矿山岩体力学岩石物理力学性质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质1.3 1.3 影响岩石力学性质主要原因影响岩石力学性质主要原因影响岩石力学性质主要原因影响岩石力学性质主要原因1.4 1.4 岩石流变性岩石流变性岩石流变性岩石流变性第1页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.0 1.0 概述概述概述概述 岩石与土岩石与土岩石与土岩石与土：岩石和土都是组成地壳基本物质。岩石和土都是组成地壳基本物质。岩石岩石岩石岩石是由各种是由各种造岩矿物造岩矿物或或岩屑岩屑在地质作用下按一定在地质作用下按一定规律（经过规律（经过结晶联结结晶联结或借助于或借助于胶结物粘结胶结物粘结）组合而）组合而成物质。成物质。岩石矿物颗粒之间存在较强粘结性。岩石矿物颗粒之间存在较强粘结性。土土土土是岩石风化解体后形成岩石矿物颗粒散体集合物。是岩石风化解体后形成岩石矿物颗粒散体集合物。土体矿物颗粒之间没有粘结或只有很弱粘结性。土体矿物颗粒之间没有粘结或只有很弱粘结性。第2页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.0 1.0 概述概述概述概述 结构面与结构体：结构面与结构体：结构面与结构体：结构面与结构体：在岩体中存在着各种不一样在岩体中存在着各种不一样地质界面地质界面，这种地质界，这种地质界面称为面称为结构面结构面结构面结构面，如层理面、节理面、裂隙和断层等。，如层理面、节理面、裂隙和断层等。由这些结构面所切割或包围岩体称为由这些结构面所切割或包围岩体称为结构体结构体结构体结构体。岩块：岩块：岩块：岩块：岩块是指从地壳岩层中取出来，无显著软弱岩块是指从地壳岩层中取出来，无显著软弱岩块是指从地壳岩层中取出来，无显著软弱岩块是指从地壳岩层中取出来，无显著软弱面岩石块体。如钻孔岩芯。面岩石块体。如钻孔岩芯。面岩石块体。如钻孔岩芯。面岩石块体。如钻孔岩芯。岩体：岩体：岩体：岩体：岩体是指天然埋藏条件下大范围分布、由结岩体是指天然埋藏条件下大范围分布、由结构面和结构体组成地质体。构面和结构体组成地质体。广义岩石是岩块和岩体泛称，狭义岩石专指岩块。广义岩石是岩块和岩体泛称，狭义岩石专指岩块。广义岩石是岩块和岩体泛称，狭义岩石专指岩块。广义岩石是岩块和岩体泛称，狭义岩石专指岩块。第3页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.0 1.0 概述概述概述概述 岩石岩石岩石岩石结构：结构：结构：结构：是指决定岩石组织各种特征总合，通常是指岩石中是指决定岩石组织各种特征总合，通常是指岩石中矿物颗粒结晶程度，矿物或岩石碎屑颗粒形状和大矿物颗粒结晶程度，矿物或岩石碎屑颗粒形状和大小，小，颗粒之间颗粒之间相互连结情况，以及胶结物胶结类型相互连结情况，以及胶结物胶结类型等特征。等特征。组成岩石物质大小差异程度，决定着岩石非均组成岩石物质大小差异程度，决定着岩石非均组成岩石物质大小差异程度，决定着岩石非均组成岩石物质大小差异程度，决定着岩石非均质性。颗粒越均匀，岩石力学性质越均匀。组成岩质性。颗粒越均匀，岩石力学性质越均匀。组成岩质性。颗粒越均匀，岩石力学性质越均匀。组成岩质性。颗粒越均匀，岩石力学性质越均匀。组成岩石物质颗粒越小，普通岩石强度越大。石物质颗粒越小，普通岩石强度越大。石物质颗粒越小，普通岩石强度越大。石物质颗粒越小，普通岩石强度越大。第4页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.0 1.0 概述概述概述概述 煤矿常见岩石结构种类煤矿常见岩石结构种类煤矿常见岩石结构种类煤矿常见岩石结构种类：（1）砾状结构）砾状结构粒径大于粒径大于2mm碎屑胶结物，如砾岩。碎屑胶结物，如砾岩。（2）砂砂质质结结构构粒粒径径改改变变在在20.05mm之之间间碎碎屑屑结结构构类类型，如砂岩。型，如砂岩。（3）粉粉砂砂质质结结构构粒粒径径改改变变在在0.050.005mm之之间间碎碎屑屑结构类型，如粉砂岩、页岩。结构类型，如粉砂岩、页岩。