第4章 岩体变形试验.
第四章变形机制介绍
填方解石细脉) , ③期的细脉切过②期的(单偏光)
二、晶内滑移作用
• 晶内滑动有三种形式：平移滑动、双晶滑移和扭折
• 1.平移滑动：晶体一部分相对另一部分发生了单位晶格的整数倍滑移。
• 滑动时角剪切应变发生变化,晶格内部质点排列不变.滑动后晶体形态发 生改变,结晶学优选方位发生改变 .形成变形纹,变形条带,拔丝构造,波状 消光等组构
太行山北段中新生代断层岩 碳酸盐岩区碎裂岩系列断层岩典型显微构造特征 Typical microstructures of cataclasite series in carbonate rock. a 计鹿村北灰质初碎裂岩(单偏光) ;b 蓬头村北灰质碎裂岩(单 偏光)
花岗岩岩体区碎裂岩系列断层岩的典型显微构造特征 Typical microstructures of cataclasite series in granitic rock. a 大河南岩体赵家蓬调和寺农场附近初碎裂岩(单偏光) ;b 王 安镇岩体康家沟村附近碎裂岩(正交偏光)
• 2.双晶滑动 在晶内滑移时,如果晶体的一部分相对另一部
• 分滑移的距离为单位晶格的非整数倍.其特点是: a 剪切应变是恒定的,其大小严格受地为双晶的几何要求所决 定的. b.滑移的结果造成了相对位移两侧晶体以滑移面为对称面成 镜像对称,即产生了机械双晶. c.双晶滑移也可以产生矿物集合体的形态和结晶方位优选. d.产生双晶滑移的剪应力比产生平移滑移所需要的剪应力高 许多. 平移滑移和双晶滑移是低温条件下塑性变形的唯一的变形机 制.
岩石的脆性破坏 ������ 试验和自然界宏观破裂的主要 形式 – 张裂——位移方向垂直于破裂 面 剪裂——位移方向平行于破裂面
–
库仑剪破裂准则： ������ 问题的提出–岩石 实验中破裂面与应力 圆中最大剪应力作用 面不一致–自然界岩石 实际共轭剪裂面夹角 也不是90° ������ 库仑准则的核心– 剪破裂不仅与剪应力 有关，而且与正应力 有关������ 经验公式
岩石的变形特性及试验方法研究.doc
岩石的变形特性及试验方法研究岩石的变形特性是指岩石在外力作用下岩石中的应力与应变的关系特性，它是影响建筑物稳定的重要因素。
岩石在较小的力的作用下首先发生变形，变形量随作用力增大而增大，当作用力和变形量超过一定的限度后就会发生破坏，在作用力不断增大的过程中，岩石的变形和破坏是一个统一的、连续的过程。
工程岩体如果变形过大就会导致上面的建筑物失稳危及安全，因此工程勘察期间必须获得可靠的变形参数，才能据此在施工时采取适当措施防止其对工程的影响，保证建筑物的安全。
下面分别从岩石的变形特性、变形阶段和试验方法等方面进行探究1岩石变形的特性岩石的变形性质通常用应力一应变曲线表不，它通过测量岩石试样受压时的应力一应变关系得到。
山于岩石的组成成分及其结构与构造比较复杂，所以岩石的应力一应变关系也比较复杂，岩石变形过程中表现出弹性、塑性、勃性、脆性和延性等性质。
1. 1弹性在一定应力范围内，物体受外力作用产生变形，去除外力后能够立即恢复原状的性质，这种变形称为弹性变形。
1.2塑性物体受外力作用后发生变形，去除外力后不能完全复原状的性质，这种变形称为塑性变形或永久变形。
1.3勃性物体在外力作用下变形不能立刻完成，应变速率随应力增大而增大的性质，这种变形称为流动变形。
1.4脆性物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。
1.5延性物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。
另外，岩石的变形和破坏的性质还会随着受力状态的变化而变化。
岩石在三向受力状态下与单向受力状态下的应力一应变关系有很大的区别，随着围压增大，三向抗压强度增加，峰值变形增加，弹性极限增加，岩石山弹脆性向弹塑性、应变硬化转变。
2岩石变形的阶段根据单向无侧限逐级维持荷载法应力一应变关系曲线曲率的变化，可将岩石变形过程划分为四个阶段:2. 1孔隙裂隙压密阶段岩石中原有的微裂隙逐渐被压密，曲线呈上升形，岩石变形多为塑性变形，曲线斜率随应力增大而逐渐增大，表不微裂隙的变化开始较快，随后逐渐减慢，对于微裂隙发育的岩石，本阶段较明显，但致密坚硬的岩石很难划出这个阶段，此阶段末点对应的应力称为压密极限强度。
04《岩石力学》课件(完整版)-第四章 岩体的基本力学性质
矩形面积竖直均布荷载
s c p0
角点沉降系数（单位均 布矩形荷载p＝1在角点C 处产生的沉降）
1－ 2 s c bp0 E
§6.2 地基变形的弹性力学公式 一、地基表面沉降的弹性力学公式
矩形面积竖直均布荷载角点C处沉降：
