和發(fā)展的結(jié)果。 規(guī)律性：堅(jiān)硬巖石在一定的條件下都表現(xiàn)出脆性破壞的

13、性質(zhì)。301 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度3 巖石的破壞形式 （2）延性（塑性）破壞 特點(diǎn)：破壞前有顯著變形。 原因：巖石內(nèi)結(jié)晶晶格錯(cuò)位的結(jié)果。 規(guī)律性：軟弱巖石常表現(xiàn)出延性破壞的性質(zhì)。311 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度3 巖石的破壞形式 （3）弱面剪切破壞 特點(diǎn)：沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)。 原因：弱面剪切破壞。 規(guī)律性：明顯存在弱面的巖體經(jīng)常表現(xiàn)為弱面剪切破壞的性質(zhì)。321 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度3 巖石的破壞形式 巖石的破壞形式取決于： （1）巖石的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)面性質(zhì)； （2）巖石受力狀態(tài)有關(guān)； （3）巖石環(huán)境條件。 33

14、巖石試件在單軸壓力下(無圍壓，只軸向加壓力)抵抗破壞的極限能力，或極限強(qiáng)度，它在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大壓應(yīng)力。Rc （應(yīng)用最廣）1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度4 巖石的單向抗壓強(qiáng)度34 標(biāo)準(zhǔn)巖石單向抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)： （1）試件：圓柱體，=5cm，H=10cm，不少于3塊 （2）加載速率： 0.51.0 MPa/s。 （3）抗壓強(qiáng)度計(jì)算：1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度4 巖石的單向抗壓強(qiáng)度35 點(diǎn)載荷強(qiáng)度測(cè)定法：1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度4 巖石的單向抗壓強(qiáng)度 通常巖石的點(diǎn)載荷指數(shù)要比常規(guī)單軸抗壓強(qiáng)度小得多。 巖石的

15、點(diǎn)載荷指數(shù)可以作為獨(dú)立的巖石強(qiáng)度特性指標(biāo)應(yīng)用，可以通過某種公式換算為常規(guī)單軸抗壓強(qiáng)度。 36 巖石抗壓強(qiáng)度的主要影響因素：（1）礦物成分（2）結(jié)晶程度與顆粒大?。?）膠結(jié)情況（4）生成條件（5）風(fēng)化作用（6）密度（7）水的作用（8）試件的形狀和尺寸（9）加載速率1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度4 巖石的單向抗壓強(qiáng)度37 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，它在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大拉應(yīng)力。Rt 巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度。巖石直接進(jìn)行抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)比較困難，目前大多進(jìn)行各種各樣的間接試驗(yàn)，再用理論公式算出抗拉強(qiáng)度。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石

16、的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度5 巖石的單向抗拉強(qiáng)度38直接抗拉試驗(yàn)法1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度5 巖石的單向抗拉強(qiáng)度 劈裂法試驗(yàn)法（加載速率 0.5 MP/s）劈裂法可行性？?jī)?yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)？39 巖石抗剪強(qiáng)度 巖石抵抗剪切破壞(滑動(dòng))的能力。巖石試件受到剪斷時(shí)，剪切面上的切向應(yīng)力值，稱為巖石的抗剪強(qiáng)度。 巖石抗剪強(qiáng)度是巖石力學(xué)中需要研究的最重要特性之一，往往比抗壓和抗拉強(qiáng)度更有意義。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度6 巖石的單向抗剪強(qiáng)度401 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度6 巖石的單向抗剪強(qiáng)度 巖石剪切試驗(yàn)不同加載方式及抗剪強(qiáng)度