（4）泥质结构）泥质结构粒径小于粒径小于0.005mm碎屑结构类型，如泥碎屑结构类型，如泥岩、粘土岩。岩、粘土岩。第5页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.0 1.0 概述概述概述概述 baidu baidu baidu baidu词条：结构、结构词条：结构、结构词条：结构、结构词条：结构、结构 第6页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.0 1.0 概述概述概述概述 岩石结构岩石结构岩石结构岩石结构：是是指指岩岩石石中中矿矿物物颗颗粒粒集集合合体体之之间间，以以及及它它与与其其它它组成部分之间组成部分之间排列方式和充填方式排列方式和充填方式。从矿山岩石力学观点来看，最主要是以下几个结构：从矿山岩石力学观点来看，最主要是以下几个结构：（1）整整体体结结构构岩岩石石颗颗粒粒相相互互严严密密地地紧紧贴贴在在一一起起，没没有有固固定排列方向。定排列方向。（无空隙或空隙极小）（无空隙或空隙极小）（2）多多孔孔状状结结构构岩岩石石颗颗粒粒彼彼此此相相接接并并不不严严密密，颗颗粒粒之之间间有许多小空隙。有许多小空隙。（微孔）（微孔）（3）层状结构）层状结构岩石颗粒相互交替，表现出岩石颗粒相互交替，表现出层次叠置层次叠置现象现象（层理）。（层理）。第7页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.0 1.0 概述概述概述概述 baidu baidu baidu baidu词条：结构、结构词条：结构、结构词条：结构、结构词条：结构、结构 第8页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 岩石密度（真密度）岩石密度（真密度）岩石密度（真密度）岩石密度（真密度）是是指指单单位位体体积积岩岩石石（不不包包含含空空隙隙）质质量量。也也叫叫真真密度。密度与岩石空隙及吸水多少无关。密度。密度与岩石空隙及吸水多少无关。密度单位：密度单位：kg/m3。岩石密度普通在岩石密度普通在2700 kg/m3左右。左右。第9页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 岩石视密度岩石视密度岩石视密度岩石视密度 是指单位体积岩石（包含空隙）质量。是指单位体积岩石（包含空隙）质量。视密度与岩石空隙和吸水多少相关。视密度与岩石空隙和吸水多少相关。天然视密度、干视密度、饱和视密度。天然视密度、干视密度、饱和视密度。第10页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 岩石孔隙性、孔隙度（孔隙率）、孔隙比岩石孔隙性、孔隙度（孔隙率）、孔隙比岩石孔隙性、孔隙度（孔隙率）、孔隙比岩石孔隙性、孔隙度（孔隙率）、孔隙比 岩石孔隙性岩石孔隙性岩石孔隙性岩石孔隙性是指岩石中孔洞和裂隙发育程度。是指岩石中孔洞和裂隙发育程度。孔孔孔孔隙隙隙隙度度度度是是岩岩石石中中各各种种孔孔洞洞、裂裂隙隙体体积积总总和和与与岩岩石石总总体积之比，惯用百分数表示，故也称为孔隙率。体积之比，惯用百分数表示，故也称为孔隙率。第11页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 岩石孔隙性、孔隙度（孔隙率）、孔隙比岩石孔隙性、孔隙度（孔隙率）、孔隙比岩石孔隙性、孔隙度（孔隙率）、孔隙比岩石孔隙性、孔隙度（孔隙率）、孔隙比 孔孔孔孔隙隙隙隙比比比比是是指指岩岩石石中中各各种种孔孔洞洞和和裂裂隙隙体体积积总总和和与与岩岩石石内固体部分实体积之比。内固体部分实体积之比。第12页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 岩石碎胀性和压实性岩石碎胀性和压实性岩石碎胀性和压实性岩石碎胀性和压实性 岩岩岩岩石石石石碎碎碎碎胀胀胀胀性性性性：岩岩石石破破碎碎以以后后体体积积将将比比整整体体状状态态下下增大，这种性质称为岩石碎胀性。增大，这种性质称为岩石碎胀性。