第4章岩石的变形 水电工程地质岩体力学课件 ppt
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精品课程《岩石力学》ppt课件(全)
具体而言，研究岩石在荷载作用下的应力、变形和破坏 规律以及工程稳定性等问题。
上述定义是把“岩石”看成固体力学中的一种材料，然而
岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，它是
一种典型的“连续介质”，具有复杂的地质构造和赋
存条件的天然地质体。
.
11
三、岩石力学理论的发展简史
1. 初始阶段(19世纪末~20世纪初)
.
8
（2）60年代初意大利Vajont大坝水库高边坡的崩溃 意大利Vajont拱坝，坝高262m，
于1959年建成，是当时世界上 最高的拱坝。1963年10月9日 夜，由于大坝上游山体突然滑 坡，约2.5亿立方的山体瞬时涌 入水库，涌浪摧毁上游及下游 一个小镇与邻近几个村庄，造 成约2500人死亡，整个灾害的 持续时间仅仅5分钟。
.
3
一、引言
1. 人类活动与岩石工程（Rock Engineering）
岩石圈是人类赖以生存的主要载体，人类的大部分活动都 是在岩石圈上进行的：
远古
约4700年前 公元1600年
19世纪
石器，穴居 金字塔（146.5m) 火药采矿 铁路隧道技术
20世纪 大型水电工程
岩基、边坡，地下 洞室，隧道工程等
普罗托吉雅柯诺夫提出的自然平衡拱学说，即普氏理论．
围岩开挖后自然塌落成抛物线拱形，作用在支架上的压力等于 冒落拱内岩石的重量，仅是上覆岩石重量的一部分．
太沙基(K．Terzahi)理论 围岩塌落成矩形，而不是抛物线型．
优点与缺点
上述理论在一定历史时期和一定条件下还是发挥了一定作用的， 但是围岩的塌落并不是形成围岩压力的惟一来源，也不是所有 的地下空间都存在塌落拱．围岩和支护之间并不完全是荷载和 结构的关系问题，在很多情况下围岩和支护形成一个共同承载 系统，而且维持岩石工程的稳定最根本的还是要发挥围岩的作 用．
《岩石的变形》课件
岩石变形的实验研究方法
室内模拟实验
实验目的：模拟岩石在自然环境中 的变形过程
实验步骤：加载、测量、记录、分 析等
添加标题
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实验设备：岩石样品、加载设备、 测量仪器等
实验结果：岩石变形规律、变形机 理等
室外现场观测
观测地点：选择具有代表性的岩石 变形区域
观测频率：根据岩石变形速度确定 观测频率
添加标题
添加标题
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观测设备：使用GPS、倾斜仪、应 变仪等设备进行观测
数据处理：对观测数据进行处理和 分析，得出岩石变形规律和趋势
数值模拟方法
数值模拟：通过计算机模拟岩石变形的过程
优点：可以模拟复杂的岩石变形过程，不受实验条件的限制 缺点：需要大量的计算资源和时间，结果可能受到模型假设和参数设置的 影响 应用：在岩石力学、地球物理、工程地质等领域有广泛的应用
岩石变形
汇报人：
单击输入目录标题 岩石变形的概念 岩石变形的机理 岩石变形的表现形式 岩石变形的地质意义 岩石变形的实验研究方法
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岩石变形的概念
岩石变形的定义
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
岩石变形可以分为弹性变形、 塑性变形和脆性变形三种类 型。
岩石变形是指岩石在外力作 用下产生的形状、体积和内 部结构的变化。
脆性变形：岩石 在外力作用下发 生断裂，形成裂 隙或断层
蠕变变形：岩石 在外力作用下发 生缓慢、持续的 形变，如地壳运 动、岩浆侵入等
