《岩石的破坏判据》课件

岩石的破坏判据讨压关键标导关键断探岩石抗性的指,了解致岩石破坏的因素掌握岩石破坏判为的基本原理,工程建设和安全防护提供依据引言岩石破坏的重要性岩石破坏的研究历程相关学科交叉融合问题矿开纪纪断岩石破坏在工程建设、山采、岩土自19世末20世初,岩石破坏机理和判据岩石破坏研究需要岩土力学、材料力学、诸领开历验规关现工程等多域中都具有重要意义准确把的研究就逐步展,经了从经律到力裂力学等相学科的交叉融合,体了工程对论历术础论握岩石破坏的发生机理和判据,保障工程学理的发展程技与基理的深度融合损关安全和减少经济失至重要岩石破坏的重要性安全隐患基础设施损坏12导胁损础岩石的破坏可能会致山体滑坡、峭壁坍塌等自然灾害,威岩石破坏会坏公路、铁路、桥梁等基设施,影响社会经济人类生命安全发展环境保护工程建设34质环恶态为计证岩石破坏会造成地境化,破坏生平衡,需要采取有效深入了解岩石破坏机理,可以工程设提供重要依据,保的保护措施工程安全岩石破坏的影响因素应力状态材料性质时间因素环境因素杂应状态续渐积蚀岩石在复的力下易于岩石的mineralogy、孔隙度持受力下,岩石会逐累温度、水分、化学侵和生物压缩损伤时环破坏,如、拉伸、剪切等、裂隙发育程度等材料特性决,长间作用下容易发生作用等境因素也会加速岩石应对稳过力岩石的定性有重大影定了其抗破坏能力破坏的破坏程响应力状态应力张量应状态应张来应状态关键力可以用力量描述，包含了作用于某一点的力以及方向确定力是应规分析力分布律主应力应应张应状态应对主力是力量的特征值，反映了力的主要方向主力的大小和方向岩石破坏判据有重要影响应力路径应状态过称为应径应径对为力会随外界作用发生变化,其变化程力路力路岩石破坏行有重要影响材料性质强度韧性压韧断岩石具有不同的抗强度、抗拉岩石的性决定了其抵抗裂的这质维结强度和抗剪强度,些性影响岩能力,有利于持构的完整性石的破坏特征孔隙度退化特性渗环岩石的孔隙度影响其透性和含岩石在长期受力或特殊境作用进水率,而影响其力学性能下会发生退化,影响其力学性能时间因素地质时间尺度风化破坏持续变形质时应时渐当续应时岩石材料在地间尺度上长期受力、温随着间推移,岩石表面的风化作用会逐岩石受到长期持的力作用,会发生渐们这缓这度、化学等因素的影响,会发生逐的破坏降低它的强度和耐久性种长期的风化慢的塑性变形,即蠕变种蠕变会使岩这过导断过渐丧和演变种长期程会致岩石强度和程会降低岩石抵抗破坏的能力石逐失原有的强度和完整性韧缓裂性的慢变化温度因素热应力化学反应导内产热进内应温度变化会致岩石部生高温会促岩石部化学反的应导开损矿力,从而致岩石裂和坏发生,引起物成分的变化和强度热应热胀力会引起岩石的膨和收下降温度也会影响岩石的孔隙缩结构冻融循环区内冻环断胀缩在寒冷地,岩石部水分的融循会造成岩石不膨和收,加速了岩过石的破坏程水分因素扩散机制渗透破坏12内扩过渗内矿水分在岩石部的散程会水分入岩石并与岩石部导应应积胀开致化学反和析出等破坏效物发生反,造成体膨和应裂冻融循环化学腐蚀34内冻结内水分在岩石部和融化会水分与岩石表面和部发生化积导结应矿引起体变化,致岩石构破学反,使物成分发生改变坏化学因素化学腐蚀质导应过化学物的作用会致岩石发生化学反,降低岩石强度,影响破坏程酸碱环境环应质酸碱性境会影响岩石的化学反,从而改变其物理性环境污染环工业排放、酸雨等境污染也会加速岩石的化学破坏生物因素植被侵蚀动物活动微生物侵蚀人类活动将层兽细开植被的生长会岩石的表逐类的活动、鸟类的筑巢、昆菌、藻类、真菌等微生物可人类活动包括采、炸药爆破剥