17、分類a-抗切試驗(yàn)；b-抗剪斷試驗(yàn)；c-摩擦試驗(yàn)；d-重剪試驗(yàn) 剪切面無法向力有法向力已有結(jié)構(gòu)面（斷裂面）存在弱面抗切強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度摩擦強(qiáng)度（殘余抗剪強(qiáng)度）重剪強(qiáng)度41楔形剪切試驗(yàn)法標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸 5 5 5cm1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度6 巖石的單向抗剪強(qiáng)度42楔形剪切試驗(yàn)結(jié)果 巖石的抗剪斷曲線 C內(nèi)聚力，MPa；內(nèi)摩擦角，。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度6 巖石的單向抗剪強(qiáng)度43 巖石試件在三軸壓應(yīng)力作用下所能抵抗的最大軸向應(yīng)力（最大主應(yīng)力1max），稱為巖石的三軸抗壓強(qiáng)度。 巖石的三軸抗壓強(qiáng)度通常是在軸對(duì)稱應(yīng)力組合方式的三軸應(yīng)力條件下（

18、1 2 = 3 ），利用巖石三軸應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)測(cè)定的。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度7 巖石的三向抗壓強(qiáng)度44MTS巖石力學(xué)剛性伺服機(jī)巖石三軸壓 力實(shí)驗(yàn)容器1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度7 巖石的三向抗壓強(qiáng)度45三軸試驗(yàn)裝置1 壓力室；2 密封設(shè)備；3 球面底座；4 壓力液進(jìn)口5 排氣口；6 側(cè)向壓力；7 試樣。 1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度7 巖石的三向抗壓強(qiáng)度注意單位！KN、cm2加載順序：圍壓-軸向載荷46 巖石的三軸抗壓強(qiáng)度與圍壓關(guān)系1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的強(qiáng)度7 巖石的三向抗壓強(qiáng)度

19、P/0.1MPa1-P/0.1MPa471 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì)1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素1.4 巖石的流變性48 巖石處于簡(jiǎn)單的受力情況時(shí)，如單一的拉伸、壓縮或純剪切應(yīng)力狀態(tài)，材料的危險(xiǎn)點(diǎn)可由簡(jiǎn)單的試驗(yàn)來決定（單向抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，單向抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，純剪試驗(yàn)等）。這時(shí)，破壞準(zhǔn)則（即破壞標(biāo)準(zhǔn)）的建立可沒有困難。 但是，在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下怎樣算是破壞呢？！1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法 巖石的三軸抗壓強(qiáng)度與圍壓關(guān)系P/0.1MPa1-P/0.1MPa491 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則

20、及測(cè)試方法 巖石中任一點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)到某一極限時(shí)，該點(diǎn)就要發(fā)生破壞，用以表征巖石破壞條件的應(yīng)力狀態(tài)與巖石強(qiáng)度參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系，稱為破壞準(zhǔn)則（也叫破壞判據(jù)/failure criterion，強(qiáng)度準(zhǔn)則/強(qiáng)度判據(jù)/strength criterion）。 破壞準(zhǔn)則與本構(gòu)方程不同。本構(gòu)方程一般指受力過程的“應(yīng)力應(yīng)變”關(guān)系；破壞準(zhǔn)則則是在極限狀態(tài)下的“應(yīng)力應(yīng)力”關(guān)系。 破壞準(zhǔn)則應(yīng)該與坐標(biāo)無關(guān)，故通常用坐標(biāo)不變量表示。常見的坐標(biāo)不變量有主應(yīng)力、應(yīng)力不變量或應(yīng)力偏量不變量等。1 巖石的破壞準(zhǔn)則概念501 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法 莫爾強(qiáng)度理論： （1900）

21、莫爾強(qiáng)度理論建立在試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上。 認(rèn)為：材料內(nèi)某一點(diǎn)的破壞主要決定于它的最大主應(yīng)力1和最小主應(yīng)力3，而與中間主應(yīng)力無關(guān)；當(dāng)巖體中某一平面上的剪應(yīng)力超過該面上的極限剪應(yīng)力時(shí)，巖石就破壞。而這一極限剪應(yīng)力又是作用在該面上的法向壓應(yīng)力的函數(shù)，即： =f（ ） 把三向應(yīng)力問題轉(zhuǎn)變?yōu)槎驊?yīng)力問題！ 可以用極限應(yīng)力Mohr圓描述莫爾強(qiáng)度理論。2 莫爾（Mohr）理論與莫爾庫侖準(zhǔn)則 （用的最多）51xyxyxy131n0A2DFGHCA11 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法2 莫爾（Mohr）理論與莫爾庫侖準(zhǔn)則 -平面Mohr應(yīng)力圓2單元體中任意截面上的應(yīng)力皆可

