岩石试样的变形破坏和Coulomb 强度准则.ppt

岩石试样的变形破坏和Coulomb强度准则,1Coulomb准则2岩样剪切破坏的角度3粘聚力和内摩擦力的理解4结语,岩石试样的变形破坏和Coulomb强度准则,1Coulomb准则的回归和评价方法,承载的最大剪切应力由粘聚力和内摩擦力确定，τmax＝C＋μσ内摩擦系数μtanφ，φ是内摩擦角。用主应力表示则是σS＝Q＋Kσ3K＝tan245φ/2围压影响系数Q2Ccosφ/1-sinφ相当于单轴压缩强度通常都大于实际压缩的数值,,σ3是自变量，σS是因变量。试验得到n对数据σ3,σS,以线性关系σS＝Q＋Kσ3利用最小二乘法回归即δ＝Σ[σS-Q＋Kσ3]2达到最小确定K和Q。,Q77.3MPaK03.885R＝0.885C＝19.6MPaφ＝36.2,不过相同围压下岩样的强度并不相同，有时围压升高强度反而降低。如果不能分别岩样之间的差异，得到的强度准则难以表示材料性质。,12个试样自身的强度特征不同，试验时岩样选用顺序的不同，试验结果也就不同。回归结果应该不受岩样使用顺序变化的显著影响，才能真正反映岩石的力学性质。对同一批岩样只能进行一种顺序的试验，不能重复利用。可以利用计算机假想试验，进行间接验证。,σS＝Q＋K0σ3K03.885Q77.3MPa,这个公式的确切含义一个给定岩样能够承载的最大轴向应力σS与围压σ3成线性关系。Q是岩样的平均特征,M＝σS-K0σ3随岩样而变化Y＝M＋K0X,将12个试样随机排列，仍按原来的围压进行假想试验，对得到的强度进行线性回归，可以确定一个围压对强度的影响系数K,Kmax5.832Kmin2.027Kave3.893方差0.632,1000组“假想试验”K值的直方图,1Coulomb准则的回归和评价方法,平均值标准方差样本总数151053.8930.6321000602424212由12个岩样强度试验结果得到的结论，不仅是K3.89或φ36.2，相关系数R0.89;而是K在3.89115，φ在32.4～39.4范围内的可能性是60.2％.,试样强度与围压的关系,,缺陷试样的强度估计,,σS*,,尤明庆，华安增，李玉寿．缺陷岩样的强度和变形特性的研究[J]．岩土工程学报，1998,20298～102,2岩样剪切破坏的角度,τ≤μσC,θ≤φarctanμ时,裂隙承载能力为无限大在tanθ＞μ或倾角θ＞φ,2岩样剪切破坏的角度,,,,,在tanθ＞μ或倾角θ＞φ,在σ30和C0即裂隙单轴压缩时存在奇异性。倾角θ＞φ的裂隙，单轴压缩时完全不能承载.只要围压不为零，承载能力随倾角变化，特别是θ接近π/2的闭合裂隙承载能力趋于无穷，不产生沿轴向的张拉破坏。岩样单轴压缩的强度偏低。,Coulomb准则预测的岩石破坏面方向倾角θ045φ/2的截面轴向承载能力最小，（σ1）minQKσ3但岩样实际破坏倾角变化很大,在tanθ＞μ或倾角θ＞φ,围压和粘聚力对不同倾角截面承载能力的影响,μ0.6，倾角在49.5～71.5的裂隙承载能力，在围压3.12～3.49倍之间；倾角很大范围内围压或摩擦对承载能力的作用差别不大。岩样实际破裂角受到结构面影响，偏离θ0可能性很大,围压和粘聚力对不同倾角截面承载能力的影响,尤明庆．岩样三轴压缩的破坏形式和Coulomb强度准.地质力学学报，2002，82179～185,,3粘聚力和内摩擦力的理解,摩擦力与粘聚力在局部不能同时存在.岩石内存在裂隙，只在部分位置粘结。加载过程中，闭合裂隙随着剪切变形增大逐步产生摩擦力。如果应力尚没有达到材料的粘聚力，摩擦力系数就已达到最大值，应力增大使材料丧失粘结力时岩样达到最大的承载应力。这可以用Coulomb准则来描述。,λ有效粘结面积比,岩石只在部分位置粘结，真实粘聚力C0大于Coulomb准则确定的数值,,,常数,,残余强度与峰值强度差异逐步变小。若围压增大，使得μσC0则,NelsonRA.关于实验室内近似模拟地下埋藏的应力状态的讨论．见地壳岩石的力学性状．地质出版社，1989.,3粘聚力和内摩擦力的理解,摩擦力与粘聚力在局部不能同时存在.岩石内存在裂隙，只在部分位置粘结。加载过程中，闭合裂隙随着剪切变形增大逐步产生摩擦力。,,,如果裂隙较多而粘聚力较低，如大理岩，摩擦力建立较慢，在名义应力较低时材料就开始屈服，而摩擦系数还没有达到其最大值。而在摩擦系数达到最大值时，粘结部分的承载能力已经降低。,λ有效粘结面积比,变数,围压增大，达到峰值强度时摩擦系数增大，λ减小,裂纹扩展时,摩擦力的增加与粘结力的丧失相当,λ有效粘结面积比,,,常数,变数,围压增大，达到峰值强度时摩擦系数增大，λ减小,裂纹扩展时,摩擦力的增加与粘结力的丧失相当,如果围压增大，使最大摩擦力大于材料的粘结力，那会出现怎样的情形呢,,σS－σ3σ*,岩石在高围压下是以最大剪切应力破坏的。破坏断面的倾角将趋近于45,,,中间主应力的作用,Coulomb准则没有反应中间主应力的影响。岩石局部材料强度不等，产生剪切滑移的方向也不同，中间主应力的增加可能使沿该方向屈服的微元体需要更高的轴向应力，或者使该微元体改变滑移方向，即不是沿最弱断面屈服，从而该微元体的承载能力提高。中间主应力对微元体强度的影响是材料的各向异性和应力的各向异性共同作用的结果。,中间主应力的作用,含有中间主应力的真三轴强度准则很多,,YouM.True-triaxialstrengthcriteriaforrock.IntJRockMechMinSci,2009,461115–127.尤明庆.指数型强度准则在主应力空间的特征.岩石力学与工程学报，2009，2881541–1551,5结语,岩石内部具有裂隙、弱面等结构，是典型的非均质材料，其强度、变性和破坏随岩石性质和应力状态而不同。,谢谢大家,454010河南省焦作市河南理工大学能源科学与工程学院E-mailyoumq,