渗过步离与破坏,形成坑和空虫的啃噬等会破坏岩石的表面以通化学作用溶解或分解岩、工程建设等,可以破坏岩石扩剥蚀过矿导层内结剧穴根系的展也会造成岩,加速风化和程石物,致岩石表崩塌部构,加岩体破坏断石裂莫尔库伦判据-应力表示破坏包络线12该应线关线判据使用最大剪切力和法破坏面呈性系,可用直方应来向力描述岩石破坏条件程表示参数确定简单适用34过验内计应通实可确定聚力和摩擦算方便,广泛用于工程岩体数稳角两个材料参定性分析应力空间上的描述主应力1内应描述岩石部的三个主要力正应力2应沿主力方向的作用力剪应力3应产在主力方向上生的切向力维应应来内应状态应在三力空间中,可以用三个相互垂直的主力σ

1、σ2和σ3完整描述岩石部的力主力沿着相互垂直的三个方向作用,形成这过们维应内应状态预测为作用力和切向力,些因素都会影响岩石的破坏程我需要全面分析三力空间的力,以更好地理解和岩石的破坏行应力平面上的描述应力圆1应圆维应状态应状态力是在二力下描述力的有效方法它可以观应应关直地表示主力和切力的大小及其相互系应力平面2应绘应圆过关应状态在力平面上,可以制力,并通几何系分析力这观种描述方式更加直和方便联合应力状态3应还杂维应状态为力平面上可以表示复的三力,分析岩石破坏提供了有效的工具破坏面角度倾时倾应破坏面角岩石破坏,破坏面角与主力方关应向有破坏面一般与最大主力钝方向呈角应压时应泊松效受岩石在破坏,由于泊松效,倾应破坏面角会偏离最大主力方向应状态应状态倾力不同力下,破坏面角会有不压缩应状态同变化比如在力下,破倾坏面角通常在30-45°张量理论坐标系描述张论标来应应状态应应关量理采用坐系描述力和变,建立了力变系张量计算张论线数进应应计换量理使用性代的方法行力和变的算和变张量分析张论对应应进导为础量理力和变行分析和推,岩石破坏判据的建立奠定基主应力理论基础正应力和剪应力主应力定义时产应应应状态对须过标换将应场为独应岩石受力生正力和剪力,两种力都破坏有影响,必通坐变,可以力分解三个相互垂直、相互立的主时虑同考力主应力分类主应力表示应为应应应顺为应应张应场主力可以分最大主力、中间主力和最小主力,大小序主力可以用力量表示,是力描述的基本方式σ1σ2σ3主应力判据主应力空间描述主应力判据在平面问题中的应用主应力方向判断维应应将维简为维应应利用三力空间的三个主力，建立了主三空间化二力平面，利用莫尔根据三个主力的大小和方向,可以确定材应这为杂维应状应圆观阐应倾为力判据种方法分析复三力力分析,可以更直地述主力判据料破坏的形式和破坏面的角,实际工程态础问题应问题论下材料的破坏提供了基在平面中的用的分析提供理依据主应力判据在平面问题中的应用确定主应力1过应计应通力分析算出主力值判断破坏条件2应论评利用主力理建立的破坏判据估岩石破坏确定破坏面方向3应断根据主力方向判可能的破坏面角度应应状态问题过应计应应论主力判据可以很好地适用于平面力下的岩石破坏首先通力分析算出主力值，然后利用主力理建立的破坏判据来评时还应预测这简单应估岩石是否会发生破坏同可以根据主力方向可能的破坏面角度种方法实用，在岩土工程中广泛用断裂力学理论断裂力学基础概念断裂韧性参数断裂力学判据断时断韧断韧应状裂力学研究材料发生破坏材料的裂性与抗拉强度和根据材料的裂性和力应应状态临断关态的力和变，包括界裂初始点的缺陷大小有，等因素建立的破坏判据,如应临应释断应应释力强度因子、界变能是表征材料抗裂能力的重要力强度因子判据和变能数放率等概念参放率判据断裂力学基础概念应力集中断裂模式临界应力强度因子能量平衡结断为当应临断满在构中存在的缺陷