岩石变形的影响因素
应力：岩石受到的力，包括压应力、拉应力、剪应力等 温度：岩石的温度会影响其变形能力 湿度：岩石的湿度会影响其变形能力 岩石的性质：包括岩石的矿物成分、结构、孔隙率等
岩石力学讲义岩石的变形特征PPT讲稿
变εp。
CD段-加速蠕变阶段：蠕变加速发 展直至岩块破坏(D点)。
2. 岩石蠕变的影响因素
岩石本身性质是影响其蠕变性质的内在因素。
8
页岩 6
ε（10-5）
4 2
2
页岩 花岗岩
4
6
8
10 12
2. 岩石蠕变的影响因素
应力水平的影响： ① 越小，ε-t曲线的第二阶段越长； ② 小到一定程度，第三蠕变不会出 现； ③ 很高，第二阶段短，立即进入 三阶段
典型的蠕变曲线
在初始蠕变阶段中某一点P卸载，应变沿PQR下降至零。卸荷 后应力立即消失，但应变随时间逐渐恢复，二者恢复不同 步—应变恢复总是落后于应力，这种现象称为弹性后效。
BC段-等速蠕变阶段（稳定蠕变阶 段)：曲线呈近似直线，即应变随 时间近似等速增加，直到C点。若 在本阶段内某点T卸载，则应变将 沿TUV线恢复，最后保留一永久应
Ei
i i
i L
初始模量：初始段 应力-应变曲线的切
线的斜率
变形参数测定的动力法
设岩石为均质、各向同性、弹性体，则弹性波在岩体介质中传播的纵波速度和 横波速度可以用下列公式表示：
纵波速度： 横波速度：
Vp
Ed
1 d
1 d 1 2d
Vs
Ed
1
21 d
变形参数测定的动力法 根据上述两个式子可以推导得出由纵横波速度表示的动态弹性模量和泊松比：
某些软弱岩石也具有类似ε特性。
ε
类型Ⅴ
类型Ⅵ
σ
σ
ε
ε
3.单轴压缩循环加载方式下的岩块变形
加载-卸载时的应力应变关系
1）岩石是弹性的或卸荷点（P）的应力低于岩石的弹性极 限(A)表现为弹性恢复
CD段-加速蠕变阶段：蠕变加速发 展直至岩块破坏(D点)。
2. 岩石蠕变的影响因素
岩石本身性质是影响其蠕变性质的内在因素。
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页岩 6
ε（10-5）
4 2
2
页岩 花岗岩
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6
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10 12
2. 岩石蠕变的影响因素
应力水平的影响： ① 越小，ε-t曲线的第二阶段越长； ② 小到一定程度，第三蠕变不会出 现； ③ 很高，第二阶段短，立即进入 三阶段
典型的蠕变曲线
在初始蠕变阶段中某一点P卸载，应变沿PQR下降至零。卸荷 后应力立即消失，但应变随时间逐渐恢复，二者恢复不同 步—应变恢复总是落后于应力，这种现象称为弹性后效。
BC段-等速蠕变阶段（稳定蠕变阶 段)：曲线呈近似直线，即应变随 时间近似等速增加，直到C点。若 在本阶段内某点T卸载，则应变将 沿TUV线恢复，最后保留一永久应
Ei
i i
i L
初始模量：初始段 应力-应变曲线的切
线的斜率
变形参数测定的动力法
设岩石为均质、各向同性、弹性体，则弹性波在岩体介质中传播的纵波速度和 横波速度可以用下列公式表示：
纵波速度： 横波速度：
Vp
Ed
1 d
1 d 1 2d
Vs
Ed
1
21 d
变形参数测定的动力法 根据上述两个式子可以推导得出由纵横波速度表示的动态弹性模量和泊松比：
某些软弱岩石也具有类似ε特性。
ε
类型Ⅴ
类型Ⅵ
σ
σ
ε
ε
3.单轴压缩循环加载方式下的岩块变形
加载-卸载时的应力应变关系
1）岩石是弹性的或卸荷点（P）的应力低于岩石的弹性极 限(A)表现为弹性恢复
岩体力学PPT-1岩石的变形与破坏
VV ×100% V V na = Va ×100% V n= VV 0 n0 = ×100% V VVc nc = ×100% V nb = VVb ×100% V
