干湿循环对砂岩剪切特性影响试验研究
干湿循环对砂岩剪切特性影响试验研究
王会琼1，黄维辉2
(1. 云南能源职业技术学院，云南曲靖655001；2.核工业江西工程勘察研究总院，江西南昌330029)
摘要：为了掌握干湿循环作用对岩石剪切特性的影响规律，以砂岩为研究对象，利用YZW50型微机控制电动应力式直剪仪对其开展干湿循环次数分别为1、5、10、15、20及30次共6种不同状态下的直剪试验。试验结果表明：砂岩抗剪参数具有明显的干湿循环效应，当干湿次数为30次时，粘聚力下降到7.31MPa，内摩擦角减小为
34.82°，与干湿循环1次相比，下降幅度分别高达37.31%和20.59%。同时，砂岩的剪切破坏特征也会随着干湿交
替次数的增加产生较为显著的变化，即呈现出从脆性到塑性逐渐转化的趋势。研究成果为岩土工程的设计和稳定性评价提供了重要的理论和实际指导意义。
关键词：岩石力学；砂岩；干湿循环；剪切特性
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：
INFLUENCE OF DRY-WET CIRCULATION ON SHEAR PROPERTIES OF
SANDSTONE
WANG Huiqiong1，HUANG Weihui2
(1. Yunnan vocational institute of energy technology , Qujing, Yunnan 655001，China；
2. Jiangxi Institute of Engineering Prospecting, Nuke Industry, Nanchang, Jiangxi 330029，China)
Abstract：In order to grasp the influence of the dry-wet circulation on rock mechanics characteristics, taking the sandstone as an example, a series of shear tests were conducted by YZW50 microcomputer control electric stress direct shear apparatus, 6 kinds of tests of different dry-wet circulation number were set, which respectively were 1, 5, 10, 15, 20 and 30 times. The test results show that the shear characteristics of sandstone have obvious wetting-drying effect, when the dry-wet number is 30 times, the cohesion is 7.31MPa, the internal friction angle is 34.82°, and comparing with 1 times, native state, the falling range of which are severally up to 37.31% and 20.59. In addition, with the increase of dry-wet number, the failure characteristics of sandstone are also changed, and a transformation law from brittleness to ductility is showed.
Key words：rock mechanics, sandstone, dry-wet circulation, shear properties
0 引言
大量的理论分析与工程实际已经证明，水会显著改变岩土体的物理力学性质，进而对岩土体的稳定性产生影响。因此，长期以来，有关水岩相互作用规律方面的研究一直是众多科技工作者研究的重点内容。
在水岩相互作用方面，L. Obert等[1]研究了含水量对矿岩强度的影响规律，试验结果显示与风干状态相比，饱水状态下砂岩的抗压强度较减小了10 20%；Hawkins A B等[2]开展了35种砂岩在不同含水量时的单轴抗压试验，发现随着含水量的增加，砂岩的力学性能下降，且其下降幅度砂岩内部不同矿物的含量及比例密切相关的结论；孟召平等[3]对不同含水条件下煤系沉积岩石的力学性质进行了室内试验，研究表明随含水量的增加，岩石的单轴抗压强度和弹性模量圴出现降低，但受含水量的影响，不同岩性岩石的降低幅度并不相同；A.Prick[4]比较了干湿、冻融两种水岩作用方式对页岩风化程度的影响，认为虽然冻融作用的影响更为强烈，但干湿效应亦不可忽略；傅晏[5]对砂岩抗剪强度特性随干
收稿日期：2017 – 7 - 27
? 2 ? 矿冶 2017年
湿交替次数的变化规律进行了研究，结果表明随干湿循环幅度的增加，砂岩抗剪强度参数有减小的趋势；李克钢等[6]对砂岩开展了15次干湿交替试验，获得了干湿循环作用下砂岩变形特性、强度特性及破坏特征等的变形规律。
如前所述，在水岩相互作用方面，除了简单的岩土体吸（浸）水饱和，诸如库水位涨落、大气降水的反复蒸发等干湿循环作用亦是非常重要的水岩作用形式[7]，同时，与其它岩石物理力学参数相比，岩石的抗剪参数在岩土工程稳定性分析与评价中占有着更加重要的地位。但鉴于有关干湿循环对岩石抗剪强度特性影响规律方面的研究偏少，更多的成果多是集中在不同含水率方面[8-10]。因此，为了分析干湿循环效应对岩石剪切特性的影响，本文以砂岩为研究对象，开展室内干湿循环直剪试验研究，探讨砂岩粘聚力、内摩擦角及剪切破坏特征等随干湿次数的变化关系，以期为岩土工程的设计和稳定性评价提供相应的理论依据。
1 干湿循环试验方案
1.1 试验对象
本次试验用岩样为砂岩，取自云南先锋露天矿，经X 射线衍射鉴定，该批砂岩为中粒含长石石英砂岩，中粒砂状结构，孔隙式胶结，岩石主要由石英、岩屑、少量长石等被泥、硅质充填胶结而成。石英、岩屑、长石含量分别为80%、5%和5~10%，而胶结物也占到了10~15%[11]。图1
为砂岩显微结构图。
图1 砂岩显微结构图
Fig.1 Microscopic structure diagram of sandstone
1.2 试验方案
参考相关文献[5,12]并考虑到岩石本身的自然环境，将"岩样放入烘箱中以50℃温度烘12小时，待岩样冷却至室温，再将岩样放入水中浸泡48小时"
定义为1次干湿循环。
根据试验目的，共设置6个主要干湿循环试验点，分别是：干湿循环1次、5次、10次、15次、20次和30次，试样为高×直径=50×50mm 的圆柱形标准试件，试验仪器采用YZW50型微机控制电动应力式直剪仪。按照相关规范开展直剪试验[13]，试验过程中，5块砂岩试样的法向荷载依次设定为10KN 、20KN 、30KN 、40KN 和50KN ，加载速率为2.4KN/S 。
2 试验结果与分析
2.1 干湿循环效应对抗剪参数的影响
表1为干湿循环状态下砂岩抗剪强度试验结果。由表1可以得知，干湿循环1次时砂岩的粘聚力为11.66MP ，内按摩角为43.85°，与干燥状态次时的14.70MPa 和50.19°相比，下降幅度分别为20.68%和12.63%。随着干湿循环次数的增加，砂岩粘聚力和内摩擦角不断减小，当干湿循环达到30次时，砂岩粘聚力仅为7.31MPa ，内摩擦角为34.82°，相比干湿循环1次，下降幅度分别高达37.31%和20.59%。不难看出，砂岩抗剪参数具有较为显著的干湿循环效应，受干湿循环次数的增加，砂岩的粘聚力和内摩擦角均逐渐减小，而且，与内摩擦角相比，粘聚力对干湿效应的响应程度更敏感。
图2为砂岩抗剪参数随干湿循环次数拟合规律图，相应拟合关系式见式(1)~(2)。
n e n c 01.0-80.11)(=(n≤30) R 2
=0.996 (1)
n e n 008.0-705.44)(=φ（n≤30） R 2=0.875 (2)
表1 干湿循环作用下砂岩剪切试验数据
王会琼等. 干湿循环作用对砂岩剪切特性影响试验研究? 3 ?
