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1、第 三 章 岩石的变形特性岩石的变形特性本章内容：本章内容： 3-3-1 1 概述概述 3 3-2 -2 虎克定律虎克定律 3 3-3 -3 岩石变形的岩石变形的各向异性各向异性 3 3-4 -4 岩石的变形试验及变形特性岩石的变形试验及变形特性 3 3-5-5 刚性压力机与全应力应变曲线刚性压力机与全应力应变曲线 3 3-6 -6 岩岩体现场试验及变形指标的测定体现场试验及变形指标的测定 3 3-7 -7 岩石的流变性（时效性、粘性）岩石的流变性（时效性、粘性） 岩石的变形特性 1 1、岩石的单轴压缩变形特性，应力应变全过程曲、岩石的单轴压缩变形特性，应力应变全过程曲线的工程意义；线的工程意
2、义； 2 2、岩石在三轴压缩条件下的力学特性；、岩石在三轴压缩条件下的力学特性； 3 3、岩体强度的各向异性；、岩体强度的各向异性； 4 4、岩石的流变性。、岩石的流变性。难点：难点：岩石的流变性。岩石的流变性。重点重点: :岩石的变形特性关键术语关键术语: :脆性、塑性、延性、粘性（流变性）；蠕变；松弛；弹脆性、塑性、延性、粘性（流变性）；蠕变；松弛；弹性后效；性后效；岩石的变形；全应力应变曲线；刚性压力机。岩石的变形；全应力应变曲线；刚性压力机。要求：要求：1 1、须掌握本章重点难点内容；、须掌握本章重点难点内容；2 2、了解影响岩石力学性质的因素；、了解影响岩石力学性质的因素；3 3、理
3、解岩石流变本构模型。、理解岩石流变本构模型。岩石的变形特性3-3-1 1 概述概述弹弹性性(elasticity)(elasticity)：指指物物体体在在外外力力作作用用下下发发生生变变形形，当当外外力撤出后变形能够恢复的性质。力撤出后变形能够恢复的性质。塑塑性性(plasticity)(plasticity)：指指物物体体在在外外力力作作用用下下发发生生变变形形，当当外外力撤出后变形不能恢复的性质。力撤出后变形不能恢复的性质。脆脆性性(brittleness)(brittleness)：物物体体在在外外力力作作用用下下变变形形很很小小时时就就发发生破坏的性质。生破坏的性质。延延性性(duc
4、tility)(ductility)：物物体体能能够够承承受受较较大大的的塑塑性性变变形形而而不不丧丧失其承载能力的性质。失其承载能力的性质。粘粘性性（流流变变性性）(viscosity)(viscosity)：物物体体受受力力后后变变形形不不能能在在瞬瞬间完成，且应变速度（间完成，且应变速度（d/dtd/dt）随应力大小而变化的性质。）随应力大小而变化的性质。岩石的变形特性弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形线弹性变形线弹性变形非线弹性变形非线弹性变形变形变形岩石的变形特性理想弹性体理想弹性体理想弹塑性体理想弹塑性体线性硬化弹塑性体线性硬化弹塑性体理想粘性体理想粘性体几种典型的材料变形形状示意图
5、几种典型的材料变形形状示意图岩石的变形特性3 3-2-2 广义虎克定律广义虎克定律弹性体内任一点的应力一应变关系都可写为弹性体内任一点的应力一应变关系都可写为 ：（1 1）岩石的变形特性用矩阵表示为：用矩阵表示为：称为应变列阵称为应变列阵 称为应力列阵称为应力列阵式中式中：称为弹性矩阵，由称为弹性矩阵，由66663636个弹性常数组个弹性常数组成的成的6666阶矩阵。阶矩阵。 （2 2）岩石的变形特性对各向同性岩石对各向同性岩石, ,其变形特性常用弹性模量其变形特性常用弹性模量 E E 和泊松比和泊松比 两个常数来表示。当这两个常数为已知时，就可用三维应两个常数来表示。当这两个常数为已知时，就