22、以用應(yīng)力圓求出。應(yīng)力圓上任意一點(diǎn)都代表單元體內(nèi)某一相應(yīng)平面上的應(yīng)力。521 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法2 莫爾（Mohr）理論與莫爾庫侖準(zhǔn)則 -平面極限應(yīng)力圓的包絡(luò)線多個(gè)極限應(yīng)力圓上的破壞點(diǎn)的軌跡稱為莫爾強(qiáng)度線/莫爾包絡(luò)線。包絡(luò)線可以進(jìn)一步劃分為直線形強(qiáng)度線拋物線形強(qiáng)度曲線和雙曲線形強(qiáng)度曲線三類。531 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法2 莫爾（Mohr）理論與莫爾-庫侖準(zhǔn)則 Mohr-Coulumb莫爾-庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則 該準(zhǔn)則是以莫爾強(qiáng)度理論為指 導(dǎo)，在庫侖公式基礎(chǔ)上導(dǎo)出的。 數(shù)學(xué)表達(dá)式： f=c+ tan莫爾庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)

23、則關(guān)于巖石破壞的機(jī)制觀。 庫侖強(qiáng)度直線將 - 坐標(biāo)平面分為上、下兩部分，直線上部為不穩(wěn)定區(qū)，直線下部為穩(wěn)定區(qū)。 討論：受拉區(qū)、三向等壓等。 541 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法2 莫爾（Mohr）理論與莫爾-庫侖準(zhǔn)則 用1、 3表示的莫爾-庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則式中最大主應(yīng)力方向與滑動(dòng)面夾角為代入：f=c+ tan對(duì)于破壞面sin2 =cos ，整理得：551 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法2 莫爾（Mohr）理論與莫爾-庫侖準(zhǔn)則 用1、 3表示的莫爾-庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則例：某砂巖C=20 MPa，=45，計(jì)算不同側(cè)向應(yīng)力3條件下該砂巖

24、的抗壓強(qiáng)度1max。3-16.501251020301max096.6102.4108.3125.8154.9213.2271.5561 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法2 莫爾（Mohr）理論與莫爾-庫侖準(zhǔn)則 莫爾-庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則應(yīng)用特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：物理概念清楚（壓剪破壞），易接受； 反映了巖石抗拉強(qiáng)度小于抗壓強(qiáng)度； 能夠解釋巖石三向拉伸破壞、三向等壓不破壞現(xiàn)象； 簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用，且比較全面反映了巖石強(qiáng)度特性。缺點(diǎn)：沒有考慮中間主應(yīng)力2作用，與實(shí)際情況不符； 理論得出的單軸抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)大于實(shí)際值，而得出的單軸抗壓強(qiáng)度明顯小于實(shí)際值，不能很好描述巖石在拉應(yīng)力區(qū)和低應(yīng)力區(qū)

25、的真實(shí)強(qiáng)度特征； 關(guān)于破壞角對(duì)大多數(shù)巖石壓縮條件近似，不能解釋拉張破裂； 對(duì)膨脹巖石、蠕變巖石等強(qiáng)度非線顯著的出入較大。 571 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith關(guān)于巖石破壞的觀點(diǎn) 材料內(nèi)部存在著許多細(xì)微裂隙； 在力的作用下，只要裂隙方位合適，裂隙的邊壁上會(huì)出現(xiàn)很高的拉應(yīng)力； 一旦這種拉應(yīng)力超過材料的 局部抗拉強(qiáng)度，在這張開裂隙的邊壁上開始破裂； 破壞往往從縫端開始，裂縫擴(kuò)展，最后導(dǎo)致材料的完全破壞。拉應(yīng)力準(zhǔn)則581 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griff