（a) 粘聚力
(b)内摩擦角
图2 砂岩抗剪参数随干湿循环次数拟合曲线
Fig.2 Relationship of shear parameters with n
2.2 剪切强度与干湿循环次数的关系
图3为不同干湿循环作用下砂岩抗剪强度曲线
图。可以看出，砂岩抗剪强度一方面随着法向应力
的增大而增大，一方面随着干湿次数的增加而减小，
也就是说，即便岩土体产状、外部所受荷载等没有
发生任何变化，但一旦遭受了降雨-蒸发等干湿循环
过程，岩土体力学性质同样会出现较大幅度的下降，
进而使原本较为稳定的岩体工程稳定性下降，甚至
产生变形、破坏等失稳现象，这一点在实际工程中
需要重点关注。
将式（1）、式（2）代入库仑准则，可得到考
虑干湿循环效应的砂岩抗剪强度公式：
n
n
n e
e008.0-
01
.0-705
.
44
tan
80
.
11σ
τ+
=(3)
图3 不同干湿循环作用下砂岩抗剪强度曲线
Fig.3 Shear strength curves of sandstone in different dry-wet
circulation
2.3干湿循环对砂岩破坏特征的影响
从不同干湿循环次数下砂岩破坏情况可知，砂
岩破坏特征同样具有干湿循环效应（图4）。当在
干湿次数仅为1次等较少次数时，砂岩受剪破坏面
? 2 ? 矿冶 2017年
基本上没有较为明显的擦痕，也很少出现岩粒或者碎屑，而且剪切面较为平直，呈现一种脆性剪切破坏特征；一旦干湿次数增加，砂岩剪切面上的岩粒、碎屑等被剪切下来的颗粒物质越来越多，同时会显现较为明显的擦痕，且断面起伏度增大，以上试验结果说明干湿循环作用会对砂岩的剪切破坏特征产生影响，干湿次数越多，塑性特征越显著，而脆性特征愈减弱，即呈现一种脆延转化的态势。
(a) 循环1次 (b)循环5次
(c)循环10次 (d)循环30次
图4 不同干湿循环次数砂岩破坏特征
Fig.4 Failure characteristics of sandstone under different
dry-wet circulation
3 结 论
通过对砂岩在不同干湿循环次数下的直剪试验研究，可得到如下结论：
(1) 砂岩的粘聚力和内摩擦角均随着干湿循环次数的增大而减小，说明砂岩的抗剪参数具有明显的干湿循环效应，且粘聚力比内摩擦角更敏感。
(2)砂岩抗剪强度受到法向应力和干湿循环次数的双重影响，且与二者分别呈正、负相关关系，也就是说，在外部荷载等条件均不改变的前提下，一旦岩土体经历了降雨-蒸发等干湿作用，岩体工程的稳定性同样会产生较为明显的下降。
(3)砂岩破坏特征受干湿循环影响较为显著，即砂岩破坏特征会随着干湿次数的增多呈现脆－延转化的变化规律。 参考文献(References)：
[1]
L.Obert, S. L.Windes, W. LDuvall. Standardized tests for determining the physical properties of mine rock[J]. RI-3891, Bureau of Mines, U.S. Dept. of the Interior. 1946. [2]
Hawkins A B, McConnell B J. sensitivity of sandstone strength and deformability to changes in moisture content[J]. Quarterly Journal of Engineering Geology, 1992,25(11):115-130.
[3] 孟召平,潘结南,刘亮亮,孟贵希,赵振华. 含水量对沉积岩力学性质及其冲击倾向性的影响[J]. 岩石力学与工程学报,2009,28(A01):2637-2643.
[4] A.Prick. Dilatometrical behaviour of porous calcareous rock samples subjected to freeze-thaw cycles[J]. Catena, 1995. 25:7-20.
[5] 傅晏. 干湿循环水岩相互作用下岩石劣化机理研究[D]. 重庆:重庆大学,2010.
[6]
李克钢,吴勇,郑东普. 砂岩力学特性对干湿循环效应响应规律的试验研究. 北京理工大学学报，2013,33(10):1010-1014(EI: 20135217143957)
[7] 徐千军, 陆杨.干湿交替对边坡长期安全性的影响[J].地下空间与工程学报, 2005, 1(6): 1021-1024.
[8] 郑东普,李克钢,吴勇. 含水状态对白云岩剪切特性影响规律的试验研究，矿业研究与开发，2013,33(4):20-23
[9]
许江,吴慧,陆丽丰等.不同含水状态下砂岩剪切过程中声发射特性试验研究[J].岩石力学与工程学报,2012，31(5):914-920.
[10] 李克钢,侯克鹏,张成良.饱水状态下岩体抗剪切特性试验研究[J].中
南大学学报(自然科学版),2009 ,40(2):538-542.
[11] 黄维辉. 干湿交替作用下砂岩劣化效应研究[D]. 昆明：昆明理工
大学，2014
[12] 姜永东,阎宗玲,刘元雪等.干湿循环作用下岩石力学性质的实验研
究[J]．中国矿业, 2011,20(5):104-106.
[13] 中华人民共和国国家标准.工程岩体试验方法标准(GB/T
50266-990) [S].北京:中国计划出版社，1999..