岩岩石石碎碎胀胀性性可可用用岩岩石石破破碎碎后后处处于于涣涣散散状状态态下下体体积积与与岩岩石石破破碎碎前前处处于于整整体体状状态态下下体体积积之之比比来来表表示示，该该值值称为碎胀系数，即：称为碎胀系数，即：第13页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 岩石碎胀性和压实性岩石碎胀性和压实性岩石碎胀性和压实性岩石碎胀性和压实性 岩石破碎后，在其自重和外加载荷作用下会逐步压岩石破碎后，在其自重和外加载荷作用下会逐步压实，体积随之降低，碎胀系数比初始破碎时对应地实，体积随之降低，碎胀系数比初始破碎时对应地变小。变小。岩石残余碎胀性：岩石残余碎胀性：岩石残余碎胀性：岩石残余碎胀性：岩石破碎体压实后体积与破碎前岩石破碎体压实后体积与破碎前原始体积之比，称为残余碎胀系数。原始体积之比，称为残余碎胀系数。残余碎胀系数惯用残余碎胀系数惯用 表示。表示。第14页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石水理性：岩石水理性：岩石水理性：岩石水理性：岩石吸水性岩石吸水性岩石吸水性岩石吸水性 岩石吸水性岩石吸水性岩石吸水性岩石吸水性是指遇水不崩解岩石在一定试验条件下是指遇水不崩解岩石在一定试验条件下（要求试样尺寸和试验压力）吸入水分能力。（要求试样尺寸和试验压力）吸入水分能力。自然吸水性自然吸水性自然吸水性自然吸水性是指试件在大气压力作用下吸入水分质是指试件在大气压力作用下吸入水分质量与试件干质量之比。量与试件干质量之比。，单位：，单位：%。强制吸水性强制吸水性强制吸水性强制吸水性是指试件在真空或加压（普通为是指试件在真空或加压（普通为15MPa）条件下吸入水分质量与试件干质量之比，）条件下吸入水分质量与试件干质量之比，它也称饱和吸水率。它也称饱和吸水率。sat，单位：，单位：%。第15页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 岩石透水性岩石透水性岩石透水性岩石透水性 岩石透水性岩石透水性岩石透水性岩石透水性是岩石能被水透过性能。是岩石能被水透过性能。岩石透水性通惯用渗透系数岩石透水性通惯用渗透系数K表示。表示。达西定律：达西定律：Q=KAI，即单位时间内渗水量，即单位时间内渗水量Q与渗透与渗透面积面积A和水力坡度和水力坡度I有正比关系，其中百分比系数有正比关系，其中百分比系数K就称为渗透系数。就称为渗透系数。渗透系数普通是经过在钻孔中进行抽水试验或压水渗透系数普通是经过在钻孔中进行抽水试验或压水试验来测定。试验来测定。第16页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 岩石透水性岩石透水性岩石透水性岩石透水性 第17页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 岩石软化性岩石软化性岩石软化性岩石软化性 岩石软化性岩石软化性岩石软化性岩石软化性是岩石浸水后其强度显著降低现象。是岩石浸水后其强度显著降低现象。岩石软化系数岩石软化系数岩石软化系数岩石软化系数是指水饱和岩石试件单向抗压强度与是指水饱和岩石试件单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之比。干燥岩石试件单向抗压强度之比。第18页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 岩石膨胀性和崩解性岩石膨胀性和崩解性岩石膨胀性和崩解性岩石膨胀性和崩解性 岩石膨胀性岩石膨胀性岩石膨胀性岩石膨胀性是岩石遇水后产生体积增大现象。是岩石遇水后产生体积增大现象。岩石膨胀性能够用膨胀力和膨胀率表示。岩石膨胀性能够用膨胀力和膨胀率表示。岩石与水进行物理化学反应后，随时间改变会产生岩石与水进行物理化学反应后，随时间改变会产生体积增大现象，这时使试件体积保持不变所需要压体积增大现象，这时使试件体积保持不变所需要压力称为岩石膨胀应力，而增大后体积与原体积比率力称为岩石膨胀应力，而增大后体积与原体积比率称为岩石膨胀率。称为岩石膨胀率。膨胀性软岩膨胀率甚至大于膨胀性软岩膨胀率甚至大于35%.膨胀性与碎胀性区分？膨胀性与碎胀性区分？膨胀性与碎胀性区分？膨胀性与碎胀性区分？