第三章岩石得破坏准则
41页1、五、岩石得破坏准则对岩石试样得室内及现场试验 ,可获得岩石试样得强度指标 ,但对 复杂应力状态下得天然岩体 ,又就是如何判断其破坏呢?因此 ,就必须 建立判断岩石破坏得准则 (或称强度理论 )。岩石得应力、应变增长到一定程度 ,岩石将发生破坏。用来表征 岩石破坏条件得函数称为岩石得破坏准则。岩石在外力作用下常常处于复杂得应力状态 ,许多试验指出 ,岩石 得强度及其在荷载作用下得性状与岩石得应力状态有着很大得关系。在单向应力状态下表现出脆性得岩石 ,在三向应力状态下具有延性性质,同时它得强度极限也大大提高了50C-d 30/5 i 7 85*1(0 a)圈3-2S 兰向应力状壽卜大理岩的试验 结事(曲线上数字的单悅为MFa 许多部门与学者从不同角度提出不同得破坏准则,目前岩石破坏准则主要有 :最大正应力理论最大正应变理论最大剪应力理论 (H、 Tresca)八面体应力理论 莫尔理论及库伦准则 格里菲思理论 (Griffith) 伦特堡理论 (Lundborg) 经验破坏准则1、最大正应力理论这就是较早得一种理论,该理论认为岩石得破坏只取决于绝对值 最大得正应力。即岩石内得三个主应力中只要
2、有一个达到单轴抗压或 抗拉强度时,材料就破坏。或适用条件:单向应力状态。对复杂应力状态不适用。写成解析式:破坏2、最大正应变理论该理论认为岩石得破坏取决于最大正应变 ,即岩石内任一方向得 正应变达到单向压缩或拉伸时得破坏数值时 ,岩石就发生破坏。则破坏准则为式中 岩石内发生得最大应变值 ;单向拉、压时极限应变值 ;这一破坏准则得解析式为 (由广义虎克定律 )R Rt 或 Rc1(23)2R22(13)22R23(12)2R201(23)2R22(13)22R23(12)2R20推出:破坏实验指出,该理论与脆性材料实验值大致符合,对塑性材料不适用3、最大剪应力理论(H、Tresca)该理论认为岩石材料得破坏取决于最大剪应力,即当最大剪应力达到单向压缩或拉伸时得危险值时,材料达到破坏极限状态。其破坏 准则为:在复杂应力状态下 ,最大剪应力单位拉伸或压缩时 ,最大剪应力得危险值则有或写成破坏稳定这个理论适用于塑性岩石,不适用于脆性岩石。该理论未考虑中间主应力得影响4、八面体剪应力理论 (Von、Mises)该理论认为岩石达到危险状态取决于八面体剪应力。其破坏准则 为zc/ /N已知单元体三个
3、主应力,取 坐标系平行于主应力。作一等倾面 (其法线N与三个坐标轴夹角相同)。 八个象限得等倾面构成一个封闭得正八面体 ,此八面体上剪应力与法向应力即为八面体应力。为研究等倾面上得应力 ,取一由等倾面与三个主应力面围成得四 面体来研究。N 与 x 、y、z 得夹角分别为 ,且 。设:,则有设等倾面ABC面积为S,则三个主应力面(,面)得面积分别为根据力得平衡条件而等倾面S上合力:所以:Py、Pz在N上得投影之另,等倾面S上得法向应力为各分力Px、与,即这样,等倾面上得剪应力为考虑单向受力时,只有一个主应力不/Pt(C(T为零,设为R,则代入上式有, 推出 :适用条件 :塑性,5、莫尔理论及莫尔库伦准则 该理论就是目前应用最多得一种强度理论。 该理论假设 ,岩石内某一点得破坏主要取决于它得大主应力与小 主应力,即。1与。3,而与中间主应力无关。也就就是说,当岩石中某一 平面上得剪应力超过该面上得极限剪应力值时 ,岩石破坏。而这一极限剪应力值,又就是作用在该面上法向压应力得函数,即。这样,我们就可以根据不同得。1、。3绘制莫尔应力图每个莫尔圆都表示达到破坏极限时应力状态。一系列莫尔圆得包线
4、即为强度曲线由此可知,材料得破坏与否一方面与材料内得剪应力有关于包络线:关,同时也与正应力有关抛物线 :软弱岩石 双曲线或摆线 :坚硬岩石t图3-31用莫尔包络线判别材料破坏与不破坏1 一未破坏的应力I; 2临界鞍坏的应力Hh :i-破杯应力Sh 4臭尔包曙纯直线:当eV 10MPa 时为简化计算 ,岩石力学中大多采用直线形式c凝聚力(MPa)内摩擦角。该方程称为库伦定律 ,所以上述方法合称为 :莫尔库伦准则。 当岩石中任一平面上 时,即发生破坏。即:下面介绍用主应力来表示莫尔库仑准则。 任一平面上得应力状态可按下式计算最大主应力面(1)与滑动面夹角。根据莫尔应 力圆,可建立任 一滑动面得抗剪 强度指标与主应 力之间关系。T 0(T3c ctg 000a(TM(T1 + T3)/ 2( T1 -T1T)/21)c与值与1、3与角关系在1 3得应力圆上,找出2得应力点T(TM为半径 为) 则,与直径TM垂直且与圆相切得直线即为根据几何关系,,得出代入中 ,得到代入中 ,导出另由公式推导 : 将 1、 3 表示得 与 或对求导 , 推出: 破坏面与最大主应力面得夹角 而与最大主应力方向得夹
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