• 孔隙比e是指岩石中孔隙的体积与 e = VV = n 孔隙比e Vs 1 − n 的体积之比。 岩石固体Vs的体积之比。
13
• （4）含水率、吸水率、饱水含水率ω：岩石中水的含量Ww与岩石烘干重量Ws 比值的百分率。 比值的百分率。 Ww ω= ×100% Ws • 岩石的吸水率ωa是指干燥岩石试样在一个大气压和室温 条件下吸入水的重量Ww与岩石干重量Ws之比的百分率。 之比的百分率。
100是指干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量w岩石的饱和吸水率简称饱水率sa是指岩样在强制状态真空煮沸或高压下其最大吸入水的重量w与岩石干重量wwp为饱和岩样重量154含水率吸水率饱水率和饱水系数饱水系数是指岩石吸水率与饱水率比值的百分率
岩 体 力 学 1.岩石的变形及强度 1.岩石的变形及强度 主讲 林锋
8
• ③ 变质岩
大面积变质的岩石为区域性的，但也有局部性的。 大面积变质的岩石为区域性的，但也有局部性的。 区域性的 局部性的 其中局部性的如果是因为岩浆涌出造成周围岩石的变质 其中局部性的如果是因为岩浆涌出造成周围岩石的变质 称为接触变质岩 接触变质岩； 称为接触变质岩；如果是因为地壳构造错动造成的岩石 变质为动力变质岩。 变质为动力变质岩。 动力变质岩
•
岩受变质作用的程度不同，变质情况也不同， 岩受变质作用的程度不同，变质情况也不同，一般 低级变质、 分为低级变质 中级和高级变质。变质级别越高， 分为低级变质、中级和高级变质。变质级别越高，变质 程度越深。 沉积岩粘土质岩石在低级作用下 形成板 在低级作用下， 程度越深。如沉积岩粘土质岩石在低级作用下，形成板 在中级变质时形成云母片岩 云母片岩； 岩；在中级变质时形成云母片岩；在高级变质作用下形 片麻岩。 成片麻岩。 • 变质岩的主要特征是这类岩石大多数具有结晶结构 主要特征是这类岩石大多数具有结晶结构、 变质岩的主要特征是这类岩石大多数具有结晶结构、 定向构造(如片理、片麻理等)和由变质作用形成的特征 定向构造(如片理、片麻理等)和由变质作用形成的特征 变质矿物变质岩力学性质与原岩、 变质矿物变质岩力学性质与原岩、变质作用的性质和程 度等有关系。 度等有关系。
• 孔隙比e是指岩石中孔隙的体积与 e = VV = n 孔隙比e Vs 1 − n 的体积之比。 岩石固体Vs的体积之比。
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• （4）含水率、吸水率、饱水含水率ω：岩石中水的含量Ww与岩石烘干重量Ws 比值的百分率。 比值的百分率。 Ww ω= ×100% Ws • 岩石的吸水率ωa是指干燥岩石试样在一个大气压和室温 条件下吸入水的重量Ww与岩石干重量Ws之比的百分率。 之比的百分率。
100是指干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量w岩石的饱和吸水率简称饱水率sa是指岩样在强制状态真空煮沸或高压下其最大吸入水的重量w与岩石干重量wwp为饱和岩样重量154含水率吸水率饱水率和饱水系数饱水系数是指岩石吸水率与饱水率比值的百分率
岩 体 力 学 1.岩石的变形及强度 1.岩石的变形及强度 主讲 林锋
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• ③ 变质岩
大面积变质的岩石为区域性的，但也有局部性的。 大面积变质的岩石为区域性的，但也有局部性的。 区域性的 局部性的 其中局部性的如果是因为岩浆涌出造成周围岩石的变质 其中局部性的如果是因为岩浆涌出造成周围岩石的变质 称为接触变质岩 接触变质岩； 称为接触变质岩；如果是因为地壳构造错动造成的岩石 变质为动力变质岩。 变质为动力变质岩。 动力变质岩
•
