第二章变形体的变形规律

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（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①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；②岩石的强度性质：主要包括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：①岩石的组分和结构；②受力条件、大小；③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（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ε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：①自然条件及其变化而引起的建筑物变形②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③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。