26、ith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型張開裂隙可以簡(jiǎn)化為橢圓形狀591 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型橢圓形張開裂隙模型 微裂隙簡(jiǎn)化模型假設(shè)： （1）裂隙橢圓可作為半無限彈性介質(zhì)中的單孔洞處理。 （2） 裂縫的 三維空間形狀和裂隙平面內(nèi)的應(yīng)力的影響可以忽略不計(jì)。（平面問題）601 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型橢圓形張開裂隙模型 橢圓裂隙參數(shù)方程：611 巖石的物理力學(xué)性

27、質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型 橢圓裂隙壁上切向應(yīng)力方程（英格里斯公式）：因?yàn)榱芽p很狹小，即軸比m很小，所以最大的拉應(yīng)力顯然發(fā)生在靠近橢圓裂隙的端點(diǎn)處，也就是說，發(fā)生在角很小的地方。取0，有sin ，cos 1，代入上式并整理得：關(guān)鍵是求取b最大的位置！621 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型將上式對(duì)角求導(dǎo)，并令其導(dǎo)數(shù)等于零，即：所以b最大值和對(duì)應(yīng)的偏心角為：631 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石

28、的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型考慮y和xy與最大主應(yīng)力1和 最小主應(yīng)力3關(guān)系：641 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型將y和xy與1和 3關(guān)系式代入上式，得：此式表明，在給定1和 3作用下，m為定值時(shí)，裂隙邊壁上的最大切向應(yīng)力b,max只與該裂隙方位角有關(guān)。651 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型在許多方位裂隙

29、中間，必然存在著最大切向應(yīng)力b,max為最大的裂隙。將上式對(duì)求導(dǎo)，并令其導(dǎo)數(shù)等于零：661 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型滿足上式，有兩種情況：或671 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型關(guān)于b,max的六種極值：681 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型如果發(fā)生在與1斜交裂隙中，則

30、它只有在： 1時(shí)存在，這就要求：這時(shí)最大拉應(yīng)力有：691 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型如果發(fā)生在與1斜交裂隙中，則它只有在： 1時(shí)存在，這就要求：這時(shí)最大拉應(yīng)力有：如果 ，3必為負(fù)（拉應(yīng)力），危險(xiǎn)裂隙的 方位不與1斜交，而是平行或正交1方向，最大拉應(yīng)力為：701 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith材料微裂隙受力模型如果 ，3必為負(fù)（拉應(yīng)力），危險(xiǎn)裂隙的 方位不與1斜交，而是平行或正交1方向，最大拉應(yīng)力

31、為：m不易測(cè)量出來，但是，如果做垂直于橢圓長(zhǎng)軸的巖石單軸抗拉試驗(yàn)，求得抗拉強(qiáng)度Rt，則知道這時(shí)3=- Rt?？傻茫?11 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith破壞準(zhǔn)則表達(dá)式（用主應(yīng)力表示）721 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith破壞準(zhǔn)則表達(dá)式（用y和xy表示）由書式4-50，和 推得：731 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的破壞準(zhǔn)則及測(cè)試方法3 格里菲思(Griffith)理論 Griffith破壞準(zhǔn)則評(píng)價(jià)（

32、1）對(duì)抗拉強(qiáng)度推斷比莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則合理；（2）強(qiáng)度包絡(luò)線為曲線，更切合實(shí)際；（3）不能延用至巖體破壞特征描述。應(yīng)用遠(yuǎn)不如莫爾庫侖準(zhǔn)則廣！741 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì)1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素1.4 巖石的流變性75 巖石的變形是指巖石在任何物理因素作用下形狀和大小的變化。研究巖石的變形對(duì)工程建設(shè)有重大意義。 巖石的 變形性質(zhì)是巖石的主要力學(xué)性質(zhì)。巖石受載時(shí)首先發(fā)生變形，當(dāng)載荷增大到超過某一數(shù)值（極限強(qiáng)度）時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致巖石破壞，所以巖石的變形和破壞是巖石在載荷作用下力學(xué)性質(zhì)變化的兩個(gè)階段。 巖石的變形特性常用彈性模量E和泊松比兩個(gè)常數(shù)來表示。1