6、可用三维应力条件的广义虎克定律计算出给定应力状态下的变形：力条件的广义虎克定律计算出给定应力状态下的变形：式中式中G G为岩石的剪切模量为岩石的剪切模量， 为拉梅常数，它们都可用为拉梅常数，它们都可用E E 和和 表示表示岩石的变形特性另一个变形常数是体积弹性模量另一个变形常数是体积弹性模量K K，它表示平均应力，它表示平均应力体积应变：体积应变：岩石的变形特性上式可写为：上式可写为：岩石的变形特性3 3-3 -3 岩石变形的岩石变形的各向异性各向异性1 1、特征：垂直、特征：垂直层面方向层面方向岩体变形模量岩体变形模量E E明显小于平行层面明显小于平行层面方向岩体的变形模量方向岩体的变形模量
7、E E 。(a)(a)垂直层面加力垂直层面加力(b)(b)平行层面加力平行层面加力岩石的变形特性2 2、变形机制不同：、变形机制不同：3 3、构成岩体变形各向异性的两个基本要素：、构成岩体变形各向异性的两个基本要素：（1 1）物质成分和物质结构的方向性）物质成分和物质结构的方向性（2 2）结构面的方向性）结构面的方向性（1 1）垂直层面的压缩变形量主要是由岩块和结构面（软弱）垂直层面的压缩变形量主要是由岩块和结构面（软弱夹层）压密汇集而成；层状岩体不仅开裂层面压缩变形量大，夹层）压密汇集而成；层状岩体不仅开裂层面压缩变形量大，而且在成岩过程中，由于沉积规律的变化，层面出现在矿物而且在成岩过程中
8、，由于沉积规律的变化，层面出现在矿物连结力弱、致密度低的部位，这是垂直层面方向压缩变形量连结力弱、致密度低的部位，这是垂直层面方向压缩变形量大的另一个原因。大的另一个原因。（2 2）平行层面方向的压缩变形量主要是岩块和少量结构面）平行层面方向的压缩变形量主要是岩块和少量结构面错动而成。错动而成。岩石的变形特性 一、极端各向异性体的本构方程一、极端各向异性体的本构方程 1 1、极极端端各各向向异异性性体体物物体体内内任任一一点点沿沿任任何何两两个个不不同方向的弹性性质都互不相同。同方向的弹性性质都互不相同。 2 2、特特点点：任任何何一一个个应应力力分分量量都都会会引引起起6 6个个应应变变分分
9、量量。也就是说正应力不仅能引起线应变，还能引起剪应变。也就是说正应力不仅能引起线应变，还能引起剪应变。 3 3、本构方程：、本构方程：即：即：岩石的变形特性为了说明问题，将为了说明问题，将6 6个应力分量编号为：个应力分量编号为：x x y y z z xy xy yz yz zxzx 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6将将6 6个应个应变变分量产生的位置编号为：分量产生的位置编号为：x x轴轴 y y轴轴 z z轴轴 x-yx-y面面 y-zy-z面面 z-xz-x面面 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 则：则： x x 所引起的所引起的6 6个应变分量为：个应变分
10、量为：在在x x轴引起的线应变为轴引起的线应变为: : a a1111x x 在在y y轴引起的线应变为轴引起的线应变为: : a a2121x x 在在z z轴引起的线应变为轴引起的线应变为: : a a3131x x 在在x-yx-y面引起的剪应变为面引起的剪应变为: :a a4141x x 在在y-zy-z面引起的剪应变为面引起的剪应变为: :a a5151x x 在在z-xz-x面引起的剪应变为面引起的剪应变为: :a a6161x x 即即 上式用应力表示应变。上式用应力表示应变。 式式中中：a aijij代代表表第第j j个个应应力力分分量量等等于于1 1个个单单位位时时在在i i