或几何不裂通常可分三种模式:拉局部力强度达到材料的裂的发生需要足能量平衡连续应这断断时断临释应须点会造成力集中,是伸裂模式I、剪切裂模界值,就会发生裂界条件,即放的变能必大导断应断应断致裂的重要原因力集式II和撕裂裂模式III不力强度因子是描述材料抗于或等于新表面所需的表面能显应断数这断础中会著提高局部力,从而同的裂模式需要采取不同的裂能力的重要参是裂力学分析的基断断使材料更容易发生裂裂分析方法断裂韧性参数断关键数断韧临应断这数裂力学研究中的参包括裂性、界力强度因子和裂延展性些参描述了材料发生危险断临裂所需的界条件100MPa·m^

0.5断裂韧性断传断韧衡量材料抵抗裂播的能力高裂性意味着更强的安全裕度2MPa·m^

0.5临界应力强度因子临应状态断传描述材料在界条件下的力决定了裂的发生和播10mm断裂延展性断现韧材料在裂前的塑性变形能力,体了材料的性断裂力学判据断裂力学基础应力强度因子断裂韧性参数断论观层应应纹应场断韧数断裂力学理从材料微面分析力分布力强度因子是描述裂尖端力强度的裂性参KIc代表材料抵抗脆性裂的为预测损数断韧质标断数和破坏机理,和控制工程材料的坏参,是判材料脆性的重要指能力,是裂力学判据的重要参提供依据结合应力状态和材料性质的破坏判据应力状态材料性质综合考虑应状态压综虑应状态质力是决定岩石破坏的重要因素之岩石的抗强度、抗拉强度、粘聚力和只有合考力和材料性,才应状态导内质断关预测为一不同的力会致不同的破坏摩擦角等材料性是判其破坏的能准确岩石的破坏行和破坏模式键标机制和破坏形式指判据Hoek-Brown岩石试样试验结Hoek-Brown判据基于大量岩石样的实研究果而提出极限剪切应力该虑轴应应判据考了岩石在三力作用下的极限剪切力材料参数数压断数Hoek-Brown判据需要确定两个岩石材料参:抗强度和裂系应预测验虑轴应状态Hoek-Brown判据是广泛用于岩石破坏的经性判据之一它考了岩石在三力下数为该对问题的破坏特性,并用两个材料参表征岩石的破坏行判据于实际工程中的岩体破坏具有重要的参考价值判据Yan-Wu综合应力状态非线性强度标准12杨虑轴应状态该线标-吴判据考了多力判据采用非性强度准,可结应应下岩石的破坏,合主力方向更好地反映岩石在高力条件对线为和相大小,更准确地描述了岩下的非性破坏行石的破坏特征参数确定方法广泛应用领域34过内试验杨该应质通室可以确定-吴判判据广泛用于地工程、数为应矿诸领据中的材料参,工程用提采工程、水利工程等多稳供了可靠依据域的岩体定性分析结论与展望过对结们预问题通岩石破坏判据的分析与总,我可以更好地防和控制岩石的破坏来将继续预测评场展望未,岩石破坏判据发展,期望能够更精准地和估各种工程景下的岩体性能主要内容总结应力状态材料性质环境因素破坏判据应状态韧应环库伦应断力是影响岩石破坏的重岩石的强度、性等材料特性温度、水分、化学反等境莫尔-、主力、裂力应张应为关键显论为断要因素,包括力量、主在破坏行中起作用条件也会著影响岩石的破坏学等理岩石破坏判提供标过力等指程了依据未解决问题与发展趋势缺乏全面考虑因素材料行为复杂多样现针对单对综为杂质为杂难有的破坏判据往往只一因素,缺乏多因素复合作用的合岩石作天然复多孔介,其力学特性和破坏行变化复,以全虑论考需要建立更加全面系统的破坏理面描述需要更深入的材料性能研究参数测试指标不足计算模拟精度待提高现测试标难过为论数还预测杂环有手段和指以全面反映岩石真实破坏程,需要革新更理模型和值模拟方法存在一定局限性,无法准确复境试验测试为续计可靠的方法下的岩石破坏行需要持优化算方法。