岩石力学.docx
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岩石力学.docx
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岩石力学
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仅供参考
二、岩石的强度
岩石的强度主要取决于矿物强度、结构联结形式、岩石的结构和整个构造。
对于火成岩、变质岩、化学沉积岩来说,化学结构连结起主要作用,因此,其组成矿物的强度越大,岩石的强度就越大。
对于碎屑沉积岩来说,其胶结物对强度影响程度最大,即其强度主要取决于矿物颗粒间的联结强度。
不同胶结物的联结强度不同:
硅质〉铁质>钙质>泥质。
Dependslargelyonthestrengthoftherockmineralstrength,structurecouplingintheformofrockstructureandtheentirestructure.
Fortheigneous,metamorphic,chemicalsedimentaryrocks,thechemicalstructureoflinksplayamajorrole,therefore,thegreaterthestrengthofitsmineralcomposition,thegreaterthestrengthoftherock.
Theclasticsedimentaryrocks,itscementthegreatestinfluenceonthestrengthofthatdependsonthestrengthofassociationbetweentheintensityofmineralparticles.Connectionstrengthofdifferentcementsdifferent:
silica>iron>calcium>mud.
渗透率
Underpressure,allowingfluidthroughthenatureoftherockcalledtherockpermeability.
流体饱和度
Reservoirrockpores,thefluidoccupiesavolumepercentageofporespace,calledthesaturationofthefluid
粒度组成
Sizecompositionofrockisconstitutedofvarioussizesofrockparticlescontent,expressedasapercentage
比表面积
Rocksurfaceareaperunitvolumeisthetotalsurfaceareaoftherockparticles
第三章
岩石力学性质主要是指岩石的变形(deformation)特征及岩石的强度(strength)。
影响岩石力学性质的因素很多,例如岩石的类型、组构、围压(confiningpressure)、温度、应变率、含水量、载荷时间以及载荷性质等等
Mainlyreferstothemechanicalpropertiesofrockdeformationofrocks(deformation)andtherockstrengthcharacteristics(strength).
Rockmechanicalpropertiesofmanyfactors,suchasrocktype,groupstructure,theconfiningpressure(confiningpressure),temperature,strainrate,moisturecontent,loadtimeandloadproperties,etc.
第一种类型为弹性变形(elasticdeformation),由加载直至破坏,应力一应变曲线(stress-straindiagram)近似线性特征,例如玄武岩、石英岩、辉绿岩、白云岩和坚硬的石灰岩等。
Thefirsttypeiselasticdeformation(elasticdeformation),theloadtofailure,stress-straincurve(stress-straindiagram)approximatelylinearfeatures,suchasbasalt,quartzite,diabase,dolomiteandhardlimestone .
第二种类型为弹一塑性变形,应力一应变曲线在接近破坏载荷时出现连续的非弹性变形。
例如软弱的石灰岩、粉砂岩和凝灰岩等。
Thesecondtypeisplayingaplasticdeformation,stress-straincurveoccursnearthefailureloadofnon-continuouselasticdeformation. Forexample,softlimestone,siltstoneandtuff
.第三种类型为塑弹性变形,应力一应变曲线在低应力下表现出向上弯曲的现象,随后近似线性关系,直至破坏.例如砂岩、花岗岩等。
Thethirdtypeisplasticelasticdeformation,stress-straincurvesatlowstressshowedupwardbendingofthephenomenon,followedbyapproximatelylinearrelationship,untilthedamage. Suchassandstoneandgranite.
第四种类型及第五种类型为塑一弹一塑性变形,应力一应变曲线均呈现S形曲线。
这两种曲线不同之点:
前者近似直线部分较陡,且初始阶段压缩性较小。
例如变质岩中大理石和片麻岩。
后者直线部分较缓,表示同样应力(stress)下变形(deformation)量较大,且初始阶段具有高度压缩性。
它们之间的共同特点是在接近破坏时均显示出不同程度的非弹性变形(elasticdeformation)
Thefourthtypeofplasticforathirdfivetypesofbombsandonefortheplasticdeformation,stress-straincurvesshowS-shapedcurve.
Differencebetweenthetwocurvespoint:
theformerapproximatestraightlinesomeofthemoresteep,andthesmallertheinitialstageofcompression. Forexample,inthemarbleandgneissrocks. Thelatterpartofthemoremoderateline,thatthesamestress(stress)underthedeformation(deformation)islarge,andtheinitialphaseofhighlycompressed.