第19页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 侧限膨胀侧限膨胀仪仪第20页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 岩石膨胀性和崩解性岩石膨胀性和崩解性岩石膨胀性和崩解性岩石膨胀性和崩解性 岩石崩解性岩石崩解性岩石崩解性岩石崩解性指岩石与水相互作用时失去粘结性并变指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度而成为涣散物质性能。成完全丧失强度而成为涣散物质性能。岩石崩解现象是因为水化过程中减弱了岩石内部结岩石崩解现象是因为水化过程中减弱了岩石内部结构联络引发。常见于由可溶盐和粘土质胶结沉积岩构联络引发。常见于由可溶盐和粘土质胶结沉积岩地层中。地层中。岩石耐崩解性指数岩石耐崩解性指数指岩样在承受干燥和湿润两个标指岩样在承受干燥和湿润两个标准循环之后，岩样对软化和崩解作用所表现出抵抗准循环之后，岩样对软化和崩解作用所表现出抵抗能力。能力。第21页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质 选选10块岩石试样，每块质量块岩石试样，每块质量40 60g，磨去棱角使其近于球粒状。磨去棱角使其近于球粒状。将试样放进带筛圆筒内将试样放进带筛圆筒内(筛眼直径为筛眼直径为2mm)，在在105下烘至恒重后下烘至恒重后称重，然后将圆筒支承在水槽上，并向槽中注蒸馏水，使水面到低称重，然后将圆筒支承在水槽上，并向槽中注蒸馏水，使水面到低于圆筒轴于圆筒轴20mm位置，位置，20 r/min匀速转动圆筒，匀速转动圆筒，10min后取下圆筒后取下圆筒作第二次烘干称重，这么就完成了一次于湿循环试验；重复上述试作第二次烘干称重，这么就完成了一次于湿循环试验；重复上述试验步骤就能够完成屡次干湿循环试验。规范以第二次干湿循环数据验步骤就能够完成屡次干湿循环试验。规范以第二次干湿循环数据作为计算耐崩解性指数依据。作为计算耐崩解性指数依据。干湿循环测定仪干湿循环测定仪第22页1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质1.3 1.3 影响岩石力学性质主要原因影响岩石力学性质主要原因影响岩石力学性质主要原因影响岩石力学性质主要原因1.4 1.4 岩石流变性岩石流变性岩石流变性岩石流变性第23页 岩石与土岩石与土岩石与土岩石与土 结构面与结构体结构面与结构体结构面与结构体结构面与结构体 岩块与岩体岩块与岩体岩块与岩体岩块与岩体 岩石结构与结构岩石结构与结构岩石结构与结构岩石结构与结构 岩石岩石岩石岩石(真真真真)密度密度密度密度 与视密度与视密度与视密度与视密度 （天然、干燥、饱和视密度）（天然、干燥、饱和视密度）岩石空隙性、孔隙度（孔隙率）岩石空隙性、孔隙度（孔隙率）岩石空隙性、孔隙度（孔隙率）岩石空隙性、孔隙度（孔隙率）n、孔隙比、孔隙比、孔隙比、孔隙比e 岩石碎胀性和压实性、碎胀系数岩石碎胀性和压实性、碎胀系数岩石碎胀性和压实性、碎胀系数岩石碎胀性和压实性、碎胀系数KP、残余碎胀系数、残余碎胀系数、残余碎胀系数、残余碎胀系数K P 岩石吸水性、自然吸水率岩石吸水性、自然吸水率岩石吸水性、自然吸水率岩石吸水性、自然吸水率 、强制吸水率、强制吸水率、强制吸水率、强制吸水率 sat 岩石透水性、渗透系数岩石透水性、渗透系数岩石透水性、渗透系数岩石透水性、渗透系数K 岩石软化性、软化系数岩石软化性、软化系数岩石软化性、软化系数岩石软化性、软化系数 c 岩石膨胀性与崩解、膨胀应力与膨胀率、崩解性指数岩石膨胀性与崩解、膨胀应力与膨胀率、崩解性指数岩石膨胀性与崩解、膨胀应力与膨胀率、崩解性指数岩石膨胀性与崩解、膨胀应力与膨胀率、崩解性指数1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.0 1.0 概述概述概述概述/1.1/1.1 岩石物理性岩石物理性岩石物理性岩石物理性要求：概念清楚要求：概念清楚 了解普通岩石性能指标数量级了解普通岩石性能指标数量级岩石物理性质不但限于此！岩石物理性质不但限于此！