岩石力学课程4.ppt

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1、第四章 岩石的变形 Chapter 4 Rock Deformation,目的：学习和认识岩石在各种物理因素作用下的形状和大小的变化及其对工程的影响、以及同种类岩石的变形特征。 要求：掌握岩石的材料的应力应变曲线、全应力应变曲线。,重点：单轴压缩试验和岩石的全应力应变曲线的构成分析。,难点：根据岩石的应力应变曲线进行的材料划分。,学习提示 Learning Hints,4.1 概述,4.1.1 岩石变形的概念,岩石变形,指多种地质力学环境因素和工程荷载共同作用岩石形状与大小发生变化。,河谷下切、地应力释放、工程开挖等;,水库蓄水、隧洞充水的水荷载等；,岩石锚固、支挡建筑物等的变形等,4.1 概

2、述,4.1.2 岩石的变形稳定,因此，岩体的变形量常作为工程设计的控制标准之一。,岩体作为建筑物的基础，其变形与上部结构的变形相互协调影响结构内力。,4.1 概述,4.1.2 岩石的变形稳定,空间壳体,4.1 概述,重力坝 右江 h=130m,库空 是否向上游倾斜研究岩体 变形的重要性,蓄水 坝基不均匀变形影响,4.1.2 岩石的变形稳定,不均匀变形造成坝体内剪应力及主拉应力增长，造成开裂错位等不良后果。,4.1 概述,弹性变形,塑性变形,蠕 变,岩石在外力作用下发生变形，当外力取消后又完全恢复到变形前的状态。,当应力达到或超过屈服点后会造成岩石永久应变的变形叫做塑性变形（荷载卸去后，变形不能

3、全部恢复，残留一部分永久变形）。,荷载（应力）一定的情况下，岩石变形随时间t增加而增加。,4.1.2 岩石的变形类型,4.1 概述,4.1.3 线弹性变形的本构关系,岩石的变形特性通常用E和u两个常数来表示，当E和u已知时，可计算给定应力状态下的变形。,三维应力条件下的Hook定律,（三维）,4.1 概述,4.1.3 线弹性变形的本构关系,如果已知变形，也可用下式计算应力，其中：K为体积模量；G称为剪切模量，称为拉梅常数。,一般采用室内试验或现场试验，静力试验或动力试验来获取岩石变形指标及应力应变关系。 室内试验一般有单轴压缩试验、三轴试验等，现场试验有承压板试验、狭缝试验、环形加荷试验等。,

4、显然，要了解岩石的变形特性，必须确定/已知岩石的变形指标，包括弹性模量，泊松比、剪切模量、体积模量等，显然，由于岩体结构的复杂性（含多结构面），其变形指标也存在很大的差异，因此确定岩石变形指标显得尤为重要。,4.2 岩石变形室内试验,4.2.1 岩石变形的特点,试件：D=5.0cm、H10.0cm,加载：普通压力机、刚性压力机 （MTS、INSTRON等）,量测：,应变片：轴向 、侧向,单轴压缩试验,4.2 岩石变形室内试验,单轴压缩试验,成果整理：,一般来说为曲线，当较小时，为直线,4.2.1 岩石变形的特点,4.2 岩石变形室内试验,单轴压缩试验,通过单轴试验，可以获得以下几种模量（变形指

5、标）：,(1) 初始弹性模量 ：曲线上零荷载时的切线斜率；,(2) 切线弹性模量 ： 随应力状态变化；,(3) 平均弹性模量 ：取 近似于直线段的平均斜率；,(4) 割线弹性模量 ：原点与曲线上某点连线的斜率;,4.2.1 岩石变形的特点,4.2 岩石变形室内试验,三轴压缩试验,用岩石三轴仪也可直接测定岩石试件的弹性模量。,通过岩样上应变体引线量测轴向、侧向应变。对常规三轴而言：,根据三维Hook定律计算弹模：,4.2.1 岩石变形的特点,4.3 岩石的变形性质,4.3.1 岩石的应力应变全过程曲线,通过刚性压力机单轴试验获得应力应变全过程曲线，分为4个阶段：,1. OAStage 1 压密阶

