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《岩石力学》课件(完整版)

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岩石 力学 课件 完整版
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第一章 绪论岩石: 由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体 。这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素 。构造 : 组成成分的空间分布及其相互间排列关系岩石力学 ( 研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏规律的学科。第一节 岩石与岩体矿物: 存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。结构: 组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。岩石分类岩体 =岩块 +结构面变质岩:不稳定与变质程度和原岩性质有关岩浆岩:强度高、均质性好沉积岩:强度不稳定,各向异性岩 体结构面岩块不连续面:包括节理、裂隙、孔隙、断面、孔洞、体力学的研究任务与内容① 不连续; ② 各向异性; ③ 不均匀性;④ 岩块单元的可移动性;⑤ 地质因子特性 ( 水 、 气 、 热 、 初应力 ) 。( 1)岩体的力学特征( 2)任务①基本原理方面(建模与参数辨别);②试验方面(试验方法)仪器、信息处理、室内、外、动、静;③现场测试 ;④实际应用•城市化: 我国 1989年不到 20%, 2000年为 2010达 45%,为减少占用地面土地,发展地下空间。•人口密度 :拥人极限 2万 /而上海达 4万/部 16万 / 北京达 绿化指标: 1990年全国城市绿化面积 , 上海 ( 国家要求 2 ) 。 联合国建议:40 ( 莫斯科 44;伦敦 ;巴黎25 ) 。•交通方面 : 北京道路面积 ;东京 ;伦敦 。(4)岩体力学的研究方法研究方法: 实验、理论分析与工程应用相结合实验室内野外岩块(拉、压、剪 … )模拟位移应力压力收敛(表面位移)应变绝对位移、相对位移(内部)理论连介非连介数值方法有限元离散元始应力结构面几何特征介质的模型化 物理数学计算经典解析法数值计算法正反分析分类确定岩体的质量等级模拟试验物理模拟相似材料经验判据岩体工程设计加固措施施工长期监测反馈分析图 1岩体力学在其它学科中的地位( 1) 1925年泰沙基 ( 《 建筑土力学 》( 2) 地质力学的岩石力学学派 ( 奥地利学派 ( 萨尔茨堡学派 ) 缪勒 ) 否认小岩块试件的力学试验 。( 3) 工程岩石力学学派 , 法国塔洛布尔 ( 951年 《 岩石力学 》 ——最早的代表作 。1963年意大利瓦依昂水库岩坡滑动1966年在里斯召开第一届国际岩石力学大会 ( 一届 /4年 )全国岩石力学与工程学术会 , 2000年开第 6届 , 1届 /1年 。全美 ,全欧 。总之三个阶段:材料力学、连介力学、构造力学。力学 (固体力学分支)、地质学、岩石力学的发展简史返回第二章 岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一,也是岩石力学学科中研究最早、最完善的内容之一 。第一节 基本物理性质一、岩石的质量指标(一)密度和比重1、 岩石的密度:单位体积内岩石的质量 。岩石含:固相 、 液相 、 气相 。三相比例不同而密度不同 。