第24页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.0 1.0 概述概述概述概述/1.1/1.1 岩石物理性岩石物理性岩石物理性岩石物理性第25页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.0 1.0 概述概述概述概述/1.1/1.1 岩石物理性岩石物理性岩石物理性岩石物理性第26页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度1 1 1 1 岩石强度与极限强度岩石强度与极限强度岩石强度与极限强度岩石强度与极限强度 岩石抵抗外力破坏能力岩石抵抗外力破坏能力/承受外力作用能力，即岩石强度。承受外力作用能力，即岩石强度。岩石发生岩石发生破坏时破坏时所能承受最大载荷叫做所能承受最大载荷叫做极限载荷极限载荷，用，用单位面积单位面积表表示则称为（极限）强度。示则称为（极限）强度。单位：单位：MPa（即（即MN/m2）。）。岩石极限强度与岩石极限强度与应力条件应力条件紧密相关。应力紧密相关。应力环境环境（状态）不一样，（状态）不一样，或外力作用或外力作用时间时间不一样，或外力作用不一样，或外力作用速度速度不一样，岩石极限强不一样，岩石极限强度不一样。度不一样。派生出：派生出：单轴抗压单轴抗压/抗拉抗拉/抗剪强度、三轴抗压抗剪强度、三轴抗压/抗拉抗拉/抗剪强度、抗剪强度、瞬时强度、长时强度等。瞬时强度、长时强度等。第27页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度2 2 2 2 岩石强度与岩体强度（岩石强度与岩体强度（岩石强度与岩体强度（岩石强度与岩体强度（P73P73P73P73）岩石强度与结构面岩石强度与结构面强度组合关系强度组合关系第28页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度2 2 2 2 岩石强度与岩体强度岩石强度与岩体强度岩石强度与岩体强度岩石强度与岩体强度岩石强度与结构面岩石强度与结构面强度组合关系对岩强度组合关系对岩体强度影响体强度影响第29页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度3 3 3 3 岩石破坏形式岩石破坏形式岩石破坏形式岩石破坏形式 （1 1）脆性破坏脆性破坏 特点：特点：破坏前破坏前没有没有显著变形（突然性）。显著变形（突然性）。原因：原因：可能是岩石中裂隙发生和发展结果。可能是岩石中裂隙发生和发展结果。规规律律性性：坚坚硬硬岩岩石石在在一一定定条条件件下下都都表表现现出出脆脆性性破破坏性质。坏性质。第30页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度3 3 3 3 岩石破坏形式岩石破坏形式岩石破坏形式岩石破坏形式 （2 2）延性（塑性）破坏延性（塑性）破坏 特点：特点：破坏前破坏前有有显著变形。显著变形。原原因因：岩岩石石内内结结晶晶晶晶格格错错位位结果。结果。规规律律性性：软软弱弱岩岩石石常常表表现现出出延性破坏性质。延性破坏性质。第31页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度3 3 3 3 岩石破坏形式岩石破坏形式岩石破坏形式岩石破坏形式 （3）弱面剪切破坏 特点：沿结构面滑动。原因：弱面剪切破坏。规律性：显著存在弱面岩体经常表现为弱面剪切破坏性质。第32页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度3 3 3 3 岩石破坏形式岩石破坏形式岩石破坏形式岩石破坏形式 岩石破坏形式取决于：岩石破坏形式取决于：（1 1）岩石性质与结构面性质；）岩石性质与结构面性质；（2 2）岩石受力状态相关；）岩石受力状态相关；（3 3）岩石环境条件。）岩石环境条件。第33页 岩岩石石试试件件在在单单轴轴压压力力下下(无无围围压压，只只轴轴向向加加压压力力)抵抵抗抗破破坏坏极极限限能能力力，或或极极限限强强度度，它它在在数数值值上上等等于于破破坏坏时最大压应力。时最大压应力。