33、 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的變形761 巖石的彈性與塑性 巖石的彈性：指卸載后巖石變形能完全恢復(fù)的性質(zhì)。 巖石的塑性：指卸載后巖石變形不能完全恢復(fù)而出現(xiàn)殘余變形的性質(zhì)。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的變形線性彈性材料完全彈性材料加、卸載形成滯回環(huán)的彈性材料 彈塑性材料772 巖石的單向壓縮的變形性質(zhì) 1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的變形 圖4-26 巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線四個(gè)階段：（1）壓密階段（OA）（2）彈性工作階段(AB)（3）塑性性狀階段(BC)（4）破壞階段(CD) (5)加載、卸載過程幾個(gè)概念：（1）屈服應(yīng)力（B）（2）抗

34、壓強(qiáng)度(C)（3）殘余強(qiáng)度(D)（4）脆性與塑性巖石（5）應(yīng)變強(qiáng)化與應(yīng)變軟化（6）殘余變形（p）781 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的變形3 巖石的三向壓縮的變形性質(zhì) 巖石三向壓縮的變形特點(diǎn)：（1）圍壓（側(cè)向應(yīng)力）增加，巖石的強(qiáng)度增大；（2）圍壓（側(cè)向應(yīng)力）增加，巖石的殘余強(qiáng)度增大；（3）圍壓（側(cè)向應(yīng)力）增加，巖石的塑性變形增大。巖石脆性與塑性是相對(duì)的。（4）圍壓增加，巖石擴(kuò)容減少，甚至不出現(xiàn)擴(kuò)容。791 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)巖石的變形4 巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響因素 圖4-37 加載速率對(duì)混凝土應(yīng)力應(yīng)變性狀的影響（1）荷載速率（2）溫度（3）側(cè)向應(yīng)力（4

35、）加載方向801 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.1 巖石的物理性質(zhì)1.2 巖石的力學(xué)性質(zhì)1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素1.4 巖石的流變性811 水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 水在巖石中兩種賦存方式：一種結(jié)合水或稱束縛水，一種為重力水或稱為自由水。主要作用體現(xiàn)在，連結(jié)作用、潤(rùn)滑作用、水楔作用、孔隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作用。前三種作用是結(jié)合水產(chǎn)生的。結(jié)合水是由于礦物對(duì)水分子的吸附力超過了其重力而被束縛在礦物表面的水。水分子運(yùn)動(dòng)主要受礦物表面勢(shì)能的控制，在礦物表面形成一層水膜，這種水膜產(chǎn)生前述的三種作用。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素82結(jié)合水：產(chǎn)生三種作用：連結(jié)作用、潤(rùn)滑作用、

36、水楔作用。連結(jié)作用：將礦物顆粒拉近、接緊，起連結(jié)作用。潤(rùn)滑作用：可溶鹽溶解，膠體水解，使原有的連結(jié)變成水膠連結(jié)，導(dǎo)致礦物顆粒間連結(jié)力減弱，摩擦力降低，水起到潤(rùn)滑劑的作用。水楔作用：當(dāng)兩個(gè)礦物顆?？康煤芙?，有水分子補(bǔ)充到礦物表面時(shí)，礦物顆粒利用其表面吸著力將水分子拉到自己周圍，在兩個(gè)顆粒接觸處由于吸著力作用使水分子向兩個(gè)礦物顆粒之間的縫隙內(nèi)擠入。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素83當(dāng)巖石受壓時(shí)：如壓應(yīng)力大于吸著力，水分子就被壓力從接觸點(diǎn)中擠出。反之如壓應(yīng)力減小至低于吸著力，水分子就又?jǐn)D入兩顆粒之間，使兩顆粒間距增大。這樣便產(chǎn)生兩種結(jié)果：一是巖石體積膨脹，如巖石處于不可變