机械设计第四章作业
机械设计第四章作业 姓名：学号：成绩： 一、选择题： 1、零件受对称循环应力时，对于塑性材料应取作为材料的极限。 A.材料的抗拉强度 B.材料的屈服极限 C.材料的疲劳极限 D.屈服极限除以安全系数 2、零件的截面形状一定时，当截面尺寸增大，其疲劳极限将随之。 A,增高B,不变C,降低D,无法判断 3、由试验知，有效应力集中、绝对尺寸和表面状态只对有影响。 A.应力幅 B.平均应力 C.应力幅和平均应力 4、两相对滑动的接触表面，依靠吸附油膜进行润滑的摩擦状态称为 A,干摩擦B,边界摩擦C,混合摩擦D,液体摩擦 5、现在把研究有关摩擦，磨损与润滑的科学与技术统称为_____。 A 摩擦理论 B 磨损理论 C 润滑理论D摩擦学 6. 两相对滑动的接触表面，依靠吸附的油膜进行润滑的摩擦状态称为______。A液体摩擦B 干摩擦C混合摩擦D边界摩擦 7.为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损，下列措施中________不是正确的措施。 A 合理选择表面粗糙度 B 合理选择润滑油粘度 C 合理选择表面硬度 D合理控制相对滑动速度 8.当压力加大时，润滑油的粘度_____。 A 随之加大 B 随之降低 C 保持不变D升高或降低视润滑油性质而定 9 运动粘度ν的c·g·s制（绝对单位制）单位为_________。 A.m2/s B.斯（St） C.厘泊（cP） D.帕·秒（Pa·s） 10 我国常用的相对粘度（条件粘度）的单位为_________。 A.m2/s B.厘斯（cSt） C.厘泊（cP） D.恩氏粘度（oE） 11 当压力加大时，润滑油的粘度_________。 A随之加大B保持不变C随之减小 D增大还是减小或不变，视润滑油性质而定
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镁质耐火材料高温蠕变特性的研究现状 张国栋1）游杰刚1）刘海啸1）罗旭东1）袁政禾2） 1）辽宁科技大学鞍山114044 2）鞍钢集团耐火材料公司鞍山114001 摘要：本文介绍了镁质材料高温蠕变特性的研究现状，并对镁质耐火材料的高温蠕变特性的理论进行了阐述，同时指出了将镁质蓄热材料用在高炉热风炉上的可行性。 关键词：镁质材料蠕变特性研究现状 1、引言 高炉生产的大型化发展，要求热风炉向着高风温和长寿命的方向发展，为了实现这一目标，除了热风炉本体的大型化与更合理的结构以外，作为热风炉中的关键材料之一——蓄热材料的发展将直接影响到热风炉的使用温度和使用寿命。而高炉热风炉对耐火材料的要求是：蓄热体各层材料的选择必须要在相应的使用温度下有很好的抗压，蠕变性能，抗碱金属蒸气与烟尘侵蚀性能，抗温度急变而不破坏的性能；蓄热体砖要有足够高的换热表面积以及有利于热交换的几何形状；蓄热体材质要尽可能高的导热系数以及材料体积比热容。 目前，我国采用以Al2O3-SiO2系材料的系列低蠕变砖，在热风炉的顶部和隔墙及蓄热室的上部采用优质硅砖，中部应用不同牌号的低蠕变高铝砖，下部采用低蠕变粘土砖。镁质材料与高铝质和硅质材料相比具有良好的蓄热性能和热导率以及很强的抗渣侵蚀性能；这些特点有利于热风炉的高炉的大风量高风温的操作和降低高炉焦比，提高高炉利用系数，增加生铁产量。但是，镁质材料的热震性能差、抗压蠕变性能不好，因此限制了这类材料在热风炉上的使用。所以，提高和改善镁质材料的这两方面性能是将镁质材料应用到热风炉上的关键。因此研究镁质材料的高温蠕变性能对扩大我国镁资源综合利用和炼铁产业有着重大的意义。 2、蠕变理论 高温蠕变理论是在对多种金属所作的完整的蠕变试验的基础上建立起来的。材料的高温蠕变是指材料在恒定的高温和一定的荷重作用下，产生的变形和时间的关系[1]。由于施加的载荷不同，耐火材料的高温蠕变可以分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温抗折蠕变、高温扭转蠕变等。其中压缩蠕变和抗折蠕变
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直接剪切试验—慢剪实施细则 1. 目的 为了规范标准固结试验中的各个环节，特制定本细则。 2. 适用范围 本试验方法适用细粒土。 3. 引用文件 GB/T50123-1999 土工试验方法标准。 4. 检测设备 本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定： 1、应变控制式直剪仪：由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计、位移量测 系统组成。 2、环刀：内径61.8mm，高度20mm。 3、位移量测设备：量程为10mm，分度值为0.01mm的百分表；或准确度为全量程 0.2%的传感器。 5．操作步骤进行： 5．1试样的制备： 5．1．1原状土试样制备： a．将原土样筒按标明的上下方向放置，剥去蜡封和胶带，开启土样筒取出土样。检查土样结构，当确定土样已受扰动或取土质量不符合规定时，不应制备力学性质试验的试样。 b．根据试验要求用环刀切取试样时，应在环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，并用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削至土样高出环刀，根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。 c．切削试样时，应对土样的层次、气味、颜色、夹杂物、裂缝和均匀性进行描述，对低塑性和高灵敏度的软土，制样时不得扰动。
d．测定试样的含水率和密度，取切下的余土测定土粒比重：对均质和含有机质的土样，宜采用天然含水率状态下代表性土样，供颗粒分析、界限含水率试验。对非均质土应根据试验项目取足够数量的土样，置于通风处凉干至可碾散为止。对砂土和进行比重试验的土样宜在105～110℃温度下烘干，对有机质含量超过5%的土、含石膏和硫酸盐的土，应在65～70℃温度下烘干。 5．1．2扰动土试样的制备和试样的制样： 试样的制备： a．将土样从土样筒或包装袋袋中取出，对土样的颜色、气味、夹杂物和土类及均匀程度进行描述，并将土样切成碎块，拌和均匀，取代表性土样测定含水率。 b、对均质和含有机质的土样,宜采用天然含水率状态下代表性土样,供颗粒分析、界限含水率试验。对非均质土应根据试验项目取足够数量的土样，置于通风处凉干至可碾散为止。对砂土和进行比重试验的土样宜在105～110℃温度下烘干，对有机质含量超过5%的土、含石膏和硫酸盐的土，应在65～70℃温度下烘干。 c．将风干或烘干的土样放在橡皮板上用木碾碾散，对不含砂和砾的土样，可用碎土器碾散（碎土器不得将土粒破碎）。 d．对分散后的粗粒土和细粒土，应按下表要求过筛。对含细粒土的砾质土，应先用水浸泡并充分搅拌，使粗细颗粒分离后按不同试验项目的要求进行过筛。