6、段,岩体中细微裂隙受压闭合；,2. ABStage 2 线弹性阶段,卸载后变形可恢复，岩石颗粒变形,3. BCStage 3 强化/塑性阶段,卸载后变形不能完全恢复；,4. CDStage 4 软化阶段,，强度下降，塑性变形比重大；,Stage 1,Stage 2,Stage 3,Stage 4,4.3 岩石的变形性质,4.3.1 岩石的应力应变全过程曲线,不同岩性的岩样，全过程曲线中某些阶段突出，某些阶段弱化，可根据各阶段的差异对岩性进行划分。,4.3 岩石的变形性质,4.3.1 岩石的应力应变全过程曲线,直线型：具有明显弹性特性且绝大多数有很高强度的脆性，代表岩石有石英岩、玄武岩等。,下凹

7、型：也称弹塑性区县，具有明显塑性变形，代表岩石有石灰岩、粉砂岩等。,上凹型：具有较大的孔隙且岩石又比较坚硬，也可作为弹塑性的一种，代表岩石有片麻岩等。,S型：呈现塑弹塑性特征，上凹形和下凹形的组合，表现为多孔且有明显塑性的岩石，代表岩石有大理岩等。,4.3.2 反复加载与卸载条件下的变形特性,一）弹性阶段,二）弹塑性（强化）阶段,1. 卸载：卸载弹性变形恢复,4.3 岩石的变形性质,加载卸载过程后，应力应变曲线重合（无塑性变形或不可恢复变形产生）；,4.3.2 反复加载与卸载条件下的变形特性,2. 重复加载（单次）,4.3 岩石的变形性质,二）弹塑性（强化）阶段, 当PP1时，重新加载卸载一般

8、不重合，形成塑性滞回环；重新加载时，呈线性关系。, 当PP1时，重新加载与初始加载时曲线重合。,值得注意：重新加载时，只有当P P1时，才开始出现塑性变形， 提高，这种现象称之为“强化”。,4.3 岩石的变形性质,4.3.2 反复加载与卸载条件下的变形特性,三）反复加载（多次加载卸载加载）,多次反复加载、卸载且每次施加的最大荷载与第一次加载的最大荷载一样： 0P1; 0P1; 0P1，形成塑性滞回环。,多次反复加载、卸载且每次施加的最大荷载都比前一次加载的最大荷载大： 0P1; 0P2; 0P3，形成塑性滞回环的面积增大，卸载曲线的斜率（弹模）也逐次增加，称为强化。,4.3.3 岩石在三轴荷载

9、条件下的变形特性,在三轴试验中可以得到：,4.3 岩石的变形性质,轴向：,径向(侧向)：,绘制成果曲线：,4.3 岩石的变形性质,4.3.3 岩石在三轴荷载条件下的变形特性,一般而言：,单轴3（或为0）较低，同时呈脆性破坏，达到max较时1很小；,中等围压3时，呈塑性破坏，即max，体应变1(12 3)明显，出现扩容现象。,扩容一般是岩石破坏的前兆，主要是由于岩石试件张开细微裂隙的形成和扩张所致，接近破裂时的侧向应变之和须大于轴向应变。裂隙长轴与最大主应力方向平行。,4.3.4 岩石变形指标的确定,弹性模量E,弹性模量是指单轴受力时正应力与弹性正应变e之比：,线弹性岩石,4.3 岩石的变形性质

10、,非线弹性岩石,4.3.4 岩石变形指标的确定,弹性模量E,具有弹性滞回环的岩石，虽然卸载完毕时，其应变能恢复到零，但由于其加、卸载时应力路径不相同，因而P点的加载模量与卸载模量不同。,4.3 岩石的变形性质,弹塑性类岩石的弹性模量，按定义应取-曲线起始段直线的斜率(即切线模量)为准，但实验表明，直线段大致与卸载曲线的割线平行，故弹塑性类岩石的弹性模量往往可取卸载曲线的斜率.,工程实践中带取-曲线上的极限强度50%所对应点的割线斜率，作为割线模量。,4.3.4 岩石变形指标的确定,变形模量E0,4.3 岩石的变形性质,岩石的变形模量是以正应力与总应变（为弹性应变e与塑性应变p之和）的比值表示,

