文档介绍：成都理工大学
第三章岩体的变形与破坏
•• 基本概念及研究意义基本概念及研究意义
•变形:岩体承受应力,就会在体积、形状或宏
观连续性上发生某种变化(解释)。宏观连续性无
明显变化者称为变形(deformation )。
•破坏:如果宏观连续性发生了显著变化的称为
破坏(failure)。
•岩体变形破坏的方式与过程既取决于岩体的岩
性、结构,也与所承受的应力状态及其变化有关。
•为什么要研究这两个问题,因为岩体在变形发展
与破坏过程中,除岩体内部结构与外型不断发生变化
外,岩体的应力状态也随之调整,并引起弹性变形和
释放等效应。
•区域稳定和岩体稳定工程分析中的一个核心问题
就是要对上述变化和效应作出预测和评价,并论证它
们对人类工程活动的影响。
•本章首先讨论不同荷载条件下岩体变形破坏机制
和过程;在此基础上讨论变形破坏过程中的时间效应
及岩体中空隙水压力对岩体变形破坏的影响。
•• 岩体变形破坏的基本过程与阶段划分岩体变形破坏的基本过程与阶段划分
•根据裂隙岩石的三轴压缩实验过程曲线,可大致将块
状岩体受力变形破坏过程划分为五个阶段:
•见图
4. 微破裂的发展出现了质的变化:即使
3. 超过弹性极限(屈服
工作应力保持不变,由于应力的集中效
点),岩体进入塑性变
应,破裂仍会不断的累进性发展。首先
形阶段,体内开始出现
从薄弱环节开始,然后应力在另一个薄
微破裂,且随应力差的
弱环节集中,依次下去,直至整体破坏。
增大而发展,当应力保
体积应变转为膨胀,轴应变速率和侧向
持不变时,破裂也停止
应变速率加速增大
发展。由于微破裂的出
现,岩体体积压缩速率
减缓,而轴向应变速率
和侧向应变速率均有所
增高
,岩
体从不连续介质
转化为似连续介
质,进入弹性变
形阶段。该过程
屈服的长短视岩石坚
强度硬程度而定
逐渐闭合,充填物
被压密,压缩变形
图 3-1 三轴压应力作用下岩石的变形破坏过程具非线性特征,应
力应变曲线呈缓坡
5. 强度丧失和完全破坏阶段:岩体内部的微破裂面发展为贯通性破裂面,岩体下凹型
强度迅速减弱,变形继续发展,直至岩体被分成相互脱离的块体而完全破坏
•上述各阶段不同的岩体会存在一些差异,但所有
岩体都具有如下一些共性:
•(1)岩体的最终破坏是以形成贯通性破坏面,并
分裂成相互脱离的块体为其标志。
•(2)变形过程中所具有的阶段性特征是判断岩体
或地质体演变阶段、预测其发展趋势的重要依据。
•(3)变形过程中还包含恒定应力的长期作用下的
蠕变(或流变)。即变形到破坏有时经历一个相当长
的时期,过程中蠕变效应意义重大。岩体的不稳定发
展阶段相当于加速蠕变阶段,进入此阶段的岩体达到
最终破坏已势在必然,仅仅是个时间的问题。判断进
入加速蠕变阶段的变形标志和临界应力状态是一个重
要的课题。
•• 岩体破坏的基本形式岩体破坏的基本形式
•
•根据岩体破坏机制可将岩体破坏划分为剪性破坏
和张性破坏两类。
剪切滑动破坏
剪性破坏
岩剪断破坏
体
破
坏塑性破坏
张性破坏
(a) 拉断破坏;(b)剪断破坏; (c) 塑性破坏
•破坏方式影响因素:
荷载条件、岩性、结构及所处的环境特征及配合
情况
• 岩体变形破坏形式与受力状态的关系
岩石的三轴实验表明,岩石破坏形式与围压的大小
有明显的关系。
(1)当在负围压及低围压条件下岩石表现为拉破
坏;
(2)随着围压增高将转化为剪破坏;
(3)当围压升高到一定值以后,表现为塑性破坏。
•破坏机制转化的界限称为破坏机制转化围压(如
表3-1)。从表中可以看出,由拉破坏转化为简断破坏
的转化围压为1/5——1/4 [σ](岩石单轴抗拉强
度),由剪切转化为塑性破坏的转化围压为1/3—2/3
[σ]。