( 2)饱和密度:岩石中的孔隙被水充填时的单位体积质量(水中浸 48小时)( 1)天然密度:自然状态下,单位体积质量)/( 31  G——岩石总质量; V——总体积。孔隙体积( 3)干密度:岩块中的孔隙水全部蒸发后的单位体积质量( 108℃ 烘 24h)12、岩石的比重:岩石固体质量( 与同体积水在 4℃ 时的质量比固体积; ——水的比重)/(1 W岩石固体的质量。( KN/V  / /11//二、岩石的孔隙性:反映裂隙发育程度的指标(一)孔隙比孔隙体积(水银充填法求出)(二)孔隙率V=Ve~ /)( 天然状态下饱和状态下三、岩石的水理性质(一)含水性1、含水量:岩石孔隙中含水量 W/%)2、吸水率:岩石吸入水的质量与固体质量之比 ( %)吸水率是一个间接反映岩石内孔隙多少的指标x ) 渗透性在一定的水压作用下,水穿透岩石的能力。反映了岩石中裂隙向相互连通的程度,大多渗透性可用达西( 定律描述:( m3/s)——水头变化率;沿 h——水头高度;A——垂直 k——渗透系数。•••••四 、岩石的抗风化指标 ( 3类)(1)软化系数 (表示抗风化能力的指标)干燥单轴抗压强度、饱和单轴抗压强度;( )越小,表示岩石受水的影响越大。R /1耐崩解性指数是通过对岩石试件进行烘干,浸水循环试验所得的指标。试验时,将烘干的试块,约 500g,分成 10份,放入带有筛孔的圆筒内,使圆筒在水槽中以20r/ 0分钟,然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重。如此反复进行两次,按下式计算耐崩解性指数:(2)岩石耐崩解性指数试验前的试件烘干质量 ;残留在筒内的试件烘干质量 2 1、 自由膨胀率 :无约束条件下,浸水后胀变形与原尺寸 之比轴向自由膨胀 ( %)H——试件高度径向自由膨胀 ( %)D——直径 / /返回(三)岩石的膨胀性评价膨胀性岩体工程的稳定。第三章 岩石动力学基础1. 定义:所谓波,就是某种扰动或某种运动参数或状态参数(例如应力、变形、震动、温度、电磁场强度等)的 变化在介质中的传播。应力波就是应力在固体介质中的传播。2. 分类: (4类)• 弹性波 : 在应力应变关系服从虎克定律的介质中传播的波。第一节 岩石的波动特性一、固体中应力波的种类• 粘弹性波 在非线性弹性体中传播的波,这种波,除弹性变形产生的弹性应力外,还产生又摩擦应力或粘滞应力。• 塑性波 应力超过弹性极限的波。• 冲击波 如果固体介质的变形性质能使大扰动的传播速度远比小扰动的传播速度大,在介质中就会形成波头陡峭的、以超声波传播的冲击波。岩石在受到扰动时在岩体中主要传播的是弹性波,塑性波和冲击波只有在振源才可 以看到。• ( 1)体波 :由岩体内部传播的波 (2类)• ( a) 纵波(又称:初至波、 质点振动的方向和传播方向一致的波• 它产生压缩或拉伸变形。• ( b) 横波(又称次到波、 • 质点振动方向和传播方向垂直的波• 产生剪切变形。• ( 2)面波: 仅在岩石表面传播。• 质点运动的轨迹为一椭圆,其长轴垂直• 按波面形状,应力波又区分为平面波、球面波和和柱面波。• 波面上介质的质点具有相同的速度、加速度、位移、应力和变形。• 最前方的波面称为 波前 、波头和波阵面。二、弹性波在固体中的传播拉梅运动方程(不计体力 )222222222)()()(由上方程导出纵波在各向同性岩体中的传播速度 :横波在各向同性岩体中的传播速度:将 , 代入上两式,得:21)( V 21)2(  )21)(1(   121])21)(1()1([21])1([ 若已知 ,侧可根据上两式推出求动弹性模量和动泊松比 ,即:V ,,dE d)/()2(21)/()43(222222222注 : 若 分辨不清,则可用 (一般可用静泊松比代替)求 ,则• 若 = = 经过各方面试验验证, 一般在  ,, 1 )1(2[/  V V /V /三、岩体弹性波速得测定(一)岩块声波传播速度室内测定测定时,把声源和接收器放在岩块试件得两端,通常用超声波,其频率为 10002 示波见图 3- 1)声波仪岩石试件测出 SP 由于纵波比横波较后到达,因此横波易受干扰,难于分辨,所以准确得测出横波时很重要的。