花崗巖的物理力學(xué)性質(zhì)與微觀破壞特性.ppt

一：花崗巖的定義二：花崗巖的物理力學(xué)特性1.物理特性2.力學(xué)特性三：花崗巖的微觀破壞特性1.不同溫度下花崗巖破壞時(shí)的微觀結(jié)構(gòu)2.發(fā)生炎爆時(shí)花崗巖的微觀結(jié)構(gòu),1、花崗巖的分類：細(xì)粒花崗巖中粒花崗巖粗粒花崗巖2、花崗巖的外表特征：3、花崗巖的組成、化學(xué)成分、性質(zhì),花崗巖的物理性能：由巖石固有的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征所決定的巖石基本屬性。1、容重：巖石單位體積（包括巖石內(nèi)空隙體積）的重量成為巖石的容重。2、比重：巖石的比重是巖石固體部分的重量和4攝氏度時(shí)同體積純水重量的比值。3、孔隙率：描述巖石裂隙和空隙發(fā)育程度，巖石空隙體積與巖石體積之間的比值。,4、吸水性：巖石在一定條件下吸收水分的性能。5、透水性：巖石能被水透過的性能。6、軟化性：巖石浸水后強(qiáng)度降低的性能。7、抗凍性：巖石抵抗凍融破壞的性能?；◢弾r的上述性質(zhì)直接影響著其力學(xué)性質(zhì)、對(duì)于其存在的微觀結(jié)構(gòu)也起著一定的解釋作用。所以要研究花崗巖的力學(xué)性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)就不得不對(duì)其基本物理性質(zhì)有一定研究。,花崗巖的力學(xué)性能：巖石力學(xué)性質(zhì)（mechanicalpropertiesofrocks）是指巖石在應(yīng)力作用下表現(xiàn)的彈性、塑性、彈塑性、流變性、脆性、韌性等力學(xué)性質(zhì)。不同性質(zhì)巖石的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、變形條件或破裂條件等都不同。1、花崗巖的強(qiáng)度特性：花崗巖在外載荷作用下達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。,一般用單軸抗壓強(qiáng)度、三軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度來描述花崗巖的強(qiáng)度單軸抗壓強(qiáng)度：巖石在單軸壓縮載荷作用下達(dá)到破壞前所能承受的最大壓應(yīng)力成為巖石的單軸抗壓強(qiáng)度。，此時(shí)巖石可能會(huì)發(fā)生4種破壞形式：,四種形式分別為：1.X狀共軛斜面剪切破壞，是最常見的破壞形式。2.單斜面剪切破壞，這種破壞也是剪切破壞。3.塑性流動(dòng)變形，線應(yīng)變10。4.拉伸破壞，在軸向壓應(yīng)力作用下，在橫向?qū)a(chǎn)生拉應(yīng)力。這是泊松效應(yīng)的結(jié)果。這種類型的破壞就是橫向拉應(yīng)力超過巖石抗拉極限所引起的。,在單軸壓縮下花崗巖的抗壓強(qiáng)度約為120-250MPa。,三軸抗壓強(qiáng)度：巖石在三向壓縮載荷作用下，達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大壓應(yīng)力稱為巖石的三軸抗壓強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度：巖石在單軸拉伸載荷作用下達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大拉應(yīng)力稱為巖石的單軸抗拉強(qiáng)度。2、花崗巖的變形特征：巖石在載荷作用下，首先發(fā)生的物理現(xiàn)象是變形，隨著載荷的不斷增加，巖石的變形會(huì)逐漸增大，最終會(huì)導(dǎo)致巖石破壞，現(xiàn)簡述花崗巖變形基本規(guī)律：,在單軸壓縮條件下花崗巖的變形特征是：在壓力較低時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線略向上彎曲。當(dāng)應(yīng)力增加到一定數(shù)值后，應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸變成直線，直至發(fā)生破壞塑-彈性體。