巖石強度及破壞準(zhǔn)則優(yōu)缺點

巖石強度及破壞準(zhǔn)則優(yōu)缺點第1頁，共13頁，2023年，2月20日，星期六巖石力學(xué)與石油工程Mohr強度準(zhǔn)則Mohr-Coulomb準(zhǔn)則Hoek-Brown強度準(zhǔn)則Drucker-Prager強度準(zhǔn)則Griffith強度準(zhǔn)則目錄第2頁，共13頁，2023年，2月20日，星期六Mohr強度準(zhǔn)則巖石力學(xué)中常用的幾種強度準(zhǔn)則τσO

強度曲線上每一點的坐標(biāo)值均代表材料沿著某一面破壞時所需的正應(yīng)力及剪應(yīng)力第3頁，共13頁，2023年，2月20日，星期六優(yōu)點：對Mohr強度理論的評價：適用于塑性巖石，也適用于脆性巖石的剪切破壞；較好解釋了巖石抗拉強度遠遠低于抗壓強度特征；解釋了三向等拉時破壞，三向等壓時不破壞現(xiàn)象；簡單、方便：同時考慮拉、壓、剪,可判斷破壞方向。缺點：忽視了σ2

的作用，誤差：±15％沒有考慮結(jié)構(gòu)面的影響不適用于拉斷破壞，破裂面趨于分離不適用于膨脹、蠕變破壞巖石力學(xué)中常用的幾種強度準(zhǔn)則第4頁，共13頁，2023年，2月20日，星期六巖石力學(xué)中常用的幾種強度準(zhǔn)則Mohr-Coulomb準(zhǔn)則當(dāng)壓力不大（小于10MPa）時，包絡(luò)線可采用直線型近似Oστσ3σ1C·ctgφCφ

庫侖—莫爾強度條件2θ破壞角（剪裂面與最大主應(yīng)力的夾角）滿足：σ1第5頁，共13頁，2023年，2月20日，星期六巖石力學(xué)中常用的幾種強度準(zhǔn)則對Mohr-Coulomb強度準(zhǔn)則評價：

公式簡單實用，各參數(shù)一般都可以利用常規(guī)試驗器材和方法來確定；不僅能反映巖體的碎性破壞，而且能反映其塑性破壞特征。該準(zhǔn)則為線性破壞準(zhǔn)則，在高圍壓壓縮條件下，該準(zhǔn)則評估的巖石三軸強度與試驗實測強度數(shù)據(jù)偏差較大；該準(zhǔn)則沒有考慮中間主應(yīng)力對巖石真三軸強度的影響；該強度準(zhǔn)則還指出，巖體的破壞角θ，但在拉伸條件下，其破壞面一般垂直拉應(yīng)力方向，實質(zhì)為張破裂，與壓縮條件屬于兩種不同的破壞機理。優(yōu)點：缺點：第6頁，共13頁，2023年，2月20日，星期六Drucker-Prager強度準(zhǔn)則巖石力學(xué)中常用的幾種強度準(zhǔn)則準(zhǔn)則的提出M－C準(zhǔn)則不能反映中間主應(yīng)力對屈服和破壞的影響及單純靜水壓力引起的屈服特性；M-C屈服面在主應(yīng)力空間中是一個帶尖頂?shù)牧忮F面，如果應(yīng)力點位于棱線或錐頂上，將引起數(shù)學(xué)處理上的困難；1952年Drucker和Prager構(gòu)造了一個內(nèi)切于M－C準(zhǔn)則的六棱錐的圓錐屈服面；函數(shù)形式

式中，為應(yīng)力張量第一不變量

，為第二應(yīng)力偏量不變量

α

和K為D－P準(zhǔn)則材料常數(shù)

第7頁，共13頁，2023年，2月20日，星期六巖石力學(xué)中常用的幾種強度準(zhǔn)則對D-P強度準(zhǔn)則評價：

考慮了中間主應(yīng)力和靜水壓力的影響；考慮了平均應(yīng)力σm=I1/3的影響；在巖石力學(xué)中應(yīng)用較廣，特別是在彈塑性有限元計算中應(yīng)用廣泛；把巖石看成完整、無裂隙的連續(xù)介質(zhì)，而實際上，巖石是多裂隙的結(jié)構(gòu)體；優(yōu)點：缺點：第8頁，共13頁，2023年，2月20日，星期六巖石力學(xué)中常用的幾種強度準(zhǔn)則Hoek-Brown強度準(zhǔn)則常規(guī)三軸強度試驗中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)巖石強度曲線并不是直線，而是各種類型的曲線，也就是說隨著圍壓的增加，破壞角是變化的準(zhǔn)則的提出函數(shù)形式第9頁，共13頁，2023年，2月20日，星期六十五863子課題驗收匯報巖石力學(xué)中常用的幾種強度準(zhǔn)則對Hoek-Brown強度準(zhǔn)則評價：

優(yōu)點：綜合考慮了巖塊強度、結(jié)構(gòu)面強度、巖塊結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，能更好的反映巖塊的非線性破壞特征；提供巖塊破壞時強度條件，而且能對巖塊破壞機理進行描述；彌補了Mohr-Coulomb強度準(zhǔn)則中巖體不能承受拉應(yīng)力，以及對低應(yīng)力區(qū)不太適應(yīng)的不足，能解釋低應(yīng)力區(qū)、拉應(yīng)力及最小主應(yīng)力對強度的影響，因而更符合巖塊的破壞特點。σ3該準(zhǔn)則沒有考慮中間主應(yīng)力對巖石真三軸強度的影響；該準(zhǔn)則在高圍壓條件下評估的巖石三軸強度與試驗實測強度數(shù)據(jù)偏差較大；準(zhǔn)則各參數(shù)的確定受主觀性影響程度較大。缺點：第10頁，共13頁，2023年，2月20日，星期六Griffith強度準(zhǔn)則巖石力學(xué)中常用的幾種強度準(zhǔn)則基本假設(shè)：

①物體內(nèi)隨機分布許多裂隙；

②所有裂隙都張開、貫通、獨立；

③裂隙斷面呈扁平橢圓狀態(tài)；

④在任何應(yīng)力狀態(tài)下，裂隙尖端產(chǎn)生拉應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂隙沿某個有利方向進一步擴展；

⑤最終在本質(zhì)上都是拉應(yīng)力引起巖石破壞。外力作用下，材料中裂隙的端部及其附近由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，超過巖石抗拉強度時，裂隙便不斷擴展而導(dǎo)致材料破壞。第11頁，共13頁，2023年，2月20日，星期六①數(shù)學(xué)式②最有利破裂的方向角Griffith強度準(zhǔn)則巖石力學(xué)中常用的幾種強度準(zhǔn)則第12頁，共13頁，2023年，2月20日，星期六巖石力學(xué)中常用的幾種強度準(zhǔn)則對Grriffith強度準(zhǔn)則評價：優(yōu)點：巖石抗壓強度為抗拉強度的8倍，反映了巖石的真實情況證明了巖石在任何應(yīng)力狀態(tài)下都是由于拉伸引起破壞指出微裂隙延展方向最