11、方方向向所所引引起起的的应应变变分分量量，如如a a3131表表示示x x等等于于一一个个单单位位时时在在z z方方向引起的应变分量。向引起的应变分量。 可可 以以 证证 明明 ， c cijij=c=cji; ji; a aijij=a=ajiji, ,是是对对称称矩矩阵阵。3636个个弹弹性常数中只有性常数中只有2121个是独立的。个是独立的。岩石的变形特性 二、正交各向异性体二、正交各向异性体 1 1、概念、概念 （1 1）弹弹性性对对称称面面：在在任任意意两两个个与与某某个个面面对对称称的的方方向向上上，材材料料的的弹弹性性相相同（弹性常数相同），那么，这个面就是对称面。同（弹性常数相
12、同），那么，这个面就是对称面。 （2 2）弹性主向：垂直于弹性对称面的方向为弹性主向。）弹性主向：垂直于弹性对称面的方向为弹性主向。 （3 3）正正交交各各向向异异性性体体：弹弹性性体体中中存存在在3 3个个互互相相正正交交的的弹弹性性对对称称面面，在在各各个个对对称称面面的的对对称称方方向向上上，弹弹性性相相同同，但但在在这这3 3个个弹弹性性主主向向上上的的弹弹性性并并不不相同，这种物体称为正交异性体。相同，这种物体称为正交异性体。岩石的变形特性2 2、特特点点：由由于于对对称称关关系系，正正应应力力分分量量只只能能引引起起线线应应变变，不不能能引引起起剪剪应应变变。剪剪应应力力不不会会引
13、引起起线线应应变变，并并且且，只只能能引引起起相相对对应应的的剪剪应应变变分分量量的的改改变变，不不会会影影响响其其它它方方向的剪应变向的剪应变. . 以三个正交的弹性对称面为坐标面，以三个正交的弹性对称面为坐标面，x,y,zx,y,z坐标坐标轴为弹性主向。根据对称性，轴为弹性主向。根据对称性，正应力分量只能引起线正应力分量只能引起线应变，不能引起剪应变。应变，不能引起剪应变。则有：则有： 岩石的变形特性只有只有9 9个独立的弹性常数。个独立的弹性常数。 同同样样，作作用用在在正正交交各各向向异异性性体体上上的的剪剪应应力力不不会会引引起起线线应应变变的的变变化化，并并且且，只只能能引引起起相
14、相对对应应的的剪剪应应变变分分量量的的改改变变，不不会影响其它方向的剪应变会影响其它方向的剪应变. .即即xyxy只引起只引起xyxy的变化。则有：的变化。则有：3 3、正交各向异性体的本构方程：、正交各向异性体的本构方程：由（由（3 3）式得：）式得：岩石的变形特性 三、横观各向同性体三、横观各向同性体 1 1、概念、概念 各各向向同同性性面面： 某某一一平平面面内内的的所所有有各各方方向向的的弹弹性性性性质质相相同同，这这个个面面为为各向同性面。各向同性面。 横横观观各各向向同同性性体体：具具有有各各向向同同性性面面，但但垂垂直直此此面面的的力力学学性性质质是是不不相相同同的，这类物体称为
15、横观各向同性体。的，这类物体称为横观各向同性体。2 2、特点、特点 在在平平行行于于各各向向同同性性面面的的所所有有各各个个方方向向（横横向向）都都具具有相同的弹性。有相同的弹性。 层层状状岩岩体体属属于于横横观观各各向向同同性性体体，平平行行于于层层面面的的各各个个方向是横向，垂直层面的方向是纵向。方向是横向，垂直层面的方向是纵向。岩石的变形特性 设设x-zx-z平平面面为为各各向向同同性性面面，根根据据横横观观各各向向同同性性体体的的特特点点，z z方向和方向和x x方向的弹性性质相同，则：方向的弹性性质相同，则： (1)(1)单位单位z z所引起的所引起的z z等于单位等于单位x x所引