11、对于线弹性类岩石，其变形模量与弹性模量是相同的。对于弹塑性岩石，其变形模量不是常数，它与荷载的大小有关。在应力-应变曲线上的任何点与坐标原点相连所 得的割线的斜率，表示该点所代表的应力的变形模量。,4.3.4 岩石变形指标的确定,泊松比,4.3 岩石的变形性质,岩石的横向应变x与纵向应变y之比值称为泊松比，即：,在岩石的弹性工作范围内，一般为常数，但超越弹性范围以后，随应力的增大而增大，直到=0.5为止（静水压力状态）。 并非岩石的不能大于0.5，对于脆弹性质岩体，因裂缝的存在，侧向变形较大，故仍存在大于0.5的情况。,4.4 岩石应力变形曲线的影响因素,影响岩石应力变形曲线的主要因素,荷载速

12、率,温度,侧向压力,各向异性,4.4 岩石应力变形曲线的影响因素,4.4.1 荷载速率,在单轴压缩试验中，加载速率(荷载增量/时间的比值)对岩石的变形影响很大。加载速率越大/快，弹模越大，强度越高(弹篮球现象)。,岩石试验中，用冲击荷载测得的弹性模量比用静荷载测得的要高的多。,4.4 岩石应力变形曲线的影响因素,4.4.2 温度,一般来说，随着温度的升高，岩石的塑性变形增大，岩石的破坏由脆性破坏向塑性破坏演变。,4.4 岩石应力变形曲线的影响因素,4.4.3 侧向压力,侧向压力2/3对岩石的强度和变形都有很大的影响。,由于侧向应力3的存在，岩石破坏时的变形增加，且随着3的增加，岩石的塑性变形明

13、显。,当3增大至一定范围，岩石几乎开始符合理想塑性变形，即使3再增大，变形特性变化不大。,4.4 岩石应力变形曲线的影响因素,4.4.3 侧向压力,侧压力对孔隙率低的岩石影响小，但对有部分开裂的、孔隙率高的以及软弱的岩石影响大。,在存在3的情况下，岩石变形不仅与大小有关，还与(1- 3)的数值有关。,侧向压力2/3对岩石的强度和变形都有很大的影响。,4.4 岩石应力变形曲线的影响因素,4.4.3 侧向压力,在侧向压力作用下，部分岩石的弹性模量与应力之间呈非线性关系，可用Duncan公式表示：,4.4.4 各向异性,各个方向反映变形的参数（E, ）不同,工程中，常见的横观各向同性材料，需要5个独

14、立参数描述：,平行于XOY的面内：E1,1,垂直于XOY的面内：E2,2,剪切模量G2=E2/(1+2),4.4 岩石应力变形曲线的影响因素,4.5.1 意义,4.5 现场变形试验,现场变形试验也称原位变形试验，它比实验室变形试验更能反映天然岩体的性质(例如裂隙、节理等地质缺陷)，所以有条件最好做这种试验。,但现场试验工作量大、时间长、费用高，一般对于重要的建筑物采用该法（水工隧洞、地下厂房、大坝地基等）。,试验方法分为：静力法（承压板法、狭缝法、环形加荷法）和动力法。,4.5.2 承压板法,试验采用的承压板多半是刚性承压板，其尺寸大小是根据岩体中裂隙的间距和试验所选用的最大压力来确定的，通常

