第二章 变形体的变形规律.docx

1、第二章 变形体的变形规律 变形： 是指变形体在各种荷载作用下，形状、大小及位置在时空域中的变化 岩石的物理性质组要从岩石的 质量指标、体积指标及水理性质 三方面进行介绍 一、岩石的质量指标 （ 1）岩石的密度 岩石的密度分为岩石的质量密度（简称密度）和重力密度（简称重度） （ 2）岩石的比重 岩石的比重是岩石固体部分的重量 Grd 和 4时同体积纯水重量的比值 二、岩石的体积指标 （ 1）岩石的空隙性 岩石的空隙性：岩石中孔隙和裂隙等的统称。 （ 2）岩石的碎胀性及碎胀系数 从岩体中采掘或崩落下来的碎石，其整个体积大于它在岩体内的体积。这种体积增大的性质，叫做岩石的碎胀性。 三、岩石的水理性质

2、 （ 1）岩石的含水性 岩石的含水性一般用湿度或含水率表示 （ 2）岩石的吸水性 岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。通常以吸水率表示。 （ 3） 岩石的透水性 岩石能被水透过的性能称为岩石的透水性 （ 4）岩石的软化性 岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性 （ 5）岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性 （ 6）岩石的膨胀性 岩石浸水后体积增大和相应地引起压力增大的性质称为岩石 的膨胀性 岩石的力学性质包括岩石的 变形性质 及 强度性质 岩石的变形性质：是指岩石所表现的弹塑性等力学属性，在各种应力状态下的应力 应变关系以及岩石的流变性； 岩石的强度性质：主要包括

3、岩石的单向抗压强度、单向抗拉强度、抗剪强度以及岩石的三向抗压强度等。 一、 岩石的变形性质 （ 1）岩石变形的力学属性 物体上任一点的绝对或相对位移，或者线性尺寸的变化，称为该物体的变形。 岩石变形的力学属性：弹性、塑性、粘性、脆性和延性 岩石变形分为： 弹性、塑性、粘性、脆性、延性 弹 塑性、塑 弹性、弹 粘 塑性或粘 弹性 影响岩石变形的因素： 岩石的组分和结构；受力条件、大小；温度等环境因素 （ 2）单轴压缩条件下岩石变形性质 岩石试件在单轴压缩荷载作用下产生变形的全过程可由图全应力 应变 OABCD 曲线表示。由全应力 应变曲线可将岩石的变形分为下列四个阶段： 1）孔隙裂隙压密阶段（

4、OA 阶段）： 即试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形，在此阶段岩石横向膨胀很小， 试件体积随荷载增大而减小。 2）弹性变形阶段（ AB 阶段） ：该阶段的应力 应变近似呈直线。 3）非稳定破裂发展阶段（或称累进性破裂阶段）（ BC 阶段）： 在本阶段，岩石的变形既有弹性变形又有塑性变形，其中微裂隙的发展出现了质的变化，裂隙不断发展，直至试件完全破坏；试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率迅速增大。本阶段的上界应力称为峰值强度。 4）破裂后阶段（ CD 阶段）： 岩块承载能力达到峰值强度后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状；到本阶段，裂隙迅速

5、发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面，此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试块承载能力随变形增大迅速下降，但并不降为零，说明破 裂的岩石仍有一定的承载能力。 （ 3）三向压缩条件下岩石变形性质 以砂岩为例说明三向压缩条件下岩石变形性质 : 1）应力 应变初始阶段岩石属弹性变形。 2）随着侧向应力的增大，岩石试块的塑性变形增大。说明岩石的脆性和塑性是相对的，在单向应力或较低的三向应力状态下表现为脆性的岩石，在高压三向应力状态下破坏前也表现出很大的塑性。 3）随着侧向应力和应力差值的增加，强度极限（峰值）也随之增大。 4）岩石发生破坏后，虽然其结构发生了变化，但仍然保留一定的承载能力。实