中国科学院岩土力学研究所建议用下述方法:( 1)用激发横向振动的 3- 2a)( 2)利用固体与固体的自由边表面产生反射横波(图 3- 2b)( 3)利用水浸法量测试件的横波(图 3- 2c)(二)岩体声波传播速度的现场测定岩体声波的传播速度可以在 巷道帮面 或平坦的 岩面 上测定。现场量测弹性波速度的方法如图( 3示。• 量出声源与接收器之间的距离 如图 3- 3中的 2• 测出 波传播的时间SP 计算弹性波速度 s(三)岩体弹性波测定结果岩体中弹性波速经过室内外测定与归纳,得结果间表 3- 1。由表可见,岩体纵波波速变化范围较大,受各种因素影响。一般来说,• 岩块波速要大于岩体波速;• 新鲜完整得岩体波速大;• 裂隙越发育和风化破碎岩体的波速越小。根据实验结果整理的岩体动弹性模量见表( 3- 2)动弹性模量与静弹性模量的比值• 一般来说,岩体越坚硬越完整,则差值越小,否则,差值就越大。• 根据对比资料的统计,动弹性模量比静弹性模量高百分之几至几十倍,如图 3- 4所示。• 从动弹性模量的数字来看,多集中在 之间。M P 0501015 图 3回第二节 影响岩体波速的因素( 5方面因素)一、岩体弹性波速与岩体种类、性波的速度也相应增加表 3- 1表示了各类岩石的弹性波速与岩石种类之间的关系。图 3- 5从实例统计的角度,表示了各类岩石的弹性波速及密度之间的关系。体波速与岩体中裂隙或夹层的关系弹性波在岩体中传播时,遇到裂隙,则视充填物而异。若裂隙中充填物为空气,则弹性波不能通过,而是绕过裂隙断点传播。在裂隙充水的情况下,声能有 5%可以通过,若充填物为其他液体或固体物质,则弹性波可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的能力与弹性波的频率和振幅有关 . 越裂隙宽度俞大,反之俞小图 3裂隙数目越多,体波速与岩体的有效孔隙率 关一些岩浆岩,沉积岩和变质岩的纵波速度与有效孔隙率 - 9所示。波波速则急剧下降图 3- 10表示了纵波波速与吸水率之间的关系。从图中可以看出:波波速急剧的下降四、岩体波速与各向异性性质有关岩体因成岩条件、结构面和地应力等原因而具有各向异性,因而弹性波在岩体中的传播、岩体动弹性模量等也具有各向异性。表 3- 6看出:垂直岩层波速=各向异性系数 8; 多数: C=c=- 大部分小于 波波速各向异性系数愈小由表可见,所有系数均大于 1;其最大系数在 体受压应力对弹性波传播的影响(一)室内测试的结果岩石在压应力作用下,对弹性波的波速和动弹性模量有一定的影响,受力状态可分静水压缩 、 三向压缩 和 单向压缩 ,量测方式可分为 平行 或 垂直于最大应力 。测波速有较明显的影响;其它加载方法对所测波速的影响比较小,见图 3- 11, 着压力的增大,纵波的波速亦随之增大。纵波增加的波速,在开始阶段较快,然后逐渐变小,最后可能不增加。垂直于层面加载时,在低应力阶段波速急速随应力增长而增加,当波速超过平行层面方向的波以后,增长变慢。如图 3- 测的波速因方向的不同而不同与压应力相同方向上的纵波波速,在低应力阶段波速急速增长,达到一定程度后增速减缓与压应力垂直方向上的纵波波速,随应力增长而减小(波传动方向上受拉应力)(二)现场量测的结果在某工程中,测定了巷道两帮的应力 变化对声波波速的影响可以推断松动圈的范围。工程测点布置如图 3-于岩体破碎且是低应力区,因而波速较小;高应力区,岩体完整,波速达到最大;原岩应力区,波速正常。