§6地基变形
dP p0dxdy
ds dP 1 2 p0 1 2 dxdy
d l 1 n k
实例： k=4/10=0.4/m d=1/k=2.5m
10m
ห้องสมุดไป่ตู้
按间距分类
d>180cm 整体结构 d=30~180 块状结构 d<30 破裂结构 d<6.5 极破裂结构 疏节理 密节理 很密节理 K=0~1/m K=1~10/m K=10~100/m
按裂隙度分类
K=100~1000/m 糜棱节理
（二）节理抗剪强度和扩容分析
基本理论：库仑准则 类型：面接触、齿状接触 1．面接触 滚动摩擦
转动摩擦
正好破坏时：
①破坏面与 ②剪应变
3
的夹角=
u 2b
( 1 ) 45
2
③内摩擦角（当 =常量， 节理面最大主 应力） tg 对边/ 对边/ sin 2 邻边 极限： 斜边 ④静摩擦系数fs与静摩擦角 令节理剪切破坏的剪应力和正应力为： maz , c
竖直 集中力
面域内积分
局部柔性荷载
1 2 s ( x, y ) E
A
p , d d
x x
2
2
p , p0 常数
m=l/b
DLJ204—81SLJ2—81水利水电工程岩石试验规程(试行)
前言第一章总则(G100-81)第二章岩石试验工作基本要求(G200-81)第三章岩块试验(G300-81)第四章岩体变形试验(G400-81)第五章岩体强度试验(G500-81)第六章岩体应力测试(G600-81)第七章试验成果整理要求和方法(G700-81)附录一试料采取与管理附录二试洞开挖与地质描述附录三液压千斤顶和液压枕及滚轴排的率定附录四测试工作注意事项附录五岩石试验常用名词、术语、符号、单位表附录六常用SI制、公制、英制换算打印刷新水利水电工程岩石试验规程（试行）DLJ204—81SLJ2—81关于颁发试行《水利水电工程钻孔抽水试验规程》、《水利水电工程岩石试验规程》和《水利水电钻探规程》的通知(81)电水字第9号(81)水规字第15号为加强技术管理，提高地勘工作质量，于一九七五年组织长江流域规划办公室进行了抽水试验规程的修订，一九七六年组织水利电力部第四工程局勘测设计研究院、长江流域规划办公室长江水利水电科学研究院、黄河水利委员会水利科学研究所、云南省电力局设计院科研所进行了岩石试验规程的修订，一九七八年组织东北、成都、西北勘测设计院进行了钻探规程的修订。
在修订过程中进行了深入调查研究，比较试验和征求意见。
现批准《水利水电工程钻孔抽水试验规程》DLJ203—81、SLJ1—81，《水利水电工程岩石试验规程》DLJ204—81、SLJ2—81，《水利水电钻探规程》DLJ205—81、SLJ3—81颁发试行。
它们与一九七八年颁发试行的地质测绘规程、钻孔压水试验规程；天然建筑材料勘察规程、施工地质规程、地质勘察资料内业整理规程和即将颁发的电法勘探规程、地震勘探规程、测井规程均属于水利水电工程地质勘察规范的一套规程范围之内。
请你们加强经验总结和科学研究工作，在试行过程中，如发现有不妥和需要补充之处，请函告电力工业部水力发电建设总局和水利部规划设计管理局。
1981年2月19日前言《水利水电工程岩石试验规程》是根据原水利电力部规划设计院(76)规勘04号文的要求进行修订的。
4.2.1岩石变形试验及变形性质
过程。
工程意义：反映岩石破裂后仍具一定承载能力；预测岩爆；预测蠕变等。
Ⅲ
v c
Ⅰ
Ⅱ
D
p
r
r
o
：单轴压缩状态下使岩石
中的空隙闭合的最小应力（A点）
C
e
B
A
v a 2 r
或
：应力-应变
曲线保持直线关系的极限应力（B点）
力增加而减速增大，抗变形
能力增加；
(3)试件体积减小；
(4)曲线Ⅲ较陡，径向应变增
E
加缓慢。
微观机理：岩体内存在微张
的微裂纹。压力增大，裂纹
闭合，岩石刚度增加。
岩石应力应变全过程曲线具有明显的阶段性。
典型的全过程应力应变曲线一般可以分为5阶段：
线弹性变形阶段(AB段):
(1)轴向应力较大。
(2)曲线Ⅰ近似呈直线。
a
• 平均弹性模量：取~近似于直线段的平均
斜率
• 割线弹性模量：原点与曲线某点连线的斜率
残余强度
岩石超过其峰值强度后发生破坏，内部出现破裂，其承载能力因而下降，但仍然会
表现出一定的强度性质。
在具有限制应力（围压）条件下，情况更是如此。
刚性压力机
1966年，库克（Cook）教授利用自制刚性试验机获得了的一条大理岩的全应力~应
a
Dilitancy：压缩应力下岩石体积
出现膨胀的现象称为岩石扩容（C点）
：单轴压缩下岩石所能承受的
最大应力称为峰值强度（D点）
岩石应力应变全过程曲线具有明显的阶段性。
裂隙压密(闭合)阶段(OA段):
岩块的变形与强度性质
外推岩体的力学性质。另外，岩块强度还是评价建筑