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关于有效应力原理的几个问题
第33卷 第2期 岩 土 工 程 学 报 Vol.33 No.2 2011年2月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Feb. 2011 关于有效应力原理的几个问题 李广信 （清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084） 摘要：分析了关于饱和土体有效应力原理的一些错误的概念和理解，针对在饱和土中的孔隙水压力是否需要折减，黏性土的结合水能否传递水压力，试验中和原位孔隙水压力和地下室浮力的量测以及岩石、混凝土和黏土中有效应力原理的实用性等问题进行了讨论。指出长期的工程实践和大量的试验成果表明有效应力原理对于饱和砂土和黏土都是适用的和有效的。 关键词：有效应力原理；孔隙水压力；结合水；孔压的量测 中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2011)02–0315–06 作者介绍：李广信(1941–)，男，黑龙江宾县人，博士，教授，从事土的本构关系等方面的研究。E-mail: ligx@https://www.360docs.net/doc/786353293.html,。 Some problems about principle of effective stress LI Guang-xin (State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: Some mistakes and wrong concepts about the principle of effective stress in saturated soil are pointed out and analyzed. Some problems in the field are discussed, for example, the reduction of pore water pressure in clay, the diffusion of bound water in clay, the accuracy of the principle of effective stress in rock, concrete and clay, the measurement of pore water pressure in clay and uplift pressure on basement. Through the long processs of practice and experiments, a conclusion is drawn that the principle of effective stress is applicable and effective in both saturated sand and clay. Key words: principle of effective stress; pore water pressure; bound water; measurement of pore water pressure 0 引 言 J.K.Mitchell认为太沙基关于饱和土体的有效应力原理是土力学的“拱心石”[1]，亦即是石拱结构中封顶的那一块石头，可见其重要性。经典土力学中的太沙基一维渗流固结理论，比奥固结理论，土的排水与不排水强度及其指标，Skempton的孔隙水压力系数，水下土体的自重应力与附加应力的计算，渗透变形，土中水的压力（扬压力与侧压力），地基的预压渗流固结，有水情况下的极限平衡法边坡的稳定分析等课题，都是建立在有效应力原理基础上的。太沙基的有效应力原理也是土力学能够成为一门独立的力学学科的标志性理论。 可是近年来，笔者所见到很多与有效应力原理相悖的中国文献（发表或未发表），它们都涉及到黏性土中的浮力、自重应力计算和水土合算与分算等问题。其作法或者是将孔压u打折，或者是将压力的计算面积折减，或者不承认某些黏性土内存在孔隙水压力。实际上有意或无意在推翻或者改写有效应力原理。近年来出现的关于基坑支挡结构物上的水土合算[2]，地基基础浮力计算的折减[3]与用饱和重度计算有效自重应力[4]等都在工程设计中广泛应用，但其也是有悖于有效应力原理的。 1 关于有效应力原理的推导 一位作者在其文章开头就声称： “土力学中太沙基的有效应力原理几十年来有一个根本错误没有被发现。”他认为应由式（1）改为式（2） u σσ′ =+，(1) (1)n nu σσ′ =?+，(2) 式中，n是土的孔隙率。 还有一位认为孔隙水压力只与土孔隙内的自由水有关，式（1）中的孔压u应表示为 w u h ξγ =，(3) 式中，ξ是饱和土截面上自由水所占的面积与孔隙总面积之比[5]，被称为水压率，h为该点的总水头。 ─────── 基金项目：国家973计划项目（2010CB732103） 收稿日期：2010–08–23
creep蠕变基础知识
蠕变模型 将flac3d 的蠕变分析option 进行了简单的翻译，目的是为了搞清楚蠕变过程中系统时间是如何跟真实时间对应的。 2.1 简介 Flac3d 可以模拟材料的蠕变特性，即时间依赖性，flac3d2.1提供6种蠕变模型： 1. 经典粘弹型模型 model viscous 2. model burger 3. model power 4. model wipp 5. model cvisc 6. powe 蠕变模型结合M-C 模型产生cpow 蠕变模型（model cpow ） 7. 然后WIPP 蠕变模型结合D-P 模型产生Pwipp 蠕变模型（model pwipp ）； 8 model cwipp 以上模型越往下越复杂，第一个模型使用经典的maxwell 蠕变公式，第二个模型使用经典的burger 蠕变公式，第三个模型主要用于采矿及地下工程，第四个模型一般用于核废料地下隔离的热力学分析，第五个模型是第二个模型的M-C 扩展，第六个模型是第三个模型的M-C 扩展，第七个模型是第四个模型的D-P 扩展，第八个模型也是第四个模型的一种变化形式，只是包含了压硬和剪缩行为。 2.2蠕变模型描述 2.2.1只介绍经典粘弹型模型即maxwell 蠕变公式 牛顿粘性的经典概念是应变率正比于应力，对于粘性流变应力应变关系以近似于弹性变形的方式发展。粘弹型材料既有粘性又有弹性，maxwell 材料就是如此，在一维空间它可以表示为一根弹簧（弹性常数κ）连接一个粘壶（粘性常数η），它的力-位移增量关系可以写成： η κ μF F + = ? ? （2.1） 式中? μ是速度，F 是力，设力的初始值为 F ，增量值为F '经过一个t ?时间步，式（2.1）可以写成
219947砂岩的特征、分类、地质环境