根据波速沿测孔深度的变化曲线,确定这三个区的范围。3条测线总的趋势大约在 速最大,可推测松动圈范围在此处。另外,曲线 1在 可能是该处巷道纵横交错,应力较复杂之故。波波速不同。但基本规律相同,即在低应力区纵波波速增长很快,随着应力的增大,增长减慢,趋于常值。如图 3- 18所示 返回第四章 岩体结构面分析一、结构面 : 断层、节理、褶皱 …… 统称岩体结构面影响完整性很好 ——连续介质力学方法非常破碎 ——土力学方法两者之间 ——裂隙体力学方法岩体不连续性 , 各向异性反映区域性地质构造降低岩体强度图 4- 1节理岩体的强度特征与岩石强度的区别Ⅰ -岩石; Ⅱ -节理化岩体: Ⅲ -节理岩体强度 =岩块强度 +节理强度二、结构面的分类按照工程的要求分类1. 绝对分类2. 相对分类 ——相对工程而言的分类见表 4. 按力学观点分类中等结构面 ≤ 1~ 10构 面 ≥ 10长 ≤1 m破坏面破坏带行两者之间充填非充填 见表 4- 2表 4- 1结构面的相对分类图 4- 2 按力学观点的破坏面和破坏带分类单节理 节理组 节理群羽毛状节理 破碎带无充填有充填有粘性充填物三、岩体破碎程度分类(一)裂隙度 在上出现的节理的个数为 n,则节理之间的平均间距为裂隙度切割度单组结构面多组结构面  10k=4/10=0.4/>180体结构d=30~180 块状结构块状( B) 块状 >板状 >柱状( C) 块状 >柱状 >板状( D) 板状 >块状 >柱状9、不同形式的结构体对岩体稳定性的影响程度由大到小的排列次序为( )( A) 聚合型结构体 >方形结构体 >菱形结构体 >锥形结构体( B) 锥形结构体 >菱形结构体 >方形结构体 >聚合型结构体( C) 聚合型结构体 >菱形结构体 >文形结构体 >锥形结构体( D) 聚合型结构体 >方形结构体 >锥形结构体 >菱形结构体10、岩体结构体是指由不同产状的结构面组合围限起来,将岩体分割成相对的完整坚硬的单无块体,其结构类型的划分取决于( )( A) 结构面的性质 ( B) 结构体型式( C) 岩石建造的组合( D) 三者都应考虑1、 A 2、 C 3、 C 4、 A 5、 D 6、 A 7、 C 8、 B 9、 A 10、 D 参考答案返回第五章 工程岩体分类第一节 分类的目的与原则岩体复杂 、 理论不完善 、 靠经验 。 从定性和定量两个方面来评价岩体的工程性质 , 根据工程类型及使用目的对岩体进行分类 , 这也是岩体力学中最基本的研究课题 。1、 分类的目的( 1) 为岩石工程建设的勘察 、 设计 、 施工和编制定额提供必要的基本依据 。( 2) 便于施工方法的总结 ,交流 ,推广 。( 3)为便于行业内技术改革和管理。2、分类原则( 1) 有明确的类级和适用对象 。( 2) 有定量的指标 。( 3) 类级一般分五级为宜 。( 4) 分类方法简单明了 、 数字便于记忆和应用 。( 5)根据适用对象,选择考虑因素。趋势: “ 综合特征值 ” 分类法3、分类的独立因素在分类中起主导和控制作用的有如下几方面因素 :( 1) 岩石材料的质量 ( 强度指标 ) 。( 2) 岩体的完整性 , 结构面产状 、 密度 、 声波等 。( 3) 水汶状态 ( 软化 、 冲蚀 、 弱化 )( 4) 地应力( 5)其它因素(自稳时间、位移率)其中: 岩性是最重要因素返回第二节 几种典型分类1、 按岩石的单轴抗压强度 简单 、 早期 ,因此在工程上采用了较长的时间 (普氏系数 )。( 一 ) 岩石单轴抗压强度分类 (表 5于岩石点荷载试验可在现场测定,数量多而简便,所以用点荷载强度指标分类得到重视。