RcRc （应用（应用最广）最广）1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度4 4 4 4 岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗压压压压强度强度强度强度第34页 标准岩石单向抗压强度试验：标准岩石单向抗压强度试验：（1 1）试件：圆柱体，）试件：圆柱体，=5 5cmcm，H=H=1010cmcm，不少于，不少于3 3块块 （2 2）加载速率：加载速率：0.5 0.51.0 1.0 MPa/sMPa/s。（3 3）抗压强度计算：）抗压强度计算：1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度4 4 4 4 岩石单向抗压强度岩石单向抗压强度岩石单向抗压强度岩石单向抗压强度第35页36 点载荷强度测定法：点载荷强度测定法：1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度4 4 4 4 岩石单向抗压强度岩石单向抗压强度岩石单向抗压强度岩石单向抗压强度 通常岩石点载荷指数要比常规单轴抗压强度小得多。通常岩石点载荷指数要比常规单轴抗压强度小得多。岩岩石石点点载载荷荷指指数数能能够够作作为为独独立立岩岩石石强强度度特特征征指指标标应应用用，能能够够经过某种公式换算为常规单轴抗压强度。经过某种公式换算为常规单轴抗压强度。第36页 岩石抗压强度主要影响原因：岩石抗压强度主要影响原因：（1）矿物成份）矿物成份（2）结晶程度与颗粒大小）结晶程度与颗粒大小（3）胶结情况）胶结情况（4）生成条件）生成条件（5）风化作用）风化作用（6）密度）密度（7）水作用）水作用（8）试件形状和尺寸）试件形状和尺寸（9）加载速率）加载速率1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度4 4 4 4 岩石单向抗压强度岩石单向抗压强度岩石单向抗压强度岩石单向抗压强度第37页 岩岩石石试试件件在在单单轴轴拉拉力力作作用用下下抵抵抗抗破破坏坏极极限限能能力力或或极极限限强强度度，它它在在数数值值上上等等于于破破坏坏时时最最大大拉拉应应力力。RtRt 岩岩石石抗抗拉拉强强度度远远小小于于抗抗压压强强度度。岩岩石石直直接接进进行行抗抗拉拉强强度度试试验验比比较较困困难难，当当前前大大多多进进行行各各种种各各样样间间接接试试验，再用理论公式算出抗拉强度。验，再用理论公式算出抗拉强度。1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度5 5 5 5 岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗拉拉拉拉强度强度强度强度第38页直接抗拉试验法直接抗拉试验法1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度5 5 5 5 岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗拉拉拉拉强度强度强度强度 劈裂法试验法（加载速率劈裂法试验法（加载速率 0.5 MP/s）劈裂法可行性？劈裂法可行性？优点优点/缺点？缺点？第39页 岩石抗剪强度岩石抗剪强度 岩岩石石抵抵抗抗剪剪切切破破坏坏(滑滑动动)能能力力。岩岩石石试试件件受受到到剪剪断时，剪切面上断时，剪切面上切向应力值切向应力值，称为岩石抗剪强度。，称为岩石抗剪强度。岩岩石石抗抗剪剪强强度度是是岩岩石石力力学学中中需需要要研研究究最最主主要要特特征征之之一，往往比抗压和抗拉强度更有意义。一，往往比抗压和抗拉强度更有意义。