15、采用的是20002500cm2（圆形或正方形）。施加荷载的方法，视岩体结构和工程实际使用的情况而定。当岩体比较完整时，采用分级加荷，每级荷载作一次加荷、卸荷过程，叫逐级一次循环，用以确定岩体在不同荷载条件下的变形特性,4.5 现场变形试验,承压板试验可以在平地上或在平硐中进行，就是通过刚性或柔性承压板将荷载加在岩面上以测定其变形。,4.5.2 承压板法,4.5 现场变形试验,4.5.2 承压板法,试验程序,在平硐或坝基（反力结构）选点,清除破碎岩石、平整、安装千斤顶,加载量测变形整理ps曲线,或分级加载：加载卸载加载 卸载，绘制ps曲线，并根据弹性理论,4.5 现场变形试验,4.5.2 承压板

16、法,4.5 现场变形试验,4.5.2 承压板法,4.5 现场变形试验,地 基 原 位 试 验,4.5.3 狭缝试验法,原理：椭圆孔受内水压力，产生应力与变形的原理建立起来的。,4.5 现场变形试验,4.5.3 狭缝试验法,试验程序,在选定的具有代表性的试验点开一条狭缝；,通过埋设在狭缝的钢枕（旁千顶）对狭缝两侧加压测量变形；,按代有狭缝的理想弹性板平面应力问题计算岩体的变形；, 量测A点绝对变形 按绝对变形：, 量测A1、A2点相对变形 按A1、A2点相对变形,4.5 现场变形试验,4.5.3 狭缝试验法,特点：开槽对岩体扰动小，加压方向随意，也可以在软弱夹层或断层带内试验,缺点：但测试技术和

17、计算方法不严谨（槽面释放应力，不属于平面问题（平面应力和平面应变）,4.5 现场变形试验,4.5.4 环形加荷法,环形加荷法是一种适用于测定岩体处于压、拉两种应力状态下的变形特性的试验方法。,对洞壁加压，可以采用各种不同的方法，目前较常用的有水压法，径向千斤顶法和钻孔膨胀计法。,为了进行这种试验，必须先选择与建筑物地质条件相近的，有代表性的地段，开凿一条试验洞，洞径大小一般是取23m，洞长不小于3倍的洞径。然后对洞壁岩石加压，并测量洞壁变形。,4.5 现场变形试验,4.5.4 环形加荷法,水压法,4.5 现场变形试验,水压法就是利用高压水对洞壁加压的一种方法。 在试验进行之前，须要在试验洞内选

18、定几个测量断面，并安装测量洞径变形的仪器(如钢弦测微计、电阻测微计等)，再封闭试验洞端。在试验时向洞中充灌高压水，对洞壁进行加压。与此同时，测定相应的径向变形值，根据实际测定的资料，可以绘出压力与变形关系曲线 。 水压法的特点是岩石的受荷面积大，压力分布均匀，能测得各个方向上的变形。另外，它的受力条件与压力隧洞的受力条件完全一样，所以它是研究压力隧洞岩体变形的较好的方法。 这种试验方法在破碎岩石中或透水性大的地段不宜采用，而且比起其他方法来，费用大，时间长，所以一般只是在重要工程的设计阶段进行。,4.5.4 环形加荷法,径向千斤顶法(奥地利法),4.5 现场变形试验,这个方法的加压原理与水压法

19、完全相同，唯其径向施压方式不是通过高压水来实现，而是通过埋置于混凝土和圆形钢、木支撑圈之间的1216个扁千斤顶(液压钢枕)来进行的。,当液压枕向洞壁施加径向压力后，同样须要量测洞壁的径向变形量，并由此计算岩体的变形模量。,4.5.4 环形加荷法,钻孔膨胀计法,4.5 现场变形试验,4.5.4 环形加荷法,4.5 现场变形试验,三种方法的弹模/变模的统一计算公式,4.5.4 环形加荷法,4.5 现场变形试验,三种方法的应用条件,承压板法,狭缝法,单双轴加压法,大坝、船闸的地基、拱坝的拱座变形,船闸的变形或岩体的各向异性,软弱夹层、断层、裂隙密集带,水压力法,完整岩体或透水性较小的岩体中,4.5.