16、起的所引起的x x, ,即即a a3333=a=a1111 ( (2 2) )单位单位z z所引起的所引起的y y等于单位等于单位x x所引起的所引起的y y, ,即即a a2323=a=a2121 ( (3 3) )单单位位xyxy所所引引起起的的xyxy等等于于单单位位zyzy所所引引起起的的zyzy, ,即即a a4444=a=a55 55 3 3、横观各向同性体的本构方程、横观各向同性体的本构方程 由（由（4 4）式得：）式得：岩石的变形特性 可可见见：在在矩矩阵阵 AA中中只只剩剩下下a a1111,a,a1212,a,a1313,a,a2222,a,a4444,a,a6666六六个
17、个常常数项，并且由弹性力学公式有：数项，并且由弹性力学公式有：( (单位单位x x在在X X轴上产生的变形）轴上产生的变形）( (单位单位y y在在y y轴上产生的变形）轴上产生的变形）( (单位单位z z在在X X轴上产生的变形）轴上产生的变形）( (单位单位xyxy在在X X-Y-Y面上产生的剪应变）面上产生的剪应变）单位单位zxzx在在Z-XZ-X面上产生的剪应变）面上产生的剪应变）( (单位单位y y在在X X轴上产生的变形）轴上产生的变形）岩石的变形特性 可见，横观各向同性体只有可见，横观各向同性体只有5 5个独立的弹性常数：个独立的弹性常数：E E1 1、E E2 2、1 1 、2
18、 2 、G G2 2 。 E E1 1、 1 1 分别为各向同性面内岩石的弹性模分别为各向同性面内岩石的弹性模量和泊松比，量和泊松比，E E2 2、2 2分别为垂直于各向同性面方向分别为垂直于各向同性面方向的弹性模量和泊松比的弹性模量和泊松比。 并且：并且：( (在横观各向同性面内）在横观各向同性面内）岩石的变形特性3 3- -4 4 岩石的变形试验及变形特性岩石的变形试验及变形特性 一、一、 岩石单轴、三轴压缩试验岩石单轴、三轴压缩试验 在单轴压缩试验时，试样大多采用圆柱在单轴压缩试验时，试样大多采用圆柱形，一般要求试样的直径为形，一般要求试样的直径为5cm5cm，高度，高度为为10cm10
19、cm，两端摩平光滑，按照实验要求，两端摩平光滑，按照实验要求，在侧面粘贴电阻丝片，以便观测变形，在侧面粘贴电阻丝片，以便观测变形，然后用压力机对试样加压，见图。在任然后用压力机对试样加压，见图。在任何轴向压力下都测量试样的轴向应变和何轴向压力下都测量试样的轴向应变和侧向应变。设试样的长度为，直径为，侧向应变。设试样的长度为，直径为，试样在荷载试样在荷载P P作用下轴向缩短，侧向膨作用下轴向缩短，侧向膨胀，则试样的轴向应变为。胀，则试样的轴向应变为。 1 1 单轴压缩试验：单轴压缩试验：岩石的变形特性 假如岩石服从虎克定律假如岩石服从虎克定律( (线性线性弹性材料弹性材料) )，则压缩时的弹性，
20、则压缩时的弹性模量模量E E由下式给出：由下式给出：泊松比为：泊松比为：岩石的变形特性在实用上，还可定义以下几种弹性模型：在实用上，还可定义以下几种弹性模型：（1 1）初始弹性模量：）初始弹性模量：（2 2）切线弹性模量：）切线弹性模量：（3 3）平均弹性模量：）平均弹性模量：（4 4）割线弹性模量：）割线弹性模量：岩石的变形特性 2 2 三轴压缩试验：三轴压缩试验： 用岩石三轴仪也可直接测定岩石试件的弹性模量。用岩石三轴仪也可直接测定岩石试件的弹性模量。泊松比为：泊松比为：岩石的变形特性表表 零荷载时岩石的弹性常数零荷载时岩石的弹性常数岩岩 石石E(MPa)E(MPa)岩岩 石石E(MPa)
21、E(MPa)花花 岗岗 岩岩2 26106104 40.250.25砂砂 岩岩0.50.58108104 40.250.25细粒花岗细粒花岗岩岩3 38108104 40.250.25页页 岩岩1 13.5103.5104 40.300.30正正 长长 岩岩6 68108104 40.250.25泥泥 岩岩2 25105104 40.350.35闪闪 长长 岩岩7 7101010104 40.250.25石灰岩石灰岩1 18108104 40.300.30粗粗 玄玄 岩岩8 8111011104 40.250.25白云岩白云岩4 48.4108.4104 40.250.25辉辉 长长 岩岩7
