第三节 软弱面或各向异性岩层的破坏准则及稳定条件
破裂时完整岩石发生破裂的唯一机制
有可能沿着破裂面破坏 也有可能传过岩石破裂面,就看那种情况首先满足库伦-摩尔破坏准则
软弱面夹层的强度一般情况下低于岩石的强度(也有例外)
研究软弱面上的应力状态,得出软弱面上的应力应变状态,得出了软弱面上的摩尔 库伦破坏准则,这个准则与摩尔库伦破坏准则很相似,只是考虑了软弱面得具体情况。
软弱面固有的剪切强度 就是软弱面上的粘聚力。
可以得出软弱面上任一点处的正应力、剪应力、主应力之间的关系式
可以得出软弱面上发生剪切破坏的破坏准则(有几种表达方式)
三、软弱面发生剪切破坏的判据
变质岩石和沉积岩石都具有明显的纵观异性特征(横观各向同性),平行层里面和垂直层理面的强度差异较大,平行于层里面其抗剪强度较低。
从最大主应力与层里面不同夹角时的剪切强度曲线可以获得强度受主应力与软弱面之间的夹角控制。当夹角为90度或0度时 强度最高;当夹角为30度到45度时 强度最低;
四、各向异性岩层的破坏准则
随着围压的增大,岩石强度均相对增大,因此可以将具有各向异性的岩层视为一组平行的软弱面,这样可以将软弱面的破坏准则应用于各向异性岩层。
如果岩层层面上应力不满足岩石层面滑移破坏准则,有可能与沿着层面相交的平面产生剪切破坏,在这种情况下可以运用用岩石固有的剪切强度和内摩擦角表示的库伦-纳威尔破坏准则来做判据
第四节 平面格里菲斯破坏准则
研究脆性破坏有两种方法
一种是通过特定条件下的实验结果,找出表达破裂发生条件的经验关系,然后将这种经验关系推广到更为复杂的应力状态。库伦 摩尔理论及是这种方法的代表。
尽管这些理论涉及到许多的解释,但基本上还是经验性现象学的描述。他们被称为力学理论经验或古典强度理论(强度破坏准则)。
另一种方法是企图建立脆性材料破裂过程的物理模型,这些模型应能代表实际破裂的物理机制,基于这些模型而进行的理论指导,应能有助于破裂的物理本质,预言岩石的破裂行为,特别是岩石的强度。这叫做物理理论研究方法。断裂力学中的格里菲斯理论就是这种方法的代表。
格里菲斯从玻璃(脆性材料)的强度实验中发现 所得的实际强度往往是理论强度(分子力的破坏)的百分之一到千分之一,格里菲斯解释为:造成这种差别是由于材料介质内部存在随机分布的微裂隙,当荷载达到一定值时,在其中最有利于破裂的破裂隙附近,产生应力集中现象。
当裂隙端部的拉应力等于或大于该点的抗拉强度时,裂隙即开始扩展,且相邻的裂隙彼此不产生影响。
飞机翅膀的研究过程
为了不折断 采用强度更高的材料做,但实践发现,机翼的寿命更短,主要是任何材料中都有缺陷 随机分布的微裂隙,微裂隙产生的应力集中,这个材料越脆 或者是强度越高,越容易产生应力集中,后来的机翼生产中不但选择高强度 还要选择高的断裂韧性。
断裂力学中把岩石破坏的裂隙分为三种情况:一是张开型,裂隙面上点的位移与裂隙面是垂直的,二是滑开型,质点位移平行于裂隙面,但与裂纹前缘相垂直。三是撕开型 质点位移平行于裂隙面,但与裂纹前缘相平行。
断裂力学只要讨论一型,但岩石力学主要讨论二 三型,统称剪切型裂纹。
从实验中可以看出,岩石的剪切只要有一个面或者几个剪切面