砂岩的特征、分类、地质环境 定义：粒度在2-0.0063mm碎屑占50%以上的陆源碎屑岩称为砂岩。 砂岩的特征 一、砂岩的成分特征 1、碎屑颗粒成分： Q——石英， F——长石， R——岩屑， 三者的成分特征取决于母岩的成分和沉积物的改造历史。 云母和绿泥石碎屑：量少 重矿物碎屑：量少，有指示物源的作用 成分成熟度＝Q/（F+R）：指碎屑沉积组分在其风化、搬运和沉积作用的改造下接近最稳定的终极产物的程度。F/R反映物源特征 , R反映气候和风化作用的特点。 2、填隙物的成分： 杂基：粘土和小于0.03mm的细碎屑颗粒； 胶结物：铁质、钙质和硅质为常见。 二、砂岩的结构特征具典型的陆源碎屑结构 三、砂岩的构造特征发育各种层理、层面、同生变形构造和虫孔等砂岩的分类（三端元四组分分类） 首先根据杂基的含量，将砂岩分为两大类，杂砂岩（杂基>15%）和净砂岩（杂基<15%）； 其次，根据砂岩的三种碎屑主要成分，按三角形图解进行成分划分； Q（石英）端元：石英、玉燧、石英岩和其他硅质岩屑； F（长石）端元：长石、花岗岩和花岗片麻岩类岩屑； R（岩屑）端元：除去花岗质和硅质岩屑之外的其他岩屑，以及碎屑云母和绿泥石。 成因意义：Q 端元反映砂岩的成分成熟度，F/R值反映物质来源和大地构造状况，F端元在一定程度上反映气候和风化作用的特点。 砂岩的名称及成分特征 1、石英砂岩：Q>95%, F+R<5%; 2、长石石英砂岩：Q=75-95%， F+R<25%，F >R 3、岩屑石英砂岩：Q=75-95%， F+R<25%，R > F
4、长石砂岩： Q < 75%， F >25%，F/R >3 5、岩屑长石砂岩：Q < 75%， F/R =3-1 6、长石岩屑砂岩：Q < 75%， F/R =1/3-1 7、岩屑砂岩： Q < 75%， R >25%，F/R < 1/3
蠕变分析
4.4蠕变分析 4.4.1 蠕变理论 4.4.1.1 定义 蠕变是率相关材料非线性，即在常荷载作用下，材料连续变形的特性。相反如果位移固定，反力或应力将随时间而变小，这种特性有时也称为应力松驰，见图4-18a。 图4-18应力松弛和蠕变 蠕变的三个阶段如图4-18b所示。在初始蠕变阶段，应变率随时间而减小，这个阶段一般发生在一个相当短的时期。在第二期蠕变阶段，有一个常应变率，所以应变以常速率发展，在第三期蠕变阶段，应变率迅速增加直到材料失效。 由于第三期蠕变阶段所经历的时间很短，材料将失效，所以通常情况下，我们感兴趣的是初始蠕变和第二期蠕变。ANSYS程序中的蠕变行为用来模拟初始蠕变和第二期蠕变。蠕变系数可以是应力、应变、温度、时间或其它变量的函数。 在高温应力分析中(如核反应堆等)，蠕变分析非常重要。例如，假设在核反应堆中施加了预荷载，以保证与相邻部件保持接触而不松开。在高温下过了一段时间后，预荷载将降低(应力松驰)，可能使接触部件松开。对于一些材料如预应力砼，蠕变也可能十分重要。最重要的是要记住，蠕变是永久变形。 4.4.1.2 理论介绍 蠕变方程：我们通过一个方程来模拟蠕变行为，此方程描述了在实验中观测到的主要特征（特别是在一维的拉伸实验中）。这个方程以蠕应变率的方式表示出来，其形式如下： 上式中，A、B、C、D是从实验中得到的材料常数，常数本身也可能是应力，应变，时间或温度的函数，这种形式的方程被称为状态方程。 上式中，当常数D为负值时，蠕应变率随时间下降，材料处于初始蠕变阶段，当D为0时，蠕应变率为常值，材料处于第二期蠕变阶段。
对于2－D或3－D应力状态，使用VON Mises方程计算蠕应变率方程中所使用的标量等效应力和等效应变。 对蠕变方程积分时，我们使用经过修改的总应变，其表达式为: 经过修改的等效总应变为: 其等效应力由下式算出： 其中：G=剪切模量＝ 等效蠕应变增量由程序给出的某一种公式进行计算，一般为正值，如果在数据表中，则使用的是衰减的蠕应变率而不是常蠕变率，但这个选项一般不被推荐，因为在初始蠕变所产生的应力为主的情况下，它可能会严重的低估蠕变值。如果，程序使用修正的等效蠕应变增量来代替蠕应变增量。 其中：e=2.718281828（自然对数的底数） 下面是计算积分点的蠕应变率与弹性应变比率的公式： 将本次迭代的所有单元的所有积分点的的最大值记为，并且作为“CREEPRATIO”输出。 计算出等效蠕应变增量后，可将它转换成分量的形式，假设Nc是某个特定单元类型的应变分量的个数。如果则有：
带传动的受力分析及运动特性
带传动的受力分析及运动特性 newmaker 一、带传动的受力分析 带传动安装时，带必须张紧，即以一定的初拉力紧套在两个带轮上，这时传动带中的拉力相等，都为初拉力F0（见图7–8a ）。 图7-8 带传动的受力情况 a)不工作时 b)工作时 当带传动工作时，由于带和带轮接触面上的摩擦力的作用，带绕入主动轮的一边被进一步拉紧，拉力由F0增大到F1，这一边称为紧边；另一边则被放松，拉力由F0降到F2，这一边称为松边（见图7–8b ）。两边拉力之差称为有效拉力，以F 表示，即 F ＝F1–F2 （7–4） 有效拉力就是带传动所能传递的有效圆周力。它不是作用在某一固定点的集中力，而是带和带轮接触面上所产生的摩擦力的总和。带传动工作时，从动轮上工作阻力矩T￠2所产生的圆周阻力F￠为 F￠＝2 T'2 /d2 正常工作时，有效拉力F 和圆周阻力F￠相等，在一定条件下，带和带轮接触面上所能产生的摩擦力有一极限值，即最大摩擦力（最大有效圆周力）Fmax ，当Fmax≥F￠时，带传动才能正常运转。如所需传递的圆周阻力超过这一极限值时，传动带将在带轮上打滑。 刚要开始打滑时，紧边拉力F1和松边拉力F2之间存在下列关系，即 F1＝F2?e f?a （7–5） 式中 e –––自然对数的底（e≈2.718）； f –––带和轮缘间的摩擦系数；
a–––传动带在带轮上的包角（rad）。 上式即为柔韧体摩擦的欧拉公式。 （7-5）式的推导： 下面以平型带为例研究带在主动轮上即将打滑时紧边拉力和松边拉力之间的关系。 假设带在工作中无弹性伸长，并忽略弯曲、离心力及带的质量的影响。 如图7–9所示，取一微段传动带dl，以dN表示带轮对该微段传动带的正压力。微段传动带一端的拉力为F，另一端的拉力为F＋dF，摩擦力为f·dN，f为传动带与带轮间的摩擦系数 （对于V带，用当量摩擦系数fv，，f为带轮轮槽角）。则 因da很小，所以sin(da/2)?da/2，且略去二阶微量dF?sin(da/2)，得 dN=F?da 又 取cos(da/2)?1，得f?dN=dF或dN=dF/f，于是可得 F?da=dF/f 或dF/F=f?da 两边积分
蠕变分析