材料和岩体工程分类的重要指标。因此，开展对岩块 变形与强度性质的研究，必然有助于更全面深人地了 解岩体的力学性质。
第 四 • 应力、应变 章 • 应力状态、摩尔应力圆 岩 任 σ x τ xy τ xz 主 σ 1 0 0 块 意 τ σ τ 应 0 σ 0 yx y yz 2 力 状 的 τ τ σ 状 0 0 σ 3 态 zx zy z 变 态 形 与 强 度 性 质
塑-弹-塑性型2
弹性-蠕变型
变形参数确定 1)变形模量（modulus of deformation)是指单轴压
缩条件下，轴向压应力与轴向应变之比。 • 应力-应变曲线为直线型 i 这时变形模量又称为弹性模量
•应力-应变曲线为“S”型 初始模量(Ei)指曲线原点处切线斜率
E
i i
2 50
1 2 1 2 1 E 1 E d 2 d 2 dt dt d E o dt
o
E
(1 e
E
t
)
0 0 E
0 E
o o t E
o
t'
塑性变形 o p
总变形 一次加、卸载 曲线
弹性变形 e
第 3.反复加卸荷(岩石记忆、回滞环、疲劳破坏） 四 章 岩 块 的 变 形 与 强 度 性 质
二、三轴压缩条件下的变形
（一）三轴试验
•真三轴试验 1> 2> 3 •常规三轴试验 1> 2= 3
1) 不同3下的三轴抗压强度σ 1m 2）强度曲线及剪切强度C、υ值 3）应力-应变曲线及变形模量
第四章岩体的力学特性
滑坡体/沿断的滑动(huádòng)破坏面
Tang Lizhong . Institute of R精o品ck文&档Soil Mechanics and Engineering, Central South University
Chapter 4 Mechanical Properties of Rock Mass
2.1 引言(yǐnyán)/Introduction
受不连续(liánxù)面强烈切割的岩体
Tang Lizhong . Institut精e 品of文R档ock & Soil Mechanics and Engineering, Central South University
Chapter 4 Mechanical Properties of Rock Mass
2.1 引言(yǐnyán)/Introduction
露天矿边坡岩体-不连续(liánxù)面/断层
Tang Lizhong . Institute of R精o品ck文&档Soil Mechanics and Engineering, Central South University
Chapter 4 Mechanical Properties of Rock Mass
构(jié结g构òu面): 特岩征体中开裂的或易于开裂的地质界面，叫做结构面
(structure plane) 。 不连续面： 开裂的或垂直于结构面方向抗拉强度很小的结构面
discontinuity plane) 又称为不连续面，如断层(fault)、节理(joint)、劈理 (cleavage)等
一、不连续面的几何特征
04.工程岩体试验方法标准GBT50266-99(条文说明)
选择试验方法时应注意
选择岩石块体密度的试验方法时 主要应考虑试件制备的
难度和水对岩石的影响
对于粘土类岩石 将试件置于熔蜡中会引起含水率的变
化 若先烘干试件 又将产生干缩 使试件体积缩小 都会使岩石块
体密度受到影响 这是蜡封法测定粘土类岩石块体密度的最大弱
点 高分子涂料法可在常温下封闭试件 可以确保试验过程中试
两者都影响试验成果 凡试件最终破坏未贯穿整个试件截面 而
是局部脱落 应视为无效试件
本条说明同第
条的说明
直剪试验
岩石直剪试验是将同一类型的一组岩石试件 在不同的 法向荷载下进行剪切 根据库伦表达式确定岩石的抗剪强度参数 本试验采用应力控制式的平推法直剪试验 对于完整坚硬的岩 石 宜采用三轴试验
预定应力或预定压力 一般是指工程设计应力或工程设 计压力 在确定试验应力或试验压力时 还应考虑岩石或岩体的 强度 岩体的应力状态以及设备的精度或出力
控制
颗粒密度试验
岩石颗粒密度是岩石固相物质的质量与其体积的比值
该试验即为原比重试验
本条对试件作了以下规定
颗粒密度试验的试件采用块体密度试验后的试件破碎成
岩粉 其目的是减少岩石不均一性的影响
试件粉碎后的最大粒径 应不含闭合裂隙 国内外有关规
定中 除个别采用最大粒径不超过
外 绝大多数规定过
筛 根据实测资料 当最大粒径为 时 对试验成果影
,
中华人民共和国国家标准
工程岩体试验方法标准
条文说明
制订说明
本标准是根据国家计委计综
号文的要求 由电力
工业部负责主编 具体由电力工业部水电水利规划设计总院会同
成都勘测设计研究院 中国水利水电科学研究院 长沙矿冶研究