Commonfeaturebetweenthemisnearlydestroyedintheshowvaryingdegreesofnon-elasticdeformation(elasticdeformation)
第六种类型为弹一塑一蠕变变形,曲线的直线部分很短,随后产生非弹性变形和连续蠕变(creep),例如盐岩和软泥岩等。
Thesixthtypeisacreepdeformationofaplasticbomb,thecurveisveryshortstraightsection,followedbycontinuousproductionofnon-elasticdeformationandcreep(creep),suchasrocksaltandsoftmudstone
任何固体在外力作用下都要发生形变,当外力的作用停止时,形变随之消失,这种形变叫弹性形变。
岩石的杨氏弹性模量(E)、切变(刚性)模量(G)、体积模量(K)和泊松比()等是描述岩石弹性形变、衡量岩石抵抗变形能力和程度的主要参数。
岩石最基本的弹性参数是弹性模量(Elasticmodulus)与泊松比(Poisson’sratio)
Haveanysoliddeformedunderexternalforce,whentheroleofexternalforcesisstopped,thedeformationwilldisappear,thisdeformationiscalledelasticdeformation.Young'smodulusofrock(E),shear(rigidity)modulus(G),bulkmodulus()andPoisson'sratio()andsoisthedescriptionofelasticdeformationofrock,measuringrockdeformationanddegreeofresistancetothemainparameters.
Themostbasicistheelasticparametersofrockelasticmodulus(Elasticmodulus)andPoisson'sratio(Poisson'sratio)
根据岩样在施加载荷条件下的应力一应变关系,可以确定岩石的各弹性模量和泊松比,这样得到的岩石的各弹性模量和泊松比,称为岩石的静态弹性模量和静态泊松比。
Basedonrocksamplesundertheappliedloadstress-strainrelationship,candeterminetheelasticmodulusofrockandPoisson'sratio,sotherocksgetelasticmodulusandPoisson'sratio,calledthemodulusofelasticityofrockandstaticpark Poissonratio.
泊松比(),又称横向压缩系数。
静态泊松比表示为横向相对压缩与纵向相对伸长之比。
Poisson'sratio(),alsoknownashorizontalcompressionfactor. StaticPoisson'sratioisexpressedastherelativehorizontalandverticalelongationoftherelativecompressionratio.
3.体积模量
一弹性体受到附加的静压力增量∆P的作用时会引起体积应变Q,静压力增量与体积应变的比值为体积模量。
3.Bulkmodulus
AnelasticbodysubjecttotheadditionalroleofstaticpressureincrementΔPvolumetricstrainwillcauseQ,staticpressureandvolumetricstrainincrementratioofbulkmodulus.
(1)OA曲线
载荷由零逐渐增加到A点,曲线呈现微微向上弯曲的形状。
这是岩石试件内部存在一定微裂隙(crack),当载荷增加时,试件逐渐被压密所导致的结果。
该段曲线凹曲程度,取决于岩石中容易被压密的裂隙(crack)数量,对致密岩石或在高围压下,这种现象不太明显。
(1)OAcurve
AloadgraduallyincreasedfromzeropointCurvesslightlyupwardcurvedshape.Thisisinsidetherocksamplestherearesomemicro-Fissure(crack),whentheloadincreases,thesamplewasgraduallyresultofcompaction. Concavecurveoftheparagraphlevel,dependingontherockofcrackeasilycompaction(crack)thenumberofdenserockorinthehighconfiningpressure,thisphenomenonislesspronounced.
(2)AB曲线
一般AB线段呈近似直线,其斜率称为弹性模量E。
加载是在B点以下OB区间内时,若卸去载荷,则变形完全可恢复,没有永久变形,所以OB区间为弹性变形阶段。
曲线上B点是产生弹性变形的应力极限值,称为弹性极限(elasticlimit)。
事实上大多数岩石即使产生很小应变时,当卸完载荷后,总会或多或少地保留部分永久应变,这是由于被压密的微裂隙(crack)不可能完全恢复所导致的结果。
(2)ABcurveWassimilartothegenerallinesegmentAB,TheslopeknownastheelasticmodulusE. LoadingOBisbelowtheBrange,
Iftheshedload,thedeformationoffullyrecoverable,thereisnopermanentdeformation,sotheintervaliselasticdeformationstageOB. Bpointonthecurveistoproduceelasticdeformationofthestresslimit,calledtheelasticlimit(elasticlimit).
Infactmostoftherocksevenhavealittlestrain,whenemptiedofload,thealwaysmoreorlessretainsomepermanentstrain,whichwascausedbythecompactionofthemicro-cracks(crack)cannotbecompletelyrestoredbytheresultof .