1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度6 6 6 6 岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗剪剪剪剪强度强度强度强度第40页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度6 6 6 6 岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗剪剪剪剪强度强度强度强度 岩石剪切试验不一样加载方式及抗剪强度分类岩石剪切试验不一样加载方式及抗剪强度分类a-a-抗切试验；抗切试验；b-b-抗剪断试验；抗剪断试验；c-c-摩擦试验；摩擦试验；d-d-重剪试验重剪试验 剪切面无法向力剪切面无法向力有法向力有法向力已经有结构面（断裂已经有结构面（断裂面）面）存在弱面存在弱面抗切强度抗切强度抗剪强度抗剪强度摩擦强度（残余抗剪强度）摩擦强度（残余抗剪强度）重剪强度重剪强度第41页楔形剪切试验法楔形剪切试验法标准试件尺寸标准试件尺寸 5 5 5cm1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度6 6 6 6 岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗剪剪剪剪强度强度强度强度第42页楔形剪切试验结果楔形剪切试验结果 岩石抗剪断曲线岩石抗剪断曲线 C内聚力，内聚力，MPa；内摩擦角，内摩擦角，。1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度6 6 6 6 岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗岩石单向抗剪剪剪剪强度强度强度强度第43页 岩岩石石试试件件在在三三轴轴压压应应力力作作用用下下所所能能抵抵抗抗最最大大轴轴向向应应力力（最最大大主主应应力力 1max），称称为为岩岩石石三三轴轴抗抗压强度压强度。岩岩石石三三轴轴抗抗压压强强度度通通常常是是在在轴轴对对称称应应力力组组合合方方式式三三轴轴应应力力条条件件下下（1 2=3），利利用用岩岩石石三轴应力试验机测定。三轴应力试验机测定。1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度7 7 7 7 岩石三向抗岩石三向抗岩石三向抗岩石三向抗压压压压强度强度强度强度第44页MTS岩石力学刚性伺服机岩石力学刚性伺服机岩石三轴压岩石三轴压 力试验容器力试验容器1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度7 7 7 7 岩石三向抗岩石三向抗岩石三向抗岩石三向抗压压压压强度强度强度强度第45页三轴试验装置三轴试验装置1 压力室；压力室；2 密封设备；密封设备；3 球面底座；球面底座；4 压力液进口压力液进口5 5 排气口；排气口；6 6 侧向压力；侧向压力；7 7 试样。试样。1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度7 7 7 7 岩石三向抗岩石三向抗岩石三向抗岩石三向抗压压压压强度强度强度强度注意单位！注意单位！KN、cm2加载次序：围加载次序：围压压-轴向载荷轴向载荷第46页 岩石三轴抗压强度岩石三轴抗压强度与围压关系与围压关系1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石强度岩石强度岩石强度岩石强度7 7 7 7 岩石三向抗岩石三向抗岩石三向抗岩石三向抗压压压压强度强度强度强度P/0.1MPa1-P/0.1MPa第47页1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质1.1 1.1 岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质1.3 1.3 影响岩石力学性质主要原因影响岩石力学性质主要原因影响岩石力学性质主要原因影响岩石力学性质主要原因1.4 1.4 岩石流变性岩石流变性岩石流变性岩石流变性第48页 岩岩石石处处于于简简单单受受力力情情况况时时，如如单单一一拉拉伸伸、压压缩缩或或纯纯剪剪切切应应力力状状态态，材材料料危危险险点点可可由由简简单单试试验验来来决决定定（单单向向抗抗压压强强度度试试验验，单单向向抗抗拉拉强强度度试试验验，纯纯剪剪试试验验等等）。这这时时，破破坏坏准准则则（即即破破坏标准）建立可没有困难。坏标准）建立可没有困难。