岩石的力學性質
影響岩石變形的岩石力學性質主要有:
1、岩石的彈性和塑性
岩石在外力作用下發生變形,當外力取消後,又恢復到變形前的狀態,岩石的這種力學性質稱為彈性,這種變形稱為彈性變形。
當應力超過岩石的彈性極限,即使外力去掉後,岩石也不能完全恢復到原來的形狀,從而使一部分變形保留下來,這種變形稱為塑性變形,岩石的這種性質稱為塑性。
2、岩石的脆性和韌性
岩石受力後,若在破裂前,只能承受很小的變形時,稱為岩石的脆性。脆性強的岩石,受力變形後很快就會發生破裂。
岩石受力後,若在破裂前,能夠承受較大的變形而不失去連續完整性時,稱為岩石的韌性。韌性強的岩石不易被拉斷、剪斷或折斷。
3、岩石的剛性
岩石不易發生變形的性質,稱為剛性。理想的剛體,在任何應力作用下都不會發生任何變形。岩石不是理想的剛體,且不同岩石的剛性相對地有強有弱。
4、岩石的粘性
岩石容易發生流動變形的性質稱為粘性。理想的粘性體稱為牛頓流體,它是能經受很大程度變形的材料,在長時間的極其微小的應力作用下,就能表現出持續、緩慢的塑性變形,實際上這是在固體條件下的流動變形。
岩石的脆性破壞
1、岩石的強度
當岩石所受的應力達到或超過岩石的強度極限時,就會發生斷裂。岩石的這種抵抗破壞的能力,稱為岩石的強度。
2、岩石的脆性破壞方式
岩石的破裂有兩種型別:張裂與剪裂。張裂的位移方向垂直於破裂面,張裂面一般垂直於主應力方向。剪裂相對位移平行於破裂面,破裂面一般與最大主壓應力方向的夾角小於45度。
3、庫倫剪下破裂準則
庫倫認為岩石抗剪下破壞的能力不僅同作用在截面上的剪應力有關,而且還與作用於該截面上的正應力有關。設發生剪裂的臨界剪應力為τ,則:
τ=τ0+μσn
σn—作用於該剪切面上的正應力,τ0-σn=0時的岩石抗剪強度,也稱為岩石的內聚力,內聚力對於一種岩石而言是一個常數;
μ—內摩擦係數,即為直線的斜率,如以直線的斜角ψ表示,則μ=tgψ,則上式為:
τ=τ0+σntgψ
ψ—岩石的內摩擦角,則上式稱為庫倫剪下破裂準則。
4、莫爾剪下破裂準則
莫爾根據岩石力學實驗的結果,對庫倫準則提出了修正。他認為材料的內摩擦角不是常數,而是隨圍壓的變化而變化,其破裂線的方程一般表示為:τn=f(σn)
這是一條由一系列實驗得出的曲線,它包絡了同一種岩石在不同圍壓下破裂時的極限應力圓,這一曲線稱為莫爾包絡線。
影響岩石變形行為的因素
1、岩石的各向異性 2、圍壓
4、孔隙流體對變形的影響
5、時間
(1)應變速率
(2)蠕變與鬆弛
當作用於岩石的應力保持長期不變時,岩石的應變會隨應力作用時間的延長而逐漸加大,稱為岩石的蠕變。
在岩石受力變形的過程中,若待應力和應變達到一定值以後就維持應變數不變,則所需繼續作用的應力值會隨時間的延長而逐漸減小,稱為岩石的鬆弛。
(3)施力重複次數