由伦敦地质学会与图 5)以点荷载强度指标分类2、按巷道岩石稳定性分类( 一)斯梯尼 (类根据巷道围岩的稳定性进行分类 ,如表 5据岩石抗压强度、工程地质条件和开挖时岩体稳定破坏现象,分四类,并有相应的施工措施,见表 5)前苏联巴库地铁分类3、按岩体完整性分类( 一)按岩石质量指标 类( 其长度大于等于 10 百分数表示为:   %10010钻孔总长 D i 工程实践说明, 某钻孔的长度为250其中岩芯采取总长度为 200大于 1057 5 则岩 芯 采 取 率 :200/ 250= 80%57/250=63%用 表 5二)以弹性波(纵波)速度分类依据: 弹性波变化能反映岩体结构特性和完整性 。• 中科院地质所根据他们对岩体结构的分类,列出了弹性波在各类岩体中传播特性,如表 5 日本池田和彦于 1969年提出了日本铁路隧道围岩强度分类。首先将岩质分六类,在根据弹性波在岩体中的速度,将围岩强度分为七类。(表 5、按岩体综合指标分类( 二 ) 岩体的岩土力学分类由毕昂斯基 (出 “ 综合特征值 ” 900,代 900②当 C+ C+值分级见表 5为 5级)( 3)结合工程情况,计算岩体基本质量指标修正值 [ 并按表 5 100(2+1,3值,可分别按表 555表中所列情况时,修正系数取零。 [现负值时,应按特殊问题处理。2条 )( 1) 岩体 物理 力学参数的选用工程岩体基本级别一旦确定以后,可按表 5及按表 5体结构面抗剪断峰值强度参数 。( 2)地下工程岩体自稳能力的确定利用标准中附录所列的地下工程自稳能力(表 5可以对跨度等于或小于 20实际自稳能力与表中相应级别的自稳能力不相符时,应对岩体级别作相应调整返回例:某地下工程岩体的勘探后得到如下资料:单轴饱和抗压强度强度 ;岩石较坚硬 , 但岩体较破碎 , 岩石的弹性纵波速度 、岩体的弹性纵波速度 ;工作面潮湿 ,有的地方出现点滴出水状态;有一组结构面 , 其走向与巷道轴线夹角大约为 25度 、 倾角为 33度;没有发现极高应力现象 。 按我国工程岩体分级标准 ( 94) 该岩体基本质量级别和考虑工程基本情况后的级别分别确定为 ( ) 。 ( A) Ⅲ 级和 Ⅲ 级 ( B) Ⅲ 级和 Ⅳ 级( C) Ⅳ 级和 Ⅳ 级 ( D) Ⅳ 级和 Ⅳ 级M p aR c 500 5 0 0解: ( 1)计算岩体的基本质量指标 5 0390 222 p aR c 中:检验限制条件: 取为  取为 2) 查 表 5岩体基本质量分级表 )该岩体基本质量级别确定为 Ⅲ 级。( 3) 计算岩体的基本质量指标修正值)(100][ 321 其中: 为地下水影响修正系数 , 由表 5主要软弱结构面产状影响修正系数 , 由表 5初始应力状态影响修正系数 , 由表 5 4) 查 表 5 - 18 ( 岩体基本质量分级表 )该岩体质量级别最终确定为 Ⅳ 级 。所以 , 本题答案选 ( B) 。2 7 3) 0 03 8 3][ 体的初始应力状态第一节 初始应力的概念与意义 意义( 1)工程稳定性分析的原始参数。( 2)确定开挖方案与支护设计的必要参数。• 初始应力: 天然状态下岩体内的应力,又称地应力、原岩应力。• 因素: 自重 地质构造 地形地貌 地震力水压力 地热。返回第二节 初始应力的组成与计算1、岩体自重应力场垂直应力:—平均密度, KN/—总深度( m)—侧压力系数的取值有 4种可能 图 6体自重垂直应力   ( 1)岩体假定处于弹性状态   1由推出 1得:•岩体由多层不同性质岩层组成时 (图 6 原始垂直应力和水平应力:   01   h   1 ( 2) 性状态)当原始应力超过一定的极限,岩体就会处于潜塑状态或塑性状态。(相当于 )( 3)岩体为理想松散介质 (风化带、断层带)由极限平衡理得    s  s i i s 4)当松散介质有一定粘聚力时s i o i i  当说明无侧压力 s o x0x无侧压力深度2、岩体构造应力 (判断、测试,不能计算)当构造应力存在时 。