22、7111011104 40.250.25煤煤1 12102104 40.300.30玄玄 武武 岩岩6 6101010104 40.250.25岩石的变形特性二、二、 岩石的变形特性岩石的变形特性 1 1、 岩石典型的全应力岩石典型的全应力- -应变曲线应变曲线 根据其变化特点，可将岩石变形的整根据其变化特点，可将岩石变形的整个过程划分为个过程划分为4 4个阶段：个阶段：（1 1）裂隙压密阶段（）裂隙压密阶段（OAOA）：）：曲线上凹曲线上凹（2 2）弹性变形阶段（）弹性变形阶段（ABAB）: :呈直线呈直线（3 3）塑性变形阶段（）塑性变形阶段（BCBC）：）：曲线下凹曲线下凹（4 4）破坏
23、后阶段（）破坏后阶段（CDCD）：）： 残余强度残余强度D D 峰值强度峰值强度C C岩石的变形特性2 2、岩石变形曲线的基本形式岩石变形曲线的基本形式（1 1）直线型：坚硬、完整无裂隙岩体）直线型：坚硬、完整无裂隙岩体直线型直线型下凹型下凹型上凹型上凹型S S型型（2 2）下凹型：节理裂隙发育，泥质充填，岩性软弱）下凹型：节理裂隙发育，泥质充填，岩性软弱（3 3）上凹型：坚硬但裂隙发育，多呈张开而无充填物）上凹型：坚硬但裂隙发育，多呈张开而无充填物其它形式可看成是这三种形式的组合，如其它形式可看成是这三种形式的组合，如S S型。型。岩石的变形特性米勒米勒(Miller)(Miller)根据岩
24、石的应力根据岩石的应力- -应变曲线随着岩石的性质有各种不同形式的应变曲线随着岩石的性质有各种不同形式的特点，采用特点，采用2828种岩石进行了大量的单轴试验后，将岩石的应力种岩石进行了大量的单轴试验后，将岩石的应力- -应变曲线分应变曲线分成成6 6种类型，如下表所示：种类型，如下表所示：致密、坚硬、少裂隙致密、坚硬、少裂隙少裂隙、少裂隙、岩性较软岩性较软致密、坚硬、多裂隙致密、坚硬、多裂隙较多裂隙、较多裂隙、岩性较软岩性较软岩石的变形特性 (1)(1)、弹性岩石：加载曲线和卸载曲线重合。、弹性岩石：加载曲线和卸载曲线重合。 (2)(2)、弹塑性岩石：卸载点应力高于弹性极限，产生回滞环、弹塑
25、性岩石：卸载点应力高于弹性极限，产生回滞环 (3)(3)、塑弹性岩石或塑弹塑岩石：回滞环、塑弹性岩石或塑弹塑岩石：回滞环3 3、单轴压缩状态下反复加载和卸载时的岩石变形特性、单轴压缩状态下反复加载和卸载时的岩石变形特性等循环加载等循环加载不断增大载荷循环加载不断增大载荷循环加载OC OC 变形记忆变形记忆岩石的变形特性刚性压力机与全应力应变曲线及破坏后的性态刚性压力机与全应力应变曲线及破坏后的性态岩石的变形特性 （1 1）0A0A段：微裂隙闭合阶段段：微裂隙闭合阶段, ,微裂隙压密极限微裂隙压密极限A A。 （2 2）ABAB段：近似直线，弹性阶段，段：近似直线，弹性阶段，B B 为弹性极限。
26、为弹性极限。 （3 3）BCBC段：屈服阶段，段：屈服阶段，C C为屈服极限。为屈服极限。 （4 4）CDCD段：破坏阶段，段：破坏阶段，D D为强度极限，即单轴抗压强度。为强度极限，即单轴抗压强度。 （5 5）DEDE段：即破坏后阶段段：即破坏后阶段,E E为残余强度。为残余强度。 岩石的变形特性 瓦瓦威威尔尔西西克克（Wawer Wawer Sik,1968Sik,1968）对对岩岩石石开开始始宏宏观观破破坏坏后的性态做了仔细研究，所得结果如图所示。后的性态做了仔细研究，所得结果如图所示。 类类型型1 1：试试件件仍仍有有一一定定的的强强度度。要要使使试试件件进进一一步步破破坏坏，试试验验