岩受变质作用的程度不同，变质情况也不同， 岩受变质作用的程度不同，变质情况也不同，一般 低级变质、 分为低级变质 中级和高级变质。变质级别越高， 分为低级变质、中级和高级变质。变质级别越高，变质 程度越深。 沉积岩粘土质岩石在低级作用下 形成板 在低级作用下， 程度越深。如沉积岩粘土质岩石在低级作用下，形成板 在中级变质时形成云母片岩 云母片岩； 岩；在中级变质时形成云母片岩；在高级变质作用下形 片麻岩。 成片麻岩。 • 变质岩的主要特征是这类岩石大多数具有结晶结构 主要特征是这类岩石大多数具有结晶结构、 变质岩的主要特征是这类岩石大多数具有结晶结构、 定向构造(如片理、片麻理等)和由变质作用形成的特征 定向构造(如片理、片麻理等)和由变质作用形成的特征 变质矿物变质岩力学性质与原岩、 变质矿物变质岩力学性质与原岩、变质作用的性质和程 度等有关系。 度等有关系。
岩体力学岩体的变形与强PPT学习教案
第17页/共87页
2.1.4 岩体变形的结构效应
（三）结构面密度的影响 反映结构面密度的指标主要有线（ 面、体 ）裂隙 率、岩 体质量 指标R QD， 岩体的 完整性 系数Ｉ 等。
对于较完整岩体，随着RQD降低 ，模量 降低系 数近似 线性减 小。 岩体的完整性系数Ｉ 较低时，模量比较低，且变化不大；I 值较高时，随着 I 值增加，模量比以线性关系迅速增大。
岩块力学性质结构效应基础坚硬结构面不连续的小节理隐节理层面三结构面综合分级221结构面的类型第30页共87页2222结构面及其力学性质结构面及其力学性质221221结构面的类型结构面的类型222222结构面的自然特性结构面的自然特性22212221结构面的结合状态及其充填物质结构面的结合状态及其充填物质22222222结构面的几何形态或形态特征结构面的几何形态或形态特征22232223结构面的空间分布结构面的空间分布22242224结构面两侧岩性及其差异结构面两侧岩性及其差异223223结构面的力学性质结构面的力学性质22312231无充填结构面无充填结构面22322232充填的结构面充填的结构面22332233复合结构面复合结构面22342234未贯通断续结构面未贯通断续结构面第31页共87页222222结构面的自然特性结构面的自然特性结构面的自然特性是结构面的自然特性是指结构面的现状特征指结构面的现状特征
2.1.0 概述
岩体变形控制量化分析的基础是正确获得岩体的变形 破坏规律及相应的变形参数及强度参数。岩体变形参数 需要通过岩体变形试验来获得。
岩体变形试验包括：承压板法，狭缝法、单（双）轴 压缩法、钻孔径向加压法、隧道液压枕径向加压法、隧 道水压法等。可以获得变形模量、弹性模量、泊松比等。
一、岩体变形试验分类 （一）按照施加荷载作用方向 (1)法向变形试验：承压板法、狭缝法、单双轴三轴压
2.1.4 岩体变形的结构效应
（三）结构面密度的影响 反映结构面密度的指标主要有线（ 面、体 ）裂隙 率、岩 体质量 指标R QD， 岩体的 完整性 系数Ｉ 等。
对于较完整岩体，随着RQD降低 ，模量 降低系 数近似 线性减 小。 岩体的完整性系数Ｉ 较低时，模量比较低，且变化不大；I 值较高时，随着 I 值增加，模量比以线性关系迅速增大。
岩块力学性质结构效应基础坚硬结构面不连续的小节理隐节理层面三结构面综合分级221结构面的类型第30页共87页2222结构面及其力学性质结构面及其力学性质221221结构面的类型结构面的类型222222结构面的自然特性结构面的自然特性22212221结构面的结合状态及其充填物质结构面的结合状态及其充填物质22222222结构面的几何形态或形态特征结构面的几何形态或形态特征22232223结构面的空间分布结构面的空间分布22242224结构面两侧岩性及其差异结构面两侧岩性及其差异223223结构面的力学性质结构面的力学性质22312231无充填结构面无充填结构面22322232充填的结构面充填的结构面22332233复合结构面复合结构面22342234未贯通断续结构面未贯通断续结构面第31页共87页222222结构面的自然特性结构面的自然特性结构面的自然特性是结构面的自然特性是指结构面的现状特征指结构面的现状特征