蠕变分析 4.4.1 蠕变理论 4.4.1.1 定义 蠕变是率相关材料非线性，即在常荷载作用下，材料连续变形的特性。相反如果位移固定，反力或应力将随时间而变小，这种特性有时也称为应力松驰，见图4-18a。 图4-18 应力松弛和蠕变 蠕变的三个阶段如图4-18b所示。在初始蠕变阶段，应变率随时间而减小，这个阶段一般发生在一个相当短的时期。在第二期蠕变阶段，有一个常应变率，所以应变以常速率发展，在第三期蠕变阶段，应变率迅速增加直到材料失效。 由于第三期蠕变阶段所经历的时间很短，材料将失效，所以通常情况下，我们感兴趣的是初始蠕变和第二期蠕变。ANSYS程序中的蠕变行为用来模拟初始蠕变和第二期蠕变。蠕变系数可以是应力、应变、温度、时间或其它变量的函数。 在高温应力分析中(如核反应堆等)，蠕变分析非常重要。例如，假设在核反应堆中施加了预荷载，以保证与相邻部件保持接触而不松开。在高温下过了一段时间后，预荷载将降低(应力松驰)，可能使接触部件松开。对于一些材料如预应力砼，蠕变也可能十分重要。最重要的是要记住，蠕变是永久变形。 4.4.1.2 理论介绍 蠕变方程：我们通过一个方程来模拟蠕变行为，此方程描述了在实验中观测到的主要特征（特别是在一维的拉伸实验中）。这个方程以蠕应变率的方式表示出来，其形式如下： 上式中，A、B、C、D是从实验中得到的材料常数，常数本身也可能是应力，应变，时间或温度的函数，这种形式的方程被称为状态方程。
上式中，当常数D为负值时，蠕应变率随时间下降，材料处于初始蠕变阶段，当D为0时，蠕应变率为常值，材料处于第二期蠕变阶段。 对于2－D或3－D应力状态，使用VON Mises方程计算蠕应变率方程中所使用的标量等效应力和等效应变。对蠕变方程积分时，我们使用经过修改的总应变，其表达式为: 经过修改的等效总应变为: 其等效应力由下式算出： 其中：G=剪切模量＝ 等效蠕应变增量由程序给出的某一种公式进行计算，一般为正值，如果在数据表中，则使用的是衰减的蠕应变率而不是常蠕变率，但这个选项一般不被推荐，因为在初始蠕变所产生的应力为主的情况下，它可能会严重的低估蠕变值。如果，程序使用修正的等效蠕应变增量来代替蠕应变增量。 其中：e=（自然对数的底数） 下面是计算积分点的蠕应变率与弹性应变比率的公式： 将本次迭代的所有单元的所有积分点的的最大值记为，并且作为“CREEPRATIO”输出。 计算出等效蠕应变增量后，可将它转换成分量的形式，假设 Nc是某个特定单元类型的应变分量的个数。 如果则有：
第23例 材料蠕变分析实例
第23例材料蠕变分析实例—受拉平板本例简单地介绍了蠕变的概念及蠕变材料模型的创建方法，简单地介绍了结构蠕变分析的方法、步骤及要点。 23.1蠕变简介 蠕变是指金属材料在长时间的恒温、恒载作用下，持续发生缓慢塑性变形的行为，大多数金属材料在高温下都会表现出蠕变行为。 如果材料发生了蠕变，在恒载作用下结构会发生持续变形；如果结构承受恒位移，则应力会随时间而减小，即产生应力松弛。 图23-1 蠕变曲线 蠕变一般分为蠕变初始阶段（Primary）、蠕变稳定阶段（Secondary）和蠕变加速阶段(Tertiary)三个阶段，如图23-1所示。蠕变初始阶段时间很短，应变率随时间而减小；在蠕变稳定阶段，应变以常速率发展；在蠕变加速阶段，应变率急剧增大直至材料失效。研究蠕变行为，主要针对蠕变初始阶段和蠕变稳定阶段。 研究问题时一般以蠕变方程（又称本构关系）来表征蠕变行为，蠕变方程以蠕应变率的，形式表示dεcr/dt =AσBεC t P式中，εcr为蠕应变。A、B、C、D是由实验得到的材料特性参数。当D<0时，蠕应变率随时间减小，材料处于蠕变初始阶段；当D=0时，蠕应变率不随时间变化，材料处于蠕变稳定阶段。
在ANSYS中，有一个蠕应变率库供选择。 23.2问题描述 一矩形平板，左端固定，右端作用有恒定压力p=100MPa，矩形平板尺寸如图23-2所示，材料的弹性模量为2xl05MPa，泊松比为0.3，蠕变稳定阶段蠕变方程dεcr/dt =C1σC2。C2，式中，C1=3.125 x10-14，C2=5。试分析平板右端的位移随时间的变化情况。 提示：为避免出现较小值，力单位用N，长度单位用mm，时间单位为h。 图23-2受拉矩形平板 23.3分析步骤 23.3.1改变任务名 拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，弹出如图23-3所示的对话框，在“[/FJLNAM]”文本框中输入EXAMPLE23，单击“OK”按钮。 图23-3改变任务名对话框 23.3.2选择单元类型 拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit／Delete，弹出如图23-4所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图23-5所示的对话框，
第十六章循环应力
第十六章循环应力 一、教学目标和教学内容 1．教学目标 使学生掌握循环应力概念、表示方法，循环特征，了解在对称循环时材料的疲劳极限和构件的疲劳极限。 2．教学内容 讲解循环应力概念、表示方法，介绍循环特征，计算在对称循环时材料的疲劳极限和构件的疲劳极限（尤其是让学生了解影响构件疲劳强度的三大主要因素）。 二、重点难点 重点：循环应力有关概念。 难点：对于循环应力问题中，材料疲劳强度和构件疲劳强度的联系与区别 三、教学方式 采用启发式教学，通过提问，引导学生思考，让学生回答问题。 四、建议学时 3学时 五、讲课提纲 1 、循环应力下构件的疲劳强度 在工程中，某些构件工作时，其应力随时间作用周期性的变化。例如图16.1a 所示的梁，在电动机自重和转子质量偏心所引起的离心力作用下将发生振动。这时梁内任一点的应力将随时间作周期性变化，如图16.1b所示。又如图16.2a 所示的火车轮轴，虽然荷载不变，但由于轴在转动，因此横截面上任一点的应力将随着该点位置的变动而发生周期性变化，如图16.2b所示。 图16.1
上述这些实例中，随时间作周期性变化的应力称为循环应力（Cyclic Stress ），我国又常称为交变应力（Alternative Stress ）。 图16.2 1.1疲劳破坏及其特征 构件在循环应力作用下产生的破坏为疲劳破坏（Fatigue Fracture ）。在循环应力作用下，材料抵抗疲劳破坏的能力称为疲劳强度（Fatigue Strength ）。构件在循环应力作用下疲劳破坏与静载下的强度破坏具有本质的差别。实践证明，疲劳破坏具有以下特征： （1） 强度降低 在循环应力下工作的构件，即使其最大应力远底于材料静载时的强度极限，甚至低于屈服极限，但经过长期工作后也会突然断裂。例如用45号钢（非结构钢）制作的构件，承受图16.12b 所示的弯曲循环应力，当最大应力MPa 260max =σ时，约经历710次循环就可能发生断裂而45号钢的屈服极限MPa 350y =σ强度极限MPa 600b =σ。 （2） 脆性破坏 构件在破坏前没有明显的塑性变形，即使塑性较好的材料也会像脆性一样突然发生断裂。 （3） 断口具有一定的特征 疲劳破坏时，构件断口的表面明显地分为两个区域：光滑区域和粗糙区域，如图16.3所示。 图16.3
第八讲 传递性质的理论与计算
传递性质的理论与计算
三个尺度 传递过程可以在三个尺度上进行描述: 宏观尺度Macroscopic Level 微观尺度Microscopic Level 分子尺度Molecular Level