27、机机必必须须进进一一步步作作功功，这这种种类类型型为为稳稳定定破破坏坏型型。应应力力应应变变曲曲线线的的破破坏坏后后区区斜斜率率为为负。这种类型为稳定破坏型；（孔隙率大的沉积岩和部分结晶岩）负。这种类型为稳定破坏型；（孔隙率大的沉积岩和部分结晶岩） 类类型型2 2：试试件件受受力力达达到到其其极极限限强强度度以以前前储储存存的的弹弹性性变变形形能能就就足足以以使使试试件件完完全全破破坏坏，不不但但不不需需要要试试验验机机进进一一步步作作功功，还还要要逐逐步步卸卸载载，才才能能作作出出破破坏坏后后区区应应力力应应变变曲曲线线。应应力力应应变变曲曲线线的的破破坏坏后后区区斜斜率率为为正正。这这种种
28、类型为非稳定破坏型；（细粒结晶岩）类型为非稳定破坏型；（细粒结晶岩）岩石的变形特性 (1)(1)、岩石在常规三轴试验条件下的变形特性、岩石在常规三轴试验条件下的变形特性4 4、三轴压缩状态下的岩石变形特性、三轴压缩状态下的岩石变形特性 岩岩石石在在常常规规三三轴轴试试验验条条件件下下的的变变形形特特征征通通常常用用轴轴向向应应变变1 1与与主主应应力力差差( (1 1- -3 3) )的关系曲线表示。的关系曲线表示。岩石的变形特性图图 三轴应力状态下大理岩的应力应变曲线三轴应力状态下大理岩的应力应变曲线 围压对岩石变形的影响围压对岩石变形的影响岩石的变形特性围压对岩石刚度的影响围压对岩石刚度的
29、影响砂岩：孔隙较多，岩性较软，砂岩：孔隙较多，岩性较软， 3 3增大，弹性模量变大。增大，弹性模量变大。辉长岩：致密坚硬，辉长岩：致密坚硬， 3 3增大，弹性模量几乎不变。增大，弹性模量几乎不变。岩石的变形特性三轴应力状态下大理岩的应力应变曲线三轴应力状态下大理岩的应力应变曲线 围压对岩石强度的影响围压对岩石强度的影响岩石的变形特性岩石的变形特性 (2)(2)、岩石在真三轴试验条件下的变形特性、岩石在真三轴试验条件下的变形特性 岩石的真三轴试验在岩石的真三轴试验在2020世纪世纪6060年代才开始的。年代才开始的。 （a a）3 3常常数数， 极极限限应应力力1 1 随随2 2增增大大而而增增
30、大大，但但破破坏坏前前的的塑塑性性变变形量却减小；破坏形式从延性向脆性变化；形量却减小；破坏形式从延性向脆性变化； （b b）2 2常常数数， 极极限限应应力力1 1 随随3 3增增大大而而增增大大，破破坏坏前前的的塑塑性性变变形形量增大，但屈服极限未变。破坏形式从脆性向延性变化。量增大，但屈服极限未变。破坏形式从脆性向延性变化。岩石的变形特性3 3-6 -6 岩岩体现场试验及变形指标的测定体现场试验及变形指标的测定 常用的静力法有：承压板试验（千斤顶荷载试验）、径向荷常用的静力法有：承压板试验（千斤顶荷载试验）、径向荷载试验、水压法等。载试验、水压法等。目的：测定岩体的变形指标目的：测定岩体
31、的变形指标E E、，测定测定关系。关系。 岩体现场变形试验方法：静力法、动力法（弹性波测量法）岩体现场变形试验方法：静力法、动力法（弹性波测量法）岩石的变形特性1 1、表面承压板试验、表面承压板试验(1) (1) 试验装置试验装置 由四部分组成：垫板（承压板）、加荷装置由四部分组成：垫板（承压板）、加荷装置（千斤顶或压力枕）、传力装置（传力支柱、传力柱垫板）、（千斤顶或压力枕）、传力装置（传力支柱、传力柱垫板）、变形测量装置（测微计）变形测量装置（测微计）一、现场原位试验一、现场原位试验岩石的变形特性 采用何种加荷方式，采用何种加荷方式，可根据岩体结构和工程要可根据岩体结构和工程要求而定。求而