不不过过，在在复复杂杂应应力力状状态态下下怎怎样样算是破坏呢？！算是破坏呢？！1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法 岩石三轴抗压强度岩石三轴抗压强度与围压关系与围压关系P/0.1MPa1-P/0.1MPa第49页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法 岩岩石石中中任任一一点点应应力力、应应变变增增加加到到某某一一极极限限时时，该该点点就就要要发发生生破破坏坏，用用以以表表征征岩岩石石破破坏坏条条件件应应力力状状态态与与岩岩石石强强度度参参数数间间函函数数关关系系，称称为为破破坏坏准准则则（也也叫叫破破坏坏判判据据/failure criterion，强度准则强度准则/强度判据强度判据/strength criterion）。破破坏坏准准则则与与本本构构方方程程不不一一样样。本本构构方方程程普普通通指指受受力力过过程程“应应力力应应变变”关关系系；破破坏坏准准则则则则是是在在极极限限状状态态下下“应应力力应应力力”关系。关系。破破坏坏准准则则应应该该与与坐坐标标无无关关，故故通通惯惯用用坐坐标标不不变变量量表表示示。常常见见坐标不变量有主应力、应力不变量或应力偏量不变量等。坐标不变量有主应力、应力不变量或应力偏量不变量等。1 1 1 1 岩石破坏准则概念岩石破坏准则概念岩石破坏准则概念岩石破坏准则概念第50页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法 莫尔强度理论：莫尔强度理论：（1900）莫尔强度理论建立在试验数据统计分析基础上。莫尔强度理论建立在试验数据统计分析基础上。认认为为：材材料料内内某某一一点点破破坏坏主主要要决决定定于于它它最最大大主主应应力力 1和和最最小小主主应应力力 3，而而与与中中间间主主应应力力无无关关；当当岩岩体体中中某某一一平平面面上上剪剪应应力力超超出出该该面面上上极极限限剪剪应应力力时时，岩岩石石就就破破坏坏。而而这这一一极极限限剪剪应应力力 又又是是作作用用在在该该面面上上法向压应力法向压应力 函数，即：函数，即：=f（）把三向应力问题转变为二向应力问题！把三向应力问题转变为二向应力问题！能够用极限应力能够用极限应力Mohr圆描述莫尔强度理论。圆描述莫尔强度理论。2 2 2 2 莫尔（莫尔（莫尔（莫尔（MohrMohrMohrMohr）理论与莫尔库仑准则）理论与莫尔库仑准则）理论与莫尔库仑准则）理论与莫尔库仑准则 （用最多）（用最多）（用最多）（用最多）第51页xyxyxy131n0A2DFGHCA11 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法2 2 2 2 莫尔（莫尔（莫尔（莫尔（MohrMohrMohrMohr）理论与莫尔库仑准则）理论与莫尔库仑准则）理论与莫尔库仑准则）理论与莫尔库仑准则 -平面平面Mohr应力圆应力圆2单元体中任意截面上应力皆能够用应力圆求出。应力圆上任意一点都代表单元体内某一对应平面上应力。第52页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法2 2 2 2 莫尔（莫尔（莫尔（莫尔（MohrMohrMohrMohr）理论与莫尔库仑准则）理论与莫尔库仑准则）理论与莫尔库仑准则）理论与莫尔库仑准则 -平面极限应力圆包络线平面极限应力圆包络线多个极限应力圆上破坏多个极限应力圆上破坏点轨迹称为莫尔强度线点轨迹称为莫尔强度线/莫尔包络线。莫尔包络线。包络线能够深入划分为包络线能够深入划分为直线形强度线直线形强度线抛物线抛物线形强度曲线和双曲线形形强度曲线和双曲线形强度曲线三类。强度曲线三类。第53页1 1 岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质岩石物理力学性质 1.2 1.2 岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石力学性质岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准则及测试方法岩石破坏准