微观尺度—本构方程 在微观尺度，我们用物理量场描述动量、能量和质量的密度在时空中的分布，并通过本构方程给出了动量、能量和质量的传递通量与速度、温度和浓度的梯度之间关系的数学描述。在本构方程中出现的表征不同物质特性的系数称为物质的传递性质，分别命名为粘度系数、导热系数、扩散系数。 传递性质随温度、压力、化学成分而变化，其变化的原因和规律并不能在微观尺度下予以解释，需要在分子尺度下进行探讨。
分子尺度—传递现象机理 我们在微观层次描述的动量、内能和组分质量通量，从分子层次描述，是单个分子的速度、动能和空间位置变化的统计平均值。只要温度不等于绝对零度，分子就在空间中不断地随机运动。分子的运动可分解为平动、转动和振动。动量传递与分子携带其平动量(平动速度与质量的乘积)进行平动有关，能量传递包含了分子平动、转动和振动的动能在空间的变化，而质量传递则是不同分子平动所引起的不同分子的空间数密度的变化。
动量传递—粘度的理论与计算 动量传递是只存在于流体中的现象，流体的分子之间的相互约束较为宽松，分子能够在空间中进行平动。分子平动时自然携带其平动量实现空间迁移，而迁移的总动量，则与分子平动的平均速度，分子平动速度的分布，以及分子的数密度都有关。当流体的相态不同时，分子间约束的差异导致上述参数有很大差别，因而流体的粘度以及粘度与温度和压力的关系就有显著区别，相应的理论模型与计算公式也就有所不同。
蠕变分析
4.4 蠕变分析 4.4.1 蠕变理论 4.4.1.1 定义 蠕变是率相关材料非线性，即在常荷载作用下，材料连续变形的特性。相反如果位移固定，反力或应力将随时间而变小，这种特性有时也称为应力松驰，见图4-18a。 图4-18 应力松弛和蠕变 蠕变的三个阶段如图4-18b所示。在初始蠕变阶段，应变率随时间而减小，这个阶段一般发生在一个相当短的时期。在第二期蠕变阶段，有一个常应变率，所以应变以常速率发展，在第三期蠕变阶段，应变率迅速增加直到材料失效。 由于第三期蠕变阶段所经历的时间很短，材料将失效，所以通常情况下，我们感兴趣的是初始蠕变和第二期蠕变。ANSYS程序中的蠕变行为用来模拟初始蠕变和第二期蠕变。蠕变系数可以是应力、应变、温度、时间或其它变量的函数。 在高温应力分析中(如核反应堆等)，蠕变分析非常重要。例如，假设在核反应堆中施加了预荷载，以保证与相邻部件保持接触而不松开。在高温下过了一段时间后，预荷载将降低(应力松驰)，可能使接触部件松开。对于一些材料如预应力砼，蠕变也可能十分重要。最重要的是要记住，蠕变是永久变形。 4.4.1.2 理论介绍 蠕变方程：我们通过一个方程来模拟蠕变行为，此方程描述了在实验中观测到的主要特征（特别是在一维的拉伸实验中）。这个方程以蠕应变率的方式表示出来，其形式如下： 上式中，A、B、C、D是从实验中得到的材料常数，常数本身也可能是应力，应变，时间或温度的函数，这种形式的方程被称为状态方程。 上式中，当常数D为负值时，蠕应变率随时间下降，材料处于初始蠕变阶段，当D为0时，蠕应变率为常值，材料处于第二期蠕变阶段。 对于2－D或3－D应力状态，使用VON Mises方程计算蠕应变率方程中所使用的标量等效应力和等效应变。 对蠕变方程积分时，我们使用经过修改的总应变，其表达式为:
直接剪切试验
试验八 直接剪切试验 (一) 概述 直接剪切试验就是直接对试样进行剪切的试验，是测定抗剪强度的一种常用方法，，通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力施加水平剪力，测试样破坏时的剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数?与c (二) 试验方法 直接剪切试验一般可分为慢剪、固结快剪和快剪三种试验方法。 1.慢剪试验。先使土样在某一级垂直压力作用下，固结至排水变形稳定(变形稳定标准为每小时变形不大于0.005mm)，再以小于每分钟0.02 mm 的剪切速量缓慢施加水平剪应力，在施加剪应力的过程中，使土样内始终不产生孔隙水压力， 用几个土样在不同垂直压力下进行剪切，将得到有效应力抗剪强度参数c s 和Фs 值，但历时较长，剪切破坏时间可按下式估算 ) 18(5050 ?=t t f 式中 t f ——达到破坏所经历的时间； t 50——固结度达到50%的时间。 2.固结快剪试验。先使土样在某一级垂直压力作用下，固结至排水变形稳定，再以每分钟0.8mm 的剪切速率施加剪力，直至剪坏，一般在3～5min 内完成，适用于渗透系数小于10-6cm/s 的细粒土。由于时间短促，剪力所产生的超静水压力不会转化为粒间的有效应力，用几个土样在不同垂直压力下进行慢剪，便能求得抗剪强度参数cq cq C 与? 值，这种c cq 、cq ?值称为总应力法抗剪强度参数。 3.快剪试验。采用原状土样尽量接近现场情况，以每分钟0.8mm 的剪切速率施加剪力，直至剪坏，一般在3～5 min 内完成，适用于渗透系数小于10-6cm/s 的细粒土。种方法将使粒间有效应力维持原状，不受试验外力的影响，但由于这种粒间有效应力的数值无法求得，所以试验结果只能求得(σtanФq +c q )的混合值。快速法适用于测定粘性土天然强度，但φq 角将会偏大。 (三)仪器设备 1..直剪仪。采用应变控制式直接剪切仪，如图8-1所示，由剪切盒、垂直
砂岩的肉眼观察与描述
砂岩的肉眼观察与描述 七台河职业学院杨丽 摘要：在大陆的沉积地层中，砂岩是常见的陆源碎屑岩，也是研究得最多的沉积岩类之一。从砂岩的组成，肉眼鉴定与描述内容和方法，典型砂岩及特征等方面阐述了地质勘查中常见的砂岩。 关键词：砂岩、碎屑、基质 砂岩是重要的油气储蓄岩类，也是地下淡水的巨大存储库，纯净的石英砂还是廉价的玻璃工业原料。主要沉积在河流、沙漠、湖泊等大陆环境、河海过渡环境、浅海至深海环境。 一、砂岩的组成 砂岩主要是由粒度为2~0.05mm的含量在50%以上的碎屑和基质组成，由胶结物胶结起来的岩石，又称中碎屑岩。碎屑的主要成分为石英和长石，其次还有白云母、重矿物、岩屑等。基质成分主要指与碎屑同时沉积的颗粒，为更细的粉砂物质或黏土。胶结物主要是硅质和碳酸盐质的胶结成分。 二、肉眼观察与描述内容和方法 （一）测量碎屑粒度 首先估量砂岩中相应粒级的含量。砂岩按碎屑颗粒的粒度主要分为粗砂岩（2～0.5mm）、中砂岩（0.5～0.25mm）、细砂岩（0.25～0.05mm）三种类型。以上砂岩，相应粒级含量都在50%以上。主要粒级在砂级，即可在露头上目估，也可在显微镜下测量或目估。目估常常更能反映沉积物的整体粒度，尤其是野外或手标本目估，观察面积大，代表性更强。然后依据碎屑颗粒的大小，确定砂岩类型。 （二）观察整体颜色 对砂岩的描述要分清新鲜面和风化后的变化情况，然后观察岩石的整体颜色。如果岩石的成分复杂，颜色多而杂时，可把标本放远一点看，描述主要的颜色。有时可把次要的颜色放在前面来形容主要颜色，如黄绿色，即以绿色为主，略带黄色。对颜色的描述还要分清新鲜面和风化面的颜色。 （三）鉴别碎屑成分 砂岩的沉积组分主要是砂级陆源碎屑和沉积基质。砂级陆源碎屑主要由单晶碎屑和岩屑组成。单晶碎屑主要是石英和长石，及少量云母和重矿物。岩屑主要有燧石岩、酸性喷出岩、细粒片岩、片麻岩等。基质主要以粘土为主。鉴别并估算他们的百分含量，含量多的写在前面，少的写在后面。 （四）确定胶结物 1、胶结物的成分 最常见的胶结物是氧化硅（蛋白石、玉髓、石英）、碳酸盐（方解石、白云石、菱铁矿）；此外还有重晶石、石膏、硬石膏、黄铁矿等。胶结物对研究碎屑岩的成岩后生变化，推断其沉积环境都有重要意义。 2、胶结类型 砂岩的主要胶结类型分为基底式胶结、孔隙式胶结、接触式胶结和镶嵌式胶结四种。基底式胶结：碎屑颗粒彼此不相接触呈漂浮状分散在填隙物内。这种胶结方式通常是高密度流，如浊流、泥石流等快速堆积的产物。孔隙式胶结：大部分碎颗粒相互接触，形成颗粒支撑和孔隙，成岩期析出的化学沉淀胶结物常分布在其孔隙之中。接触式胶结：胶结物很少，仅分布于碎屑颗粒彼此接触处。在干