2.1.0 概述
岩体变形控制量化分析的基础是正确获得岩体的变形 破坏规律及相应的变形参数及强度参数。岩体变形参数 需要通过岩体变形试验来获得。
岩体变形试验包括：承压板法，狭缝法、单（双）轴 压缩法、钻孔径向加压法、隧道液压枕径向加压法、隧 道水压法等。可以获得变形模量、弹性模量、泊松比等。
一、岩体变形试验分类 （一）按照施加荷载作用方向 (1)法向变形试验：承压板法、狭缝法、单双轴三轴压
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
岩体力学获奖课件
岩石越硬，BC段越 短，脆性性质越明显。
脆性：应力超出屈 服应力后，并不体现 出明显旳塑性变形旳 特征，而破坏，即为 脆性破坏。
• b.弹性常数与强度旳拟定
• 弹性模量国际岩石力学学会（ISRH）建议 三种方法
•
•
E0
初始模量
d d
c
0
•
E50 / 50
• 割线模量
•
Et d / d 50
b.实际岩石旳流变性是复杂旳，是三种基本元件旳不同 组合旳性质，不是单一元件旳性质。
c.用粘弹性体：研究应力不不小于屈服应力时旳流变性 ；
用粘弹塑性体：研究应力不小于屈服应力时旳流变性 。
5.2 组合模型及其性质
(1)串联和并联旳性质
串连即两个或多种元件首尾依次相联旳模型。
并联即两个或多种元件首与首、尾与尾相联旳模型。
松驰：应变恒定，岩石中旳应力随时间降低，这种现象称“松 驰”。
（一）经典旳蠕变曲线（分三阶段）
1、初始蠕变阶段（瞬变蠕变阶段）AB。
特点：① 有瞬时应变 0（OA）；② t ，应
变率随时间增长而减小；③卸载后，有瞬时恢复变 形，后弹性后效，弹性后效，变形经过一段时间后 ，逐渐恢复旳现象。
特点：
①岩石旳原生和新生裂隙贯穿，到达D点，靠碎块间旳摩擦 力承载，故 D —称为残余应力。 ②承载力伴随应变增长而降低，有明显旳软化现象。
（3）全应力——应变曲线旳补充性质
①近似对称性 ②B点后卸载有残余应变，反复加载沿另一曲线上 升形成滞环(hysteresis) ，加载曲线但是原卸载 点，但邻近和原曲线光滑衔接。
c.无应力松弛 d.无蠕变流动
5.1 描述流变性质旳三个基本元件
(2)塑性元件
岩体力学课件
岩体的应变包括弹性应变和塑性 应变，其分布和变化规律对于岩 体的稳定性至关重要。
强度理论
岩体的强度理论是研究岩体在各 种应力状态下的破坏机制和临界 应力的基础。
强度参数
岩体的强度参数包括单轴抗压强 度、抗拉强度和剪切强度等，这 些参数是评估岩体稳定性的关键 指标。
岩体的动力学性质
01
应变率效应
在快速变形或冲击加载条件下， 岩体的力学行为会表现出明显的 应变率效应。
型、剪切型和复合型等。
破裂判据
03
为了预测岩体的破裂或失稳，需要建立相应的破裂判据或稳定
性分析方法。
04
岩体的工程分类与评估
岩体的工程分类
坚硬完整岩体
岩体结构完整，强度高 ，变形量小，工程性质
好。
软弱破碎岩体
岩体结构破碎，强度低 ，变形量大，工程性质
差。
节理化岩体
岩体节理发育，强度和 稳定性受节理影响较大
岩体灾害的预测与防治
总结词
岩体灾害的预测与防治是岩体力学应用的另一个重要领域，旨在预防和减轻岩体灾害对 人类生命财产的损失。
详细描述
岩体灾害如滑坡、泥石流、崩塌等，是一种常见的自然灾害。岩体力学的理论和方法在 岩体灾害的预测和防治中发挥了重要作用。通过研究岩体的变形、失稳和破坏机制，可 以预测岩体灾害的发生，并采取相应的防治措施，如加固、排水、减载等，以降低灾害
岩体力学的应用领域
资源开发
环境工程
岩体力学在矿产资源开发、石油和天 然气勘探等领域中发挥着重要作用， 涉及岩石力学性质分析、地下工程设 计等方面。