,反復(fù)加載情況下花崗巖的變形特征：對(duì)花崗巖進(jìn)行等載荷循環(huán)加、卸載時(shí)，如果卸載點(diǎn)P超過屈服點(diǎn)，則卸載曲線不與加載曲線重合，形成塑形滯回環(huán)。,對(duì)花崗巖進(jìn)行不斷增大載荷循環(huán)加、卸載，且每次施加的最大載荷與第一次施加的最大載荷一樣，則每次加、卸載曲線都形成一個(gè)塑形滯回環(huán)。這些滯回環(huán)隨著加、卸載的次數(shù)增加而愈來愈狹窄，并且彼此愈來愈近，巖石愈來愈接近彈性變形，一直到某次循環(huán)沒有塑形變形為止。,三軸壓縮條件下的巖石變形特征：不同圍壓下的花崗巖的應(yīng)力-應(yīng)變曲線隨著圍壓的增大，花崗巖的抗壓強(qiáng)度顯著增加；隨著圍壓的增大，花崗巖的變形顯著增加；隨著圍壓的增大，花崗巖的彈性極限顯著增大；,影響花崗巖力學(xué)特性的因素：影響花崗巖力學(xué)性質(zhì)的因素很多，如水、溫度、風(fēng)化程度、加荷速度、圍壓的大小、各向異性等等，對(duì)巖石的力學(xué)性質(zhì)都有影響。現(xiàn)分述如下：水對(duì)花崗巖力學(xué)性質(zhì)的影響。主要表現(xiàn)在連接作用、潤滑作用、水楔作用、孔隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作用；溫度對(duì)花崗巖力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度也降低；加荷速度對(duì)花崗巖力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著加荷速度的降低，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度也降低；圍壓對(duì)花崗巖力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度也降低；風(fēng)化對(duì)花崗巖力學(xué)性質(zhì)的影響。產(chǎn)生新的裂隙、礦物成分發(fā)生變化、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造發(fā)生變化。,不同溫度下花崗巖破壞時(shí)的微觀結(jié)構(gòu)花崗巖屬于典型的脆性巖石在常溫、低溫下顯示典型的脆性破壞,當(dāng)溫度超過800時(shí),破壞類型開始由脆性向塑性轉(zhuǎn)變，在200余幅不同放大倍數(shù)下的斷口顯微照片中,選取了下面給出一些具有代表性的照片。常溫下花崗巖破壞時(shí)的微觀結(jié)構(gòu),由上述圖對(duì)比可得出：由于巖石是一種復(fù)雜的天然材料,由多種礦物所組成，這些成分基本上由不同尺寸的晶體顆粒構(gòu)成，在力學(xué)、熱學(xué)性質(zhì)等方面，各種礦物一般都表現(xiàn)為各向異性。另一方面，巖石材料的抗拉、抗剪和抗壓強(qiáng)度之間亦存在很大差別。因此對(duì)巖樣的加熱往往會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)三維拉應(yīng)力狀態(tài)，加熱產(chǎn)生的拉應(yīng)力極易在巖石內(nèi)部形成沿晶和穿晶斷裂，由本次掃描電鏡的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果可知，當(dāng)熱處理溫度低于200時(shí)，沿晶斷裂是主要的熱開裂形式，隨著熱處理溫度的繼續(xù)升高，穿晶裂紋明顯增多，此外，微空洞和較大的沿晶裂紋可能會(huì)成為熱開裂新的損傷源。,發(fā)生巖爆時(shí)花崗巖的微觀結(jié)構(gòu),實(shí)驗(yàn)前樣品微觀結(jié)構(gòu),試驗(yàn)后樣品微觀結(jié)構(gòu),通過上面對(duì)中粒碎屑的SEM照片觀察，試件經(jīng)歷巖爆試驗(yàn)破壞后，其礦物晶體內(nèi)裂紋增加，不同礦物晶體間膠結(jié)物開裂或相對(duì)滑移，SEM圖像上可見層裂紋。根據(jù)典型裂紋的開裂特征，可以分析引起裂紋開裂的力學(xué)模型。