3、 影响岩体初应力状态的其它因素( 1) 地形 图 6- 7 地形对初应力的影响( 2)地质条件对初应力的影响。图 6层对地应力的影响( 3)水压力、热应力孔隙水压力、流动水压力 (影响小,可不计 )、静水压力(悬浮作用)热膨冷缩在岩体中产生热应力。地温升高会使岩体内地应力增加,一般地温梯度: 岩体的体膨胀系数: ,岩体弹模 E=104温梯度引起的温度应力约为:z M P P 5  m。温度应力是同深度的垂直应力的 1/9,并呈静水压力状态。100/3 返回第三节 岩体初始应力状态的现场量测方法一、 1)了解岩体中存在的应力大小和方向( 2)为分析岩体的工程受力状态以及为支护及岩体加固提供依据( 3)预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的有力工具2. 方法分类 (表 6、水压致裂法(一)方法原理及技术• 要点: 通过液压泵向钻孔内拟定量测深度加液压将孔壁压裂,测定压裂过程中的各特征点压力及开裂方位,然后根据测得的压裂过程中泵压表的读数,计算测点附近岩体中地应力大小和方向。压裂点上下用止水封隔器密封,其结构如图 6压致裂过程中泵压变化及其特征压力示于图 60裂过程泵压变化及特征压力图 6水、压裂工作原理各特征压力的物理意义① 为稳定开裂压力④ 为关闭压力。如围岩渗透性大,该压力将逐渐衰减⑤ 为开启压力(二)基本理论和计算公式当孔壁出现垂直裂缝时,设孔周边两个水平地应力分别为和 ,孔壁还受有水压 6 孔壁开裂力学模型2c 1)((21)1)((212c 41)((21)1)((214421222221442221322321在孔壁上 r=a,有:  2c o s)(2)( 2121 当 时有 最大拉应力 : 123  0•按最大拉应力理论,有(6T(6 (6入 (6 孔壁开裂应力条件021 3 TP  (6 孔壁开裂在与 垂直 , 的面上0中: w,( 6变成: 021 3 (6图 6上式变成:P  021 3 (69和 20两式对比得: 0 (6在关闭压力 壁已经开裂,则,稳定开裂压力由 此时, :02 • 求得主应力及岩体抗拉强度(三)根据水压致裂法试验结果计算地应力( 1)一般来讲 作为地主应力之一。我们可以将 与 作比较,若 ,则可以肯定此时 为最小主应力;进一步将与 作比较,也就可以以此确定地应力的三个主应力。02100023  z  h2z 为开裂点方位或开裂裂缝方向可以确定的方位或 的方向,所以三个地主应力的方位也就可以相应确定 。( 2)如果 ,并且孔壁开裂后孔内岩体出现水平裂缝,则此时 为最小地应力, 与 各为中间主应力及最大地主应力,垂直开裂方向即为最大地应力方向。h2h1 2h1 (四)水压致裂法的特点 设备简单 操作方便 测值直观 适应性强受到重视和推广 缺陷:主应力方向不准三、应力解除法1. 基本原理:当需要测定岩体中某点的应力状态时,人为的将该处岩体单元和周围的岩体分离,此时,岩体单元上所受的拉力将被 解除 。同时,该单元体的几何尺寸也将产生 弹性恢复 。应用一定的仪器, 测定弹性恢复 的应变值或变形值,并且认为岩体时连续、均质和各向同性的弹性体,于是就可以借助弹性理论的解答 计算 岩体单元所受的应力 状态。切断联系解除应力应变恢复测试应变计算应力流程要点2. 应力解除法分类按测试深度表面应力解除浅孔应力解除深孔应力解除按测试应变或变形孔径变形测试孔壁应变测试孔底应力解除法孔壁 应力解除法测 1个平面3个方向上的应变1平面 3方向上的径位移3平面 9个方向应变原理要点 向岩体中的测点先钻进一个平底钻孔,在孔底中心处粘贴应变传感器;套孔钻出岩芯,使孔底平面完全卸载,应变传感器测得孔底平面中心恢复应变;在室内测得岩石的弹性常数;计算孔底中心处的平面应力状态。由于孔底应力解除法只需要钻进一段不长的岩芯,所以对较破碎的岩体也能应用。