岩体力学在环境工程中应用于地质灾 害防治、土壤侵蚀控制、废弃物处置 等方面，涉及岩土体稳定性评估和环 境保护等方面。
强度理论
岩体的强度理论是研究岩体在各 种应力状态下的破坏机制和临界 应力的基础。
强度参数
岩体的强度参数包括单轴抗压强 度、抗拉强度和剪切强度等，这 些参数是评估岩体稳定性的关键 指标。
岩体的动力学性质
01
应变率效应
在快速变形或冲击加载条件下， 岩体的力学行为会表现出明显的 应变率效应。
型、剪切型和复合型等。
破裂判据
03
为了预测岩体的破裂或失稳，需要建立相应的破裂判据或稳定
性分析方法。
04
岩体的工程分类与评估
岩体的工程分类
坚硬完整岩体
岩体结构完整，强度高 ，变形量小，工程性质
好。
软弱破碎岩体
岩体结构破碎，强度低 ，变形量大，工程性质
差。
节理化岩体
岩体节理发育，强度和 稳定性受节理影响较大
岩体灾害的预测与防治
总结词
岩体灾害的预测与防治是岩体力学应用的另一个重要领域，旨在预防和减轻岩体灾害对 人类生命财产的损失。
详细描述
岩体灾害如滑坡、泥石流、崩塌等，是一种常见的自然灾害。岩体力学的理论和方法在 岩体灾害的预测和防治中发挥了重要作用。通过研究岩体的变形、失稳和破坏机制，可 以预测岩体灾害的发生，并采取相应的防治措施，如加固、排水、减载等，以降低灾害
岩体力学的应用领域
资源开发
环境工程
岩体力学在矿产资源开发、石油和天 然气勘探等领域中发挥着重要作用， 涉及岩石力学性质分析、地下工程设 计等方面。
岩体力学在环境工程中应用于地质灾 害防治、土壤侵蚀控制、废弃物处置 等方面，涉及岩土体稳定性评估和环 境保护等方面。
岩体力学性质PPT课件
岩石在成岩过程中形成的 结构面，如层理、片理、 节理等。
构造结构面
由构造运动形成的破裂面 或断裂面，如断层、节理 、劈理等。
次生结构面
由外动力地质作用形成的 结构面，如风化裂隙、卸 荷裂隙等。
结构面对岩体强度影响
降低岩体强度
结构面的存在使得岩体的连续性 受到破坏，导致岩体强度降低。
控制破坏形式
结构面的产状、规模和组合关系对 岩体的破坏形式起着控制作用。
压缩强度
岩石在单向或三向受压条 件下破坏时的最大压应力
。
压缩变形
岩石在压力作用下产生的 变形，包括弹性变形和塑
性变形。
压缩模量
岩石在单向压缩条件下的 应力-应变关系中的比例常
数。
岩石拉伸性质
拉伸强度
岩石在拉伸条件下破坏时的最大拉应力。
拉伸变形
岩石在拉力作用下产生的变形，主要表现 为弹性变形。
拉伸模量
孔隙度
指岩石中孔隙体积与总体积之比，以 百分数表示。孔隙度反映了岩石的储 集能力和渗透性能。
岩石硬度与强度
岩石硬度
指岩石抵抗刻划、压入和研磨的能力，常用摩氏硬度计进行 测定。硬度与矿物成分、结构和构造等因素密切相关。
岩石强度
指岩石在受力作用下抵抗破坏的能力，包括抗压强度、抗拉 强度和抗剪强度等。强度受岩石成分、结构、构造和应力状 态等因素影响。
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THANKS
室内试验法
单轴压缩试验
对规则试件施加单轴压力，测定 其抗压强度、变形和破坏特征。
三轴压缩试验
在三向应力状态下对试件施加压 力，研究岩石在三向应力下的力
学性质。
剪切试验
对试件施加剪切力，测定其抗剪 强度和剪切变形特性。
构造结构面
由构造运动形成的破裂面 或断裂面，如断层、节理 、劈理等。
次生结构面
由外动力地质作用形成的 结构面，如风化裂隙、卸 荷裂隙等。
结构面对岩体强度影响
降低岩体强度
结构面的存在使得岩体的连续性 受到破坏，导致岩体强度降低。
控制破坏形式
结构面的产状、规模和组合关系对 岩体的破坏形式起着控制作用。
压缩强度
岩石在单向或三向受压条 件下破坏时的最大压应力
。
压缩变形
岩石在压力作用下产生的 变形，包括弹性变形和塑
性变形。
压缩模量
岩石在单向压缩条件下的 应力-应变关系中的比例常
数。
岩石拉伸性质
