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岩石的弹性、塑性和脆性

发布时间:2015-03-30 11:51:48;浏览次数:


弹性、塑性和脆性是物体受外力作用后,对变形的不同表现。弹性是固体在卸去所加之载荷后,恢复原来状态的性能。当所加载荷卸去后,固体保持其变形的性能称为塑性,即变形不能随之消失。脆性是固体在载荷作用下不引起任何残留变形的性能,脆性岩石的弹性极限与强度极限很接近,因此外载荷达到岩石的弹性极限时,很快出现了固体的完全破碎。

岩石不是理想的弹性体,不符合虎克定律的变形定律。由于多数岩石矿物的塑性都不大,有的基本上无塑性,所以岩石的塑性变形主要是由于矿物颗粒间沿界面所产生的滑动而引起的。岩石内部颗粒间相对滑动能力越强,孔隙度和湿度越大,则岩石的塑性越强。在室温和常压下,当岩石处于单向压缩状态时,其塑性并不明显。但是,在复杂应力状态下,岩石却表现出很明显的塑性,而钻探的对象都是处于各向压缩的地下岩石,因此研究岩石的塑性是有很实用意义的。
岩石力学中,根据单向压缩时应力-应变曲线所反映的岩石变形特征,常把岩石分为弹脆性岩石、弹塑性岩石和塑性岩石3种。岩石在外力作用下,首先产生弹性变形,其应力-应变关系是一条斜率为E的直线。若进一步增加外载,便会出现3种可能:一是导致岩石脆性破坏,在此之前不存在不可逆的应变,这类岩石称为弹脆性体;二是导致应力和应变之间的直线关系发生变化,也产生脆性破坏,这类岩石称为弹塑性体;三是经过短暂弹性变形后,很快便转入典型的塑性变形,岩石并不发生脆性破坏二是塑性破坏,其特点是破坏之前有较大的不可逆应变和明显的破坏面,这类岩石称为塑性体。
由于岩石的性质有很大的差异,测出的曲线也可能不像上面所说的那样典型,但仍然大致可以分为上述3类。著名的学者米勒根据28类岩石的实验结果,将单轴应力-应变曲线分为6种类型,如下图所示。
岩石应力-应变曲线

在三轴应力作用下,岩石力学性质的另一个显著变化就是随着围压增大,岩石表现出由脆性到塑性的转变,并且围压越大,岩石破坏前呈现的塑性也越大。实验表明,当围压小于50Mpa时,石灰岩基本上仍属于脆性破碎;当岩石围压大于50Mpa时,才开始呈现出塑性;而围压大于100Mpa时,则明显表现为塑性变形。

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