6、践证明，围压愈大，其残余强度也愈大。 （ 4）岩石的 流变性质 岩石的流变性：是指岩石在长期静荷载作用下，应力、应变随时间延长而变化的性质 蠕变和松驰是流变性的两种宏观表现。 岩石的蠕变：是指在一定温度和应力作用下，岩石随时间延长（外力不变）而产生的缓慢、连续变形 岩石的松弛：是指在一定温度和变形条件下，岩石随时间延长而产生的缓慢、连续应力减小的过程；它反映了应力随时间而衰减的规律 （ 5） 岩石变形指标 岩石的变形特性通常用变形模量（弹性模量）和泊松比等指标表示。 1）变形模量 变形模量是指单轴压缩条件下，轴向压应力与轴向应变之比。 2）泊松比 泊松比是指单向压缩条件下，横向变形与纵向变形之

7、比。 二、 岩石的强度性质 岩石强度是岩石抵抗破坏的能力，用单位面积上所受力的大小来表示，单位为 Pa（帕） （ 1） 岩石的单向抗压强度 岩石试块在单向受压时所能承受的最大压应力，称为岩石的单向抗压强度。 （ 2）岩石的单向抗拉强度 岩石试块在单向拉伸破坏时所能承受的最大拉应力，称为岩石的单向抗拉强度。 （ 3）岩石的抗剪强度 岩石试块抵抗剪切破坏时所能承受的最大剪切力，称为岩石的抗剪强度。 （ 4）岩石的三向抗压强度 岩石试块在三向压应力作用下所能抵抗的最大应力，称为岩石的三向抗 压强度。 三向抗压强度 单向抗压强度 单向抗剪强度 单向抗拉强度 （ 5） 影响岩石强度的主要因素 1）岩石性

8、质 2）岩石的构造特征 3）岩石的物理状态 4）岩石的受力状态 不同受力状态下岩石强度的大小，一般按下列顺序排列： 三向等压抗压强度 三向非等压抗压强度 双向抗压强度 单向抗压强度 单向抗剪强度 单向抗弯强度 单向抗拉强度。 三、岩石的分类 岩石分类常用的方法：由前苏联普洛多吉亚柯诺夫于 1926年所提出，简称为 普氏分类法 。 分类指标 f：称为普氏系数（又称岩石硬度系数或岩石坚固性系数）。采用岩石的单向抗压强度确定。 把单向抗压强度为 10MPa的粘土硬度系数 f 定为 1，其它岩石的硬度系数 f 以其单向抗压强度为粘土抗压强度的倍数表示。 建筑物变形的特征： 建筑物的沉降、倾斜、位移、裂

9、缝、挠曲等。 表示建筑物变形量的常用的指标有 : 移动指标：下沉 W 、水平移动 U ； 变形指标：倾斜 i 、曲率 K、水平变形 建筑物的变形按其类型可分为：静态变形和动态变形 建筑物的变形按其速度可分为三种：长周期变形、短周期变形和瞬时变形 建筑物 的变形按其特点又可分为：可塑变形和不可塑变形 建筑物变形的影响因素： 自然条件及其变化而引起的建筑物变形 建筑物自身的载荷大小、结构类型、高度、及其动荷载等引起的建筑物变形 由于建筑物设计、施工或者使用期间一些工作做得不合理，或由于周围环境影响而产生的变形 大坝变形的主要表现形式可归纳为： 大坝整体或局部位置随时间变化而发生位移（包括水平位移和

10、垂直位移）； 坝体裂缝等影响坝体正常运行的变形形式。 大坝外部变形的影响因素 ：温度、库水位、时效等 大坝水荷载包括：静水压力、动水压力、渗透静水压力（扬压力）、渗透动水压力、浪压力、冰压力、地震动水压力等。 一、 土石坝沉陷的一般规律 （ 1） 在施工期，随着坝体填筑高度的增加，沉陷量沿高程分布大致呈抛物线形状，如图 2-5（ a）所示。靠近坝基和填筑高程处的沉陷量较小，中部的沉陷量较大。 （ 2）竣工后，坝体的沉陷与坝的填筑高度成正比，如图 2-5（ b）所示。沉陷量的变化随着时间的增加而逐渐减缓。 若荷载不发生变化，经过相当长的时间后，坝体固结到一定程度，两次观测沉陷量差值趋近于零，即不再继续沉陷，如图 2-6所示。 地下水开采沉降主要因素为： 含水层水位变化、地层性质及结构、地面位置、时间因素。