20、5 岩石反力（抗力）系数的测定,当隧洞在受到洞内水压力或其它荷载的作用时，衬砌向岩石方向变形，此时衬砌会受到岩石的抵抗，也就是说岩石会对衬砌发生一定的反力，该力称为。地下洞室设计中非常重要的参数。, 注意：只存在于压力区; 若抗力与变形成正比，称之为弹性抗力；,4.5 现场变形试验,岩石反力（抗力）：Rock Resistance,4.5.5 岩石反力（抗力）系数的测定,岩石反力（弹性抗力）系数,岩石反力(弹性抗力)的大小常常用岩石反力(弹性抗力)系数k来表示，其定义为：洞室表面产生单位位移时的应力：,4.5 现场变形试验,文克尔(Winkler)：用于弹性地基计算的一种假定，即认为地基土受压

21、变形的性状有如弹簧，其上各点的压强与该点土的垂直变形成正比。,物理意义：表征岩石反力的大小，即：使隧洞周围的岩石达到一个单位变形时所需要的压力。,4.5.5 岩石反力（抗力）系数的测定,岩石反力（弹性抗力）系数,对于圆形硐室，假设岩石是理想的弹性体，利用弹性厚壁圆筒理论推出圆形隧洞的K值与岩石模量E之间的关系，可表示为：,4.5 现场变形试验,注：半径越大，k值越小。k愈大岩体弹性抗力愈大，愈有利于衬砌的稳定。,4.5.5 岩石反力（抗力）系数的测定,单位弹性抗力系数,指：隧洞半径等于1m(r=1m)时的岩石弹性抗力系数，工程上常用,工程应用,10 无衬砌圆形洞室，直接利用左式,20 有衬砌圆

22、形洞室，则采用下式,4.5 现场变形试验,4.5.5 岩石反力（抗力）系数的测定,确定岩石反力系数的方法,岩石反力系数的现场测定方法比较多，目前应用较广的隧洞水压法、千斤顶法和承压板法，方法与现场测定岩体变形特性相同。,4.5 现场变形试验,当用水压法测定时：如果隧洞无衬砌，则可直接用下式来计算。,当用水压法测定时：如果隧洞有衬砌则可用直接用下式来计算。,4.5.5 岩石反力（抗力）系数的测定,岩石反力系数的修正,实际上岩体并非理想的弹性体，所应用所得的k值偏大，因此需进行修正。 考虑隧洞开挖后周围形成一个环形开裂区的影响，则：,4.5 现场变形试验,4.5.5 岩石反力（抗力）系数的测定,岩

23、石反力系数的修正,4.5 现场变形试验,实际上岩体并非理想的弹性体，所应用所得的k值偏大，因此需进行修正。 因为开裂区半径R确定较困难所以工程上常采用下面的公式进行计算修正：,4.6.1 基本原理,4.6 岩石弹性（变形）常数的动力测试方法,通过激振（地震波、声波等）岩石的方式，测定弹性介质（岩体中）的波速，换算岩体弹模和泊松比。,4.6.1 基本原理,4.6 岩石弹性常数的动力测试方法,当岩体受到振动、冲击或爆破作用时，各种不同动力特性的应力波将在岩体中传播。,4.6.1 基本原理,4.6 岩石弹性常数的动力测试方法,根据波动理论传播于连续、均匀、各向同性弹性介质中的纵波速度Cp和横波速度C

24、s： ,关系：Cp Cs ，即纵波先于横波到达,应用：弹性波在介质中的传播速度仅与介质密度和动力变形参数Ed、d有关，这样可以通过测定岩体中的弹性波速来确定岩体的动力变形参数,4.6.2 岩石弹性波速的测定方法,4.6 岩石弹性常数的动力测试方法,主要用于测量岩块，频率为1000Hz2MHz 。,超声波法,主要测试岩体表面和声波测井，测试范围 550m。,声波法,能量大、频率低、传播距离远可大范围内测试。,地震波法,4.6.2 地震法的测试方法,在洞壁上打两个试验钻孔,激振（引爆炸药）,由地震仪记录地震波、换算,4.6 岩石弹性常数的动力测试方法,4.6.3岩体弹性波测定结果分析,4.6 岩石