32、定。完整岩体完整岩体：可采用大循环：可采用大循环加荷方式，以确定岩体在加荷方式，以确定岩体在不同荷载下的变形特性；不同荷载下的变形特性；多裂隙岩体多裂隙岩体：可采用多循环或单循环加荷方式，以了解各种：可采用多循环或单循环加荷方式，以了解各种结构面对岩体变形的影响。结构面对岩体变形的影响。（2 2）加荷方式）加荷方式岩石的变形特性 设垫板总变形（位移）量为设垫板总变形（位移）量为W W0 0, ,其中弹性变形量为其中弹性变形量为W We e, ,塑塑性变形量为性变形量为W Wp p, ,则岩体的变形指标：则岩体的变形指标：式式中：中：pp受荷面单位面积上的压力受荷面单位面积上的压力；bb承压板直
33、径或边承压板直径或边长长; ;与承压板形状和刚度有关的系数，方形板为与承压板形状和刚度有关的系数，方形板为0.880.88，圆，圆形板为形板为0.790.79；岩体泊松比。岩体泊松比。岩体变形模量：岩体变形模量：岩体弹性模量岩体弹性模量：岩石的变形特性2 2、钻孔承压板法、钻孔承压板法 表面承压板法测得的岩体表面承压板法测得的岩体变形模量偏低，这是由于工程变形模量偏低，这是由于工程岩体表面附近岩体大多发生了岩体表面附近岩体大多发生了不同程度的松动。为了排除松不同程度的松动。为了排除松动的影响，开始采用孔底承压动的影响，开始采用孔底承压板法测定岩体变形模量。测定板法测定岩体变形模量。测定结果表明
34、结果表明：孔底承压板法测得孔底承压板法测得的原位岩体变形参数比表面承的原位岩体变形参数比表面承压板试验测定值高很多，甚至压板试验测定值高很多，甚至高达高达1010余倍。余倍。岩石的变形特性二、岩石变形特性参数的测定二、岩石变形特性参数的测定 1 1、弹性模量、弹性模量E E的确定的确定 A A、线线弹弹性性类类岩岩石石曲曲线线呈呈线线性性关关系系，曲曲线线上上任任一点一点P P的弹性模量的弹性模量E E： 岩石的变形特性B B、曲线呈非线性关系曲线呈非线性关系初初始始模模量量: :切线模量（直线段）：切线模量（直线段）：割线模量：割线模量： 工程上常用工程上常用E E5050 ： 岩石的变形特
35、性初始模量反映了岩石中微裂隙的多少。初始模量反映了岩石中微裂隙的多少。切线模量反映了岩石的弹性变形特征切线模量反映了岩石的弹性变形特征割线模量反映了岩石的总体变形特征。割线模量反映了岩石的总体变形特征。 岩石的变形特性C C、具有粘性的弹性岩石、具有粘性的弹性岩石 由由于于应应变变恢恢复复有有滞滞后后现现象象，即即加加载载和和卸卸载载曲曲线线不不重重合合，加加载载曲曲线线弹弹模模和和卸卸载载弹弹模模也也不不一一样样。P P点点加加载载弹弹模模取取过过P P点点的的加加载载曲曲线线的的切切线线斜斜率率，P P点点卸卸载载弹弹模模取取过过P P点点的的卸卸载载曲曲线线的的切切线斜率。线斜率。岩石的
36、变形特性D D、弹塑性类岩石、弹塑性类岩石2 2、变形模量、变形模量 式中：式中：E Ee e弹性模量；弹性模量； E Ep p塑性模量塑性模量 岩石的变形特性3 3、 泊松比泊松比：岩石在单轴压缩条件下横向应变与纵向应变之比。岩石在单轴压缩条件下横向应变与纵向应变之比。 岩石的变形特性 4 4、岩体动弹性模量、岩体动弹性模量E Ed d的测定：的测定： 采用小量药包爆炸激发地震波，在距震源一定距离设置采用小量药包爆炸激发地震波，在距震源一定距离设置检波器，检测弹性波。根据弹性波波速算出动弹性模量检波器，检测弹性波。根据弹性波波速算出动弹性模量E Ed d和和动泊松比动泊松比d d。式中：式中：v vp,p,v,vs s纵波波速和横波波速，纵波波速和横波波速，为岩体密度。为岩体密度。一般而言：一般而言：E Ed d E Ee , e , d d 0),t0),可求可求得粘性系数得粘性系数：岩石的变形特性