拉伸强度
岩石在拉伸条件下破坏时的最大拉应力。
拉伸变形
岩石在拉力作用下产生的变形，主要表现 为弹性变形。
拉伸模量
孔隙度
指岩石中孔隙体积与总体积之比，以 百分数表示。孔隙度反映了岩石的储 集能力和渗透性能。
岩石硬度与强度
岩石硬度
指岩石抵抗刻划、压入和研磨的能力，常用摩氏硬度计进行 测定。硬度与矿物成分、结构和构造等因素密切相关。
岩石强度
指岩石在受力作用下抵抗破坏的能力，包括抗压强度、抗拉 强度和抗剪强度等。强度受岩石成分、结构、构造和应力状 态等因素影响。
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室内试验法
单轴压缩试验
对规则试件施加单轴压力，测定 其抗压强度、变形和破坏特征。
三轴压缩试验
在三向应力状态下对试件施加压 力，研究岩石在三向应力下的力
学性质。
剪切试验
对试件施加剪切力，测定其抗剪 强度和剪切变形特性。
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l
端摩平光滑，按照实验要求，在侧面粘贴电阻
l
d/2
丝片，以便观测变形，然后用压力机对试样加 d
压，见图4-5。在任何轴向压力下都测量试样
的轴向应变和侧向应变。设试样的长度为，直
径为，试样在荷载P作用下轴向缩短，侧向膨
胀，则试样的轴向应变为。
y
l l
x
d d
4.2 岩石变形性质的室内测定
➢ 1 单轴压缩试验：
（2）脆性或脆性状态：如果材料的承 载能力随着变形的增加而减少，则材料就 称为脆性的或处于脆性状态。
σ
Rc
C 3P R 4
σo
B
S
2
U
D
A
1
QT
o εp
ε
图4-3 完全的应力-应变曲线
4.1 岩石的变形特征
➢ 2）应力-应变曲线类型：
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ σ
典型的应力-应变曲线类型：
ε
ε
类型Ⅲ
类型Ⅳ
σ σ
ε
ε
类型Ⅴ
类型Ⅵ
σ σ
米勒(Miller)根据岩石的应力-应变曲线
随着岩石的性质有各种不同形式的特点，
ε
ε
采用28种岩石进行了大量的单轴试验后，
将岩石的应力-应变曲线分成6种类型，如
图4-4所示：
4.1 岩石的变形特征
➢ 2）应力-应变曲线类型：
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ σ
类型Ⅰ：弹性关系
ε
ε
应力与应变的关系是一直线或者近似直
σ
Rc
C 3P R 4
σo
B
S
2
U
D
A
1
QT
o εp
ε
图4-3 完全的应力-应变曲线
4.1 岩石的变形特征
➢ 1）岩石应力-应变的一般关系：
第四区段CD，开始于应力-应变曲线上 的峰值C点，其特点是这一区段上曲线的 斜率为负值。在这一区段内卸载可能产生 很大的残余变形。 图中ST表示卸载曲线，TU表示再加载 曲线。 可以看出，TU线在比S点低得多的应力 下趋近于CD曲线。这一范围内的特点是 岩石表现出脆性性质。 从图4-3上所示破坏后的荷载循环STU来 看，破坏后的岩石仍可能具有一定的刚度， 从而也就可能具有一定的承载能力。
σ
Rc
C 3P R 4
σo
B
S
2
U
D
A
1
QT
o εp
ε
图4-3 完全的应力-应变曲线
4.1 岩石的变形特征
➢ 1）岩石应力-应变的一般关系：
在OA和AB这两个区段内，岩石很接近 于弹性的，可能稍有一点滞回效应，但是 在这两个区内加载与卸载对于岩石不发生 不可恢复的变形。 第三区段BC的起点B往往是在C点最大 应力值的2/3处，从B点开始，应力-应变 曲线的斜率随着应力的增加而逐渐降低到 零。在这一范围内，岩石将发生不可恢复 的变形，加载与卸载的每次循环都是不同 的曲线。 在图4-3上的卸载曲线PQ在零应力时还 有残余变形。如果岩石上再加载，则再加 载曲线QR总是在曲线OABC以下，但最终 与之连接起来。