25、弹性常数的动力测试方法,Ed综合反映岩体质量（完整程度，岩块弹模）;一般来说： 岩块波速要大于岩体波速； 新鲜完整的岩体波速大； 裂隙越发育和风化，破碎岩体的波速越小 岩石坚固、裂隙少、风化弱，则弹性波振幅大，波速高；反之，在岩性软弱，裂隙多，风化严重的岩体中，波速降低，被吸收或衰减严重，振幅小。,4.6.3岩体弹性波测定结果分析,4.6 岩石弹性常数的动力测试方法,根据弹性波在岩体和岩石试块中的传播速度比，可判断岩体中裂隙发育程度。称此比值的平方为岩体完整性系数，以KV表示：,Cmp和Clp分别为岩体和岩块中弹性波纵波传播速度。,4.6.3岩体弹性波测定结果分析,4.6 岩石弹性常数的动力测

26、试方法,动弹性模量与静弹性模量的关系,从大量的试验资料表明:动弹性模量都普遍大于静弹性模量，一般来说，岩体越坚硬越完整，则差值越小，否则，差值就越大。 一般动弹模Ed=(1.02.56)静弹模Es ，工程上一般取Ed=1.3 Es,4.6.3岩体弹性波测定结果分析,4.6 岩石弹性常数的动力测试方法,动弹性模量与静弹性模量的关系,由于原位变形试验费时、费钱这时可通过动、静弹性模量间关系的研究来确定岩体的静弹性模量。,经验公式来求静弹性模量E,j折减系数，可据岩体完整性系数KV查表求取,4.6.3岩体弹性波测定结果分析,4.6 岩石弹性常数的动力测试方法,岩体的生成年代及岩性、岩质对弹性波传播速

27、度影响也很大。,4.7.1 定义,4.7 破碎岩石的变形性质,所谓破碎岩石：岩石内节理、裂隙非常发育，强风化、强卸荷岩体（一般均指天然岩体）。,4.7.2破碎岩石的P-S曲线特征,4.7 破碎岩石的变形性质,相对完整岩块变形量非常大，且永久变形显著；,卸载应力越大滞回环面积越大(原因裂隙的扩大)；,Ed/E比值可高达13.0，E/可达4.5以上 （达到屈服点后单调加载）,对动力法中高频弹性波丢失严重,加载曲线相互平行；反复加、卸载、曲线总趋势保持不变,4.7.2破碎岩石的P-S曲线特征,4.7 破碎岩石的变形性质,研究表明：E/的愈高，说明岩石愈破碎，故可用E/的大小，对岩体分类。,4.7.3

28、 破碎岩石变形模量E0的估算,4.7 破碎岩石的变形性质,用岩石综合特征值RMR估算,当RMR55时,当RMR55时,4.7.3 破碎岩石变形模量E0的估算,4.7 破碎岩石的变形性质,用剪切波频率 f 估算,f =剪切波(横波)频率，单位1/s。频率愈低岩石愈破碎,4.8 岩石的蠕变,岩石变形,流变（蠕变、松弛、弹性后效）,岩石的时间效应,与时间有关的变形,与时间无关的变形,弹性变形（可恢复） 塑性变形（不可恢复）,4.8 岩石的蠕变,1983年,Muller在第5届国际岩石力学大会上,指出:“对自然界作了不允许的简化而使人们的观点混乱的例子，就是忽略了时间因素对岩体性状的影响”. 研究流变

29、的重要意义: 事例:1980年,湖北省盐池磷矿，160m高，体积约100万方的山体突然崩塌，四层楼被抛至对岸，造成重大伤亡. 矿山顶板跨落，顶板动态仪原理与来压预报. 巷道支护设计，支护时间的确定.,关于岩石的时间效应,4.8 岩石的蠕变,关于岩石的时间效应,4.8 岩石的蠕变,蠕变：研究在恒定载荷作用下，随着时间的延续，岩石的变形情况. =const, = (t),松弛：研究在恒定变形条件下，岩石的应力随时间的变化， =const, = (t),弹性后效：指加卸载后，经一段时间应变才增加(或减少)到应有的数值的现象.,上述种种都属于流变问题.,岩石时间效应的类型,4.8.1 岩石蠕变的概念,