(3)BC曲线
当载荷继续增加超过B点后,该曲线呈向下弯曲形状,这说明应力增加不大,而应变增加很多。
在超过B点的曲线上任一点(例如E点)卸载,应力一应变曲线将沿EO1路径下降,直到完全卸载下降到与横坐标轴相交点O1,这表示岩石试件内应力完全消失,但应变却不能完全恢复,仍保留的一部分应变OO1称为塑性应变或永久应变(permanentstrain),已恢复的应变称为弹性应变(elasticstrain)
(3)BCcurve
WhentheloadcontinuestoincreasebymorethanBpointsAfterthecurvedshapeofthecurvedownward,Thisshowsthatstressisnotincreased,butshouldChangedtoincreasealot.
Bpointofthecurveoveranypoint(forexample,pointE)unloadingstress-straincurvesofthepathalongtheEO1downuntilitiscompletelyunloadeddowntothepointofintersectionwiththeabscissaaxisO1,whichmeansthatrocksamples,thestressdisappear,butthestrain cannotbecompletelyrestored,remainaspartoftheplasticstrainorstrainOO1permanentstrain(permanentstrain),hasresumedthestrainiscalledelasticstrain(elasticstrain)
在岩石力学中将B点的应力称为屈服应力(yieldstress)。
卸载后再重新加载,则沿
曲线O1R上升到与原曲线BC相联结,这样造成了一个滞回环,在R点以后随着载荷继续增加仍沿曲线BC上升到该曲线最高点C。
如果在R点以后再卸载又会出现新的塑性应变,它似乎把弹性极限从B点提高到R点,这种现象称为应变硬化(strainhardening)
PointBwillbeinRockMechanicsStressiscalledyieldstress(Yieldstress). Discharge
Setandthenre-loaded,alongO1RcurveuptotheoriginalcurveBCislinked,sothatcreatesahysteresisloop,beyondtheRpointastheloadcontinuestoincreasealongthecurveBCisstillrisingtothehighestpointofthecurveC. IfyoulateruninstalltheRpointofthenewplasticstrainwillemerge,itseemstoincreasetheelasticlimitpointfromtheBtotheRpoint,aphenomenonknownasstrainhardening(strainhardening)
应力应变曲线最高点C的应力值称为抗压强度(compressivestrength)它表示岩石在这种条件下所能承受的最大压应力。
对一般岩石,抗压强度约为弹性极限的1.5~3倍。
从B点开始,在BC线段范围内,岩石试件不断产生微破裂以及在粒内或粒间产生滑移,这就是岩石破坏前所具有的明显非弹性变形,这种现象称为扩容(dilation)。
由于达到C点时微破裂的数量和扩展长度急剧增加,岩石具有显著的非弹性体积膨胀,直到C点有明显的破裂面形成。
Thehighestpointofstress-straincurvesCCompressivestressvalueiscalled
(Compressivestrength)Itsaidthatundertheseconditionstherock
Canwithstandthemaximumcompressivestress.Rockingeneral,theelasticlimitofcompressivestrengthofabout1.5to3times.
StartingfromthepointBintheBClinewithinthecontinuousgenerationofrocksamplesandintragranularmicrocracksorslippagebetweengrains,whichisbeforerockfailurehavesignificantnon-elasticdeformation,aphenomenonknownastheexpansion(dilation .) Cduetothenumberofpointsandtheexpansionofmicro-fracturesharpincreaseinthelengthoftherockhasasignificantnon-elasticvolumeexpansionuntilthepointCtoformaclearfractureplane.
扩容现象:
岩石在压力下,发生非线性体积膨胀。
Expansionphenomenon:
RocksunderpressureNon-linearvolumeexpansionoccurs.
应变软化
材料试件经过一次或多次加载、卸载之后,进一步变性需要的应力比原来的要小。
即应变后材料变软的现象。
应变软化过程中,随着应力的加大,应力增长的速率加快
.
Strainsoftening
Materialthroughoneormorespecimenloading,unloading,thefurtherdegenerationofthestressrequiredtobesmallerthantheoriginal. Softenthematerialafterthestrainphenomenon. Strainsofteningprocess,asstressincreased,therateofgrowthacceleratedstress
(4)CD曲线
岩石试件在刚性压力机作用下,应力应变曲线达到C点,已有宏观破裂面形成,
但尚未完全破裂成几块,岩石内部尚有部分联结,仍能承受一部分载荷,但其承载能力越来越小。
从C点开始曲线逐渐下降。
(4)CDcurves
RockspecimenintherigidpressUndertheactionofstress-straincurvestoCpoint,therearemacro-fracturesurfaceformedButnotcompletely
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