( 1)岩体孔底应力解除法在孔底平面粘贴 3应变片应变花一个平面有 3个独立的应力分量工作步骤 应变观测系统( 2)套孔应力解除法原理要点 对岩体中某点进行应力量测时,先向该点钻进一定深度的超前小孔,在此小孔中埋设钻孔传感器,再通过钻取一段同心的管状岩芯而使应力解除,根据恢复应变及岩石的弹性常数,即可求得该点的应力状态。•孔径变形测试,孔壁应力解除法,均属于套孔应力解除法。前者测试套孔应力解除后的孔径变化;后者测试套孔应力解除后的孔壁应变。其操作步骤和原理基本相同表面应力解除法直角应变花等边三角形应变花应力解除槽钻孔的深度必须超过开挖 影响区,才能测到岩体内的原始应力,否则测出的是二次应力。工作步骤套孔应力解除工作步骤• 套孔应力解除 使用的传感器孔径变形测试 采用位移传感器; 孔壁应力解除采用 应变传感器。,•孔径变形测试 传感器布置•孔壁应力解除法传感器布置•计算公式应力解除法,由测试数据换算成应力,根据测试参数的不同可以分为两类: (1)由应变换算成应力; (2)径向位移换算成应力。换算的基本理论和方法都在弹性力学中学过,这仅以 (2)为例。由孔径变形测试换算初始应力, 在大多数试验场合下,往往进行简化计算例如假定钻孔方向和 一致,并认为 ,则3 03   2c )((2)( 22121   ( 6中: 钻孔直径d,于考虑到应力解除是逐步向深处进行的,实际上不是平面变形而是平面应力,则有])()(21)[(4 290452450900'1'2  分别 为在 0度, 45度和 90度三个方向上同时测定的孔径变化。90,450 , •空间原始应力测试测试空间原始应力 ,孔壁应变法只须 1钻孔,孔底应变法和孔径变形法需要 3个钻孔四、应力恢复法• 应力恢复法是用来直接测定岩体应力大小的一种测试方法,目前此法仅用于岩体表层,应力。当己知某岩体中的主应力方向时,采用本法比较方便。如图 6洞室某侧墙上的表层围岩应力的主应力 方向各为垂直于水平方向时,就可用到应力恢复法测得 的大小。21,1图 6应力恢复法原理图•基本原理:• 在侧墙上沿测点 o,先沿水平方向开一个解除槽,则在槽的上下附近,围岩应力得到部分解除,应力状态重新分布。在槽的中心线 据 槽看作一条缝,得到:3224612222411)1(133)1(1426- 27)式中 —上的应力分量—的距离的倒数。1 ,• 当在槽中埋设压力枕,并由压力枕对槽加压,若施加压力为 p,则在 点产生的应力分量为324232242)1(132)1(1426- 28)• 当压力枕所施加的力 时,这时 见当压力枕所施加的力 时,则岩体中的应力状态已完全恢复,所求的应力即由 就是应力恢复法的基本原理。• 实验过程1. 在选定的试验点上,沿解除槽的中垂线上安装好量测元件(见图 6应变计的读数。体产生变形并记录应变计上的读数。用水泥砂浆充填空隙。将压力枕联接油泵,通过压力枕对岩体施压。随着压力枕所施加的力 体变形逐渐恢复。逐点记录压力 当应变计回复到初始读数时,此时压力枕对岩体所施加的压力 图 6力枕不仅加压到初始读数 ( ,即恢复了弹性变形 , 而且继续加压到 到全应变 :由应力 岩 体 应 力图 6卸荷曲线 得知, 这样就可以求得产生全应变 所相应的弹性应变 与残余塑性应变 之值。为了求得产生 所相应的全应变量,可以作一条水平线 使 ,则此时 相应的全应变量由 就可知在 点,并求得与 所求的 值。11  1 e1p1e0e000  01返回第四节 岩体初始应力状态分布的主要规律一 、垂直应力随深
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本文标题:《岩石力学》课件(完整版)
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