30、4.8 岩石的蠕变,工程实例：深埋洞室围岩蠕变支护变形（新奥法机理）与压力随时间变化。,4.8.2 岩石蠕变的特性,4.8 岩石的蠕变,岩性 针对不同岩石，弹性变形与蠕变对比存在差异,4.8.2 岩石蠕变的特性,4.8 岩石的蠕变,应力水平影响蠕变量大小及蠕变速率,4.8.2 岩石蠕变的特性,4.8 岩石的蠕变,蠕变试验得到典型蠕变曲线分为三段：,AB初期蠕变， 蠕变速率递减 卸载（） p(t)瞬弹PQ+粘弹QR（全部恢复）,BC恒速蠕变，d/dt恒定， （单位时间增加相同） p(t) 瞬弹Tv +粘弹Uv+不可恢复uv,CD加速蠕变 d/dt不断增大，变形破坏,4.8.3 蠕变与工程的关系,

31、4.8 岩石的蠕变,岩石蠕变试验（或三种蠕变类型中）： a）对工程影响不大； b）、c）可能导致变形破坏,4.8.4 岩石蠕变模型,4.8 岩石的蠕变,前面已介绍：岩石变形分为瞬弹和粘弹(蠕变)：,瞬弹模型,粘性模型,剪应力剪应变 虎克定律,岩石变形可以通过弹性+粘性元件不同组合不同介质蠕变模型。,4.8.4 岩石蠕变模型,4.8 岩石的蠕变,马克斯威尔模型（Maxwell Model）,弹性元件+粘性元件串联,4.8.4 岩石蠕变模型,4.8 岩石的蠕变,上式反映马克斯威尔模型 粘弹性材料（剪应力剪应变）关系的微分方程。,马克斯威尔模型（Maxwell Model）,4.8.4 岩石蠕变模型

32、,4.8 岩石的蠕变,讨论：,t0，常量 ，表示突然增至1时的瞬弹变形, 呈线性关系；, 为常数，表明蠕变为恒速，与1和无关。,马克斯威尔模型（Maxwell Model）,4.8.4 岩石蠕变模型,4.8 岩石的蠕变,伏埃特/凯尔文模型,弹性元件与粘性元件并联：,4.8.4 岩石蠕变模型,4.8 岩石的蠕变,凯尔文模型,讨论：,任何时刻呈指数性增长；,t，常量 ，,4.8.4 岩石蠕变模型,4.8 岩石的蠕变,其它几种模型,4.8.4 岩石蠕变的工程应用,4.8 岩石的蠕变,4.8.4 岩石蠕变的工程应用,4.8 岩石的蠕变,4.8.5 关于岩石流变性质研究的讨论,4.8 岩石的蠕变,试件的

33、代表性问题,试验持续时间问题,理论模型与经验模型的有效性问题,试验加载路径问题,4.9.1 软岩,4.9 软岩与膨胀岩,定义：在高地应力、地下水和强风化作用下，具有显著渗流、膨胀、或崩解性的软弱、破碎、风化和节理化围岩，简称为不稳定围岩岩体。 基本力学特性：强度低，孔隙率高，容重小，渗水，吸水性好，易风化，易崩解，具有显著的膨胀性和明显的时效特性，作为工程材料，其稳定性差。,4.9.2 膨胀岩,4.9 软岩和膨胀岩,定义：指在水的物理化学作用下易产生体积增加，碎裂和分解的一类岩石。涉及工程地质学、岩石力学、岩石学、矿物学、物理化学等学科。 膨胀机制：（1）化学转化膨胀岩，如硬石膏，无水芒硝等吸水变相和结晶引起的，体积增加61%。(2)含有较多强亲水矿物的黏土质岩石,例如:蒙脱石,伊利石和高岭土等。,