第4章 岩石的变形
华北水利水电学院岩土工程系 岩石力学课程组
4.1 岩石的变形特征
➢岩石变形的概念：
图3-34 基岩变形性质差异引起剪应力 岩石的变形是指岩石在任何物理因素作用下形状和大小的变化。
工程最常研究的变形是由于力的影响所产生的， 坝建在多种岩石组成的岩基上，这些岩石的变形性质不同，则
由于基岩的不均匀变位可以使坝体的剪应力和主拉应力增长，造成开 裂错位等不良后果。如果岩基中岩石的变形性质已知并且在岩基内这 此性质的变化也已确定，那么在坝施工中可以采取必要措施防止不均 匀变位。
假如岩石服从虎克定律(线性弹性材料)，则 压缩时的弹性模量E由下式给出：
E PA Pl l l lA
σ σ
类型Ⅲ
类型Ⅳ
线，直到试样发生突然破坏为止。具有这
ε
ε
类型Ⅴ
类型Ⅵ
σ σ
种变形类型的岩石有玄武岩、石英岩、白
云岩以及极坚固的石灰岩；
ε
ε
类型Ⅱ：弹-塑性
在应力较低时，应力-应变关系近似于 直线，当应力增加到一定数值后，应力应变曲线向下弯曲变化，且随着应力逐渐 增加，曲线斜率也愈来愈小，直至破坏；
σ
Rc
C 3P R 4
σo
B
S
2
U
D
A
1
QT
o εp
ε
图4-3 完全的应力-应变曲线
4.1 岩石的变形特征
➢ 1）岩石应力-应变的一般关系：
（1）塑性或塑性状态：如果材料承受 永久变形而没有失去其承载能力，则这种 材料称为塑性的或处于塑性状态。在有些 文献中也有把这种材料称为韧性的或处于 韧性状态。
4.1 岩石的变形特征
➢岩石变形的概念：
岩石的变形特性常用弹性模量 E 和泊松比 两个常数来表示。当这两个常数为已
知时，就可用三维应力条件的广义虎克定律计算出给定应力状态下的变形：
X
1 E
E 1
E
0 0
0 0
0
0 X
பைடு நூலகம்
Y
XZY
E
E
0
E E 0
E
1
0
E
0 21
0 0
ε
ε
类型Ⅴ
类型Ⅵ
σ σ
有这种性质。
ε
ε
类型Ⅵ：弹-塑-蠕变性
应力-应变关系曲线是岩盐的特征，开 始先有很小一段直线部分，然后有非弹性 的曲线部分，并继续不断地蠕变。某些软 弱岩石也具有类似特性。
4.2 岩石变形性质的室内测定
➢ 1 单轴压缩试验：
在单轴压缩试验时，试样大多采用圆柱形，
P
一般要求试样的直径为5cm，高度为10cm，两
4.1 岩石的变形特征
➢ 2）应力-应变曲线类型：
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ σ
类型Ⅲ：塑-弹性
ε
ε
在应力较低时，应力-应变曲线略向上
σ σ
类型Ⅲ
类型Ⅳ
弯曲。当应力增加到一定数值后，应力-
ε
ε
类型Ⅴ
类型Ⅵ
σ σ
应变曲线就逐渐变为直线，直至试样发生
ε
ε
破坏。具有这种变形性质的代表性岩石、
花岗岩、片理平行于压力方向的片岩以及
0 0
Y
XZY
YZ
ZX
0
0
0
E 0
21
E
0
YZ ZX
21
0 0 0
0
0
E
式中G为岩石的剪切模量， 为拉梅常数，它们都可用E和 表示
4.1 岩石的变形特征
➢ 1）岩石应力-应变的一般关系：
实际典型的岩石应力-应变曲线则往往是如图4-3所示的形式。这种曲线一般 可以分为四个区段：①在OA区段内，该曲线稍微向上弯曲；②在AB区段内， 很接近于直线；③BC区段内，曲线向下弯曲，直至C点的最大值；④下降段 CD。
某些辉绿岩等；
类型Ⅳ：塑-弹-塑性
压力较低时，曲线向上弯曲。当压力增 加到一定值后，变形曲线就成为直线。最 后，曲线向下弯曲。曲线似S形；
4.1 岩石的变形特征
➢ 2）应力-应变曲线类型：
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ σ
类型Ⅴ，基本上与Ⅳ相同，也呈S形。
ε
ε
曲线的斜率较平缓。一般发生在压缩性
σ σ
类型Ⅲ
类型Ⅳ
较高的岩石中。压力垂直于片理的片岩具