37、形的條件，便產(chǎn)生膨脹壓力；二是水膠連結(jié)代替膠體及可溶鹽連結(jié)，產(chǎn)生潤(rùn)滑作用，巖石強(qiáng)度降低。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素84重力水：對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在孔隙水壓力作用和溶蝕、潛蝕作用。（1）孔隙壓力作用：對(duì)于孔隙和微裂隙中含有重力水的巖石，當(dāng)其突然受載而水來不及排出時(shí)，產(chǎn)生孔隙壓力，減小了顆粒之間的壓應(yīng)力，從而降低了巖石的抗剪強(qiáng)度，甚至使巖石的微裂隙端部處于受拉狀態(tài)，從而破壞巖石的連結(jié)。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素85（2）溶蝕潛蝕作用：巖石中滲透水在其流動(dòng)過程中可將巖石中可溶物質(zhì)溶解帶走，有時(shí)將巖石中小顆粒沖走，使巖石強(qiáng)度大為

38、降低，變形加大。 在巖體中有酸性或堿性水流時(shí)，極易出現(xiàn)溶蝕作用。 當(dāng)水力梯度很大時(shí)，對(duì)于孔隙度大，連結(jié)差的巖石易產(chǎn)生潛蝕作用。（3）除了上述五種作用外，水在凍融時(shí)的脹縮作用對(duì)巖石力學(xué)強(qiáng)度破壞很大。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素86按一般地?zé)嵩鰷乜矗吭黾?00米深度，溫度升高3。2 溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響平洞 小立井內(nèi)貯存核廢料罐高硫礦山、自燃礦物溫度高地下深部研究、核廢料處理研究一般來說，隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度降低。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素87 玄武巖 花崗巖 白云巖 如圖所示即為三種不同巖石在圍壓為5

39、00MPa，溫度由25升高到800時(shí)應(yīng)力應(yīng)變特征。多數(shù)巖石在地表表現(xiàn)為脆性；趨向地下，隨著溫度和圍壓的增加，到一定深度就會(huì)從脆性向延性過渡。因此，巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常把圍壓和溫度一起來考慮。 溫度升高產(chǎn)生延性的原因是由于巖石內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，因此，削弱了它們之間的內(nèi)聚力，使晶粒面更容易產(chǎn)生滑移。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素88加載速率愈大，彈性模量愈大；加荷速率愈小，彈性模量愈小。加載速率越大，獲得的強(qiáng)度指標(biāo)值越高。國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)（ISRM）建議：加載速率為0.50.8MPa/秒，一般從開始試驗(yàn)直至試件破壞的時(shí)間為510分鐘。1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.3 影響

40、巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素3 加載速率對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響89由三軸壓縮試驗(yàn)可知：巖石的脆性和塑性并非巖石固有的性質(zhì)，它與其受力狀態(tài)有關(guān)，隨著受力狀態(tài)的改變，其脆性和塑性是可以相互轉(zhuǎn)化的。在三軸壓縮條件下，巖石的變形、強(qiáng)度和彈性極限都有顯著增大。例如：歐洲阿爾卑斯山的山嶺隧道穿過很堅(jiān)硬的花崗巖，由于山勢(shì)陡峭，花崗巖處于很高的三維地應(yīng)力狀態(tài)下，表現(xiàn)出明顯的塑性變形。4 圍壓對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 1 巖石的物理力學(xué)性質(zhì) 1.3 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素90 風(fēng)化作用：是一種表生的自然營力和人類作用的共同產(chǎn)物，是一種很復(fù)雜的地質(zhì)作用，將涉及到氣溫、大氣、水分、生物、原巖的成因、原巖的礦物成分、原巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等諸因素的綜合作用。 風(fēng)化作用降低巖體的物理力學(xué)性質(zhì)：降低巖體結(jié)構(gòu)面的粗糙程度，產(chǎn)生新的裂隙，破壞巖體的完整性。巖石