土的直接剪切试验
土的直接剪切试验 直接剪切试验是通过在预定的剪切面上分别直接施加法向压力和剪应力求得土的抗剪强度指标的试验。环刀内径61.8mm，高度20mm 基本原理 土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。该试验是将同一种土的几个试样分别在不同的垂直压力作用下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得到破坏时的剪应力，然后根据库仑定律，确定土的抗剪强度指标:内摩擦角和凝聚力。 剪切类型 直接剪切试验，英文direct shear test，属于工程地质学词汇，即根据剪切时排水条件，直接剪切试验方法可分为快剪(不排水剪)、慢剪(排水剪)及固结快剪(固结不排水剪)等。按施加剪力的方式不同，直接剪切仪分应变控制式和应力控制式两种。前者是通过弹性钢环变形控制剪切位移的速率。后者是通过杠杆用砝码控制施加剪应力的速率，测相应的剪切位移。目前多用应变控制式，应力控制式只适用于作慢剪及长期强度试验。慢剪(排水剪)适用于细粒土;固结快剪(固结不排水剪)适用于渗透系数小于l0 cm/s的细粒土;快剪(不排水剪)适用于渗透系数小于10cm/s的细粒土。 剪切实验:慢剪 (1)本试验方法适用于细粒土;(2)本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定:①应变控制式直剪仪:由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计、位移量测系统组成;②环刀:内径61.8mm，高度20mm;③位移量测设备:量程为10mm，分度值为0.01mm的百分表或准确度为全量程0.2 %的传感器; (3) 慢剪试验，应按下列步骤进行:①原状土试样制备，应按"试样制备"第4条的步骤进行，扰动±试样制备按"试样制备"第6条的步骤进行，每组试样不得少于4 个。
蠕变
1 蠕变的概念 岩石的变形不仅表现出弹性和塑性，而且也具有流变性质，岩石的流变包括蠕变、松弛和弹性后效。 岩石的流变性是指岩石应力应变关系随时间而变化的性质。蠕变是当应力不变时，变形随时间增加而增长的现象。 2 岩石的蠕变曲线 通常用蠕变曲线（ε-t 曲线）表示岩石的蠕变特性。 。 图中三条蠕变曲线是在不同应力下得到的，其中C B A σσσ>>。蠕变实验表明，当岩石在较小的恒定力作用下，变形随时间增加到一定程度后就趋于稳定，不再随时间增加而变化，应变保持为一个常数，这种蠕变称为稳定蠕变；当岩石承受的恒定荷载较大，当岩石应力超过某一临界值时，变形随时间增加而增大，其变形速率逐渐增大，最终导致岩体整体失稳破坏，这种蠕变称为不稳定蠕变。 不稳定蠕变(典型蠕变)可分为三个阶段： 第一蠕变阶段：如曲线AB 所示，应变率随时间增加而减小，故又称为减速蠕变或初始蠕变阶段。 第二蠕变阶段：如曲线中的BC 段所示，应变速率保持不变，故又称为等速蠕变阶段。
第三蠕变阶段：如曲线中的CD段所示，应变速率迅速增加直到岩石破坏，故又称为加速蠕变阶段。 一种岩石既可以发生稳定蠕变也可发生不稳定蠕变，这取决于岩石应力的大小。超过某一临界应力时，蠕变向不稳定蠕变发展；小于此临界应力时，蠕变按稳定蠕变发展。通常称此临界应力为岩石的长期强度。 3实例 3.1 层状岩坡蠕变破坏 综合工程地质条件、力的作用方式及边坡具体破坏形式，在考虑时间效应的基础上，杨晓华，陈沅江[1] 对层状岩质边坡的蠕变破坏类型及其所致因素进行了分析探讨，将层状岩质边坡的蠕变破坏分为如下五种主要类型。 3.1.1 水平层状边坡座落式剪切蠕变破坏 该类蠕变破坏发生在构造活动区水平或近水平岩层边坡中。当边坡最终形成后，由于其高度很大，上部破碎岩体的自重应力亦很大，边坡在该自重应力的作用下时常会发生沿边坡下部的水平或近水平软弱夹层蠕动滑移的座落式滑坡。故这种边坡的蠕变破坏一般首先表现为边坡上部岩体的较大水平剪切位移，当边坡开挖到一定深度时又将表现为垂直剪切位移，
习题课
习题 一、选择题 2-1．下列四种叙述中，___D_____是正确的。 A ．变应力只能由变载荷产生 B ．变应力只能由静载荷产生 C ．静载荷不能产生变应力 D ．变应力也可能由静载荷产生 2-2．发动机连杆横截面上的应力变化规律如题2-2图所示，则该变应力的循环特性系数r 为____D____。 A ．0.24 B ．–0.24 C ．4.17 D ．–4.17 2-3.应力的变化规律如题2-2图所示，则应力副a σ和平均应力m σ分别为___B____。 A ．a σ = 80.6 MPa ，m σ= 49.4 MPa B ．a σ = 80.6 MPa ， m σ= -49.4 MPa C ．a σ = 49.4 MPa ， m σ= -80.6 MPa D ．a σ= -49.4 MPa ， m σ= -80.6 MPa 2-4. 变应力特性可用max σ、min σ、m σ、a σ和r 五个参数中的任意_B_______来描述。 A ．一个 B ．两个 C ．三个 D ．四个 2-5．零件的工作安全系数为___C_____。 A ．零件的极限应力比许用应力 B ．零件的工作应力比许用应力 C ．零件的极限应力比零件的工作应力 D ．零件的工作应力比零件的极限应力 2-6．机械零件的强度条件可以写成____C____。 A ．σ≤][σ，τ≤][τ 或 σS ≤σ][S ，τS ≤τ][S B ．σ≥][σ，τ≥][τ 或 σS ≥σ][S , τS ≥τ][S C ．σ≤][σ，τ≤][τ 或 σS ≥σ][S , τS ≥τ][S D ．σ≥][σ，τ≥][τ 或 σS ≤σ][S , τS ≤τ][S 2-7．在进行材料的疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的____B____。 A ．屈服点 B ．疲劳极限 C ．强度极限 D ．弹性极限 2-8． 45钢的对称疲劳极限1-σ=270MPa ，疲劳曲线方程的幂指数m = 9，应力循环基数N 0 =5×106 次，当实际应力循环次数N =104 次时，有限寿命疲劳极限为___A_____MPa 。 A ．539 B ．135 C ．175 D ． 417 题 2-2 图