花岗岩的物理力学性质与微观破坏特性.ppt

一：花岗岩的定义 二：花岗岩的物理力学特性 1.物理特性 2.力学特性 三：花岗岩的微观破坏特性 1.不同温度下花岗岩破坏时的微观结 构 2.发生炎爆时花岗岩的微观结构,1、花岗岩的分类： 细粒花岗岩 中粒花岗岩 粗粒花岗岩 2、花岗岩的外表特征： 3、花岗岩的组成、化学成分、性质,花岗岩的物理性能：由岩石固有的物质组成和结构特征所决定的岩石基本属性。 1、容重：岩石单位体积（包括岩石内空隙体积）的重量成为岩石的容重。 2、比重：岩石的比重是岩石固体部分的重量和4摄氏度时同体积纯水重量的比值。 3、孔隙率：描述岩石裂隙和空隙发育程度，岩石空隙体积与岩石体积之间的比值。,4、吸水性：岩石在一定条件下吸收水分的性 能。 5、透水性：岩石能被水透过的性能。 6、软化性：岩石浸水后强度降低的性能。 7、抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性能。 花岗岩的上述性质直接影响着其力学性质、对于其存在的微观结构也起着一定的解释作用。所以要研究花岗岩的力学性质、微观结构性质就不得不对其基本物理性质有一定研究。,花岗岩的力学性能： 岩石力学性质（mechanical properties of rocks）是指岩石在应力作用下表现的弹性、塑性、弹塑性、流变性、脆性、韧性等力学性质。不同性质岩石的应力应变关系、变形条件或破裂条件等都不同。 1、花岗岩的强度特性： 花岗岩在外载荷作用下达到破坏时所能承受的最大应力。,一般用单轴抗压强度、三轴抗压强度、抗拉强度来描述花岗岩的强度 单轴抗压强度：岩石在单轴压缩载荷作用下达到破坏前所能承受的最大压应力成为岩石的单轴抗压强度。，此时岩石可能会发生4种破坏形式：,四种形式分别为： 1.X状共轭斜面剪切破坏，是最常见的破坏形式。 2.单斜面剪切破坏，这种破坏也是剪切破坏。 3.塑性流动变形，线应变10。 4.拉伸破坏，在轴向压应力作用下，在横向将产生拉应力。这是泊松效应的结果。这种类型的破坏就是横向拉应力超过岩石抗拉极限所引起的。,在单轴压缩下花岗岩的抗压强度约为120-250MPa。,三轴抗压强度：岩石在三向压缩载荷作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力称为岩石的三轴抗压强度。 抗拉强度：岩石在单轴拉伸载荷作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度。 2、花岗岩的变形特征： 岩石在载荷作用下，首先发生的物理现象是变形，随着载荷的不断增加，岩石的变形会逐渐增大，最终会导致岩石破坏，现简述花岗岩变形基本规律：,在单轴压缩条件下花岗岩的变形特征是： 在压力较低时，应力-应变曲线略向上弯曲。当应力增加到一定数值后，应力-应变曲线逐渐变成直线，直至发生破坏塑-弹性体。,反复加载情况下花岗岩的变形特征： 对花岗岩进行等载荷循环加、卸载时，如果卸载点P超过屈服点，则卸载曲线不与加载曲线重合，形成塑形滞回环。,对花岗岩进行不断增大载荷循环加、卸载，且每次施加的最大载荷与第一次施加的最大载荷一样，则每次加、卸载曲线都形成一个塑形滞回环。这些滞回环随着加、卸载的次数增加而愈来愈狭窄，并且彼此愈来愈近，岩石愈来愈接近弹性变形，一直到某次循环没有塑形变形为止。,三轴压缩条件下的岩石变形特征： 不同围压下的花岗岩的应力-应变曲线 随着围压的增大，花岗 岩的抗压强度显著增加； 随着围压的增大，花岗 岩的变形显著增加； 随着围压的增大，花岗 岩的弹性极限显著增大；,影响花岗岩力学特性的因素： 影响花岗岩力学性质的因素很多，如水、温度、风化程度、加荷速度、围压的大小、各向异性等等，对岩石的力学性质都有影响。现分述如下： 水对花岗岩力学性质的影响。主要表现在连接作用、润滑作用、水楔作用、孔隙压力作用、溶蚀及潜蚀作用； 温度对花岗岩力学性质的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低； 加荷速度对花岗岩力学性质的影响。随着加荷速度的降低，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低； 围压对花岗岩力学性质的影响。随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低； 风化对花岗岩力学性质的影响。产生新的裂隙、矿物成分发生变化、结构和构造发生变化。,不同温度下花岗岩破坏时的微观结构 花岗岩属于典型的脆性岩石在常温、低温下显示典型的脆性破坏,当温度超过800时,破坏类型开始由脆性向塑性转变，在200余幅不同放大倍数下的断口显微照片中,选取了下面给出一些具有代表性的照片。 常温下花岗岩破坏时的微观结构,由上述图对比可得出： 由于岩石是一种复杂的天然材料,由多种矿物所组成，这些成分基本上由不同尺寸的晶体颗粒构成，在力学、热学性质等方面，各种矿物一般都表现为各向异性。另一方面，岩石材料的抗拉、抗剪和抗压强度之间亦存在很大差别。因此对岩样的加热往往会在其内部产生一个三维拉应力状态，加热产生的拉应力极易在岩石内部形成沿晶和穿晶断裂，由本次扫描电镜的实验观察结果可知，当热处理温度低于 200时，沿晶断裂是主要的热开裂形式，随着热处理温度的继续升高，穿晶裂纹明显增多，此外，微空洞和较大的沿晶裂纹可能会成为热开裂新的损伤源。,发生岩爆时花岗岩的微观结构,实验前样品微观结构,试验后样品微观结构,通过上面对中粒碎屑的SEM照片观察，试件经历岩爆试验破坏后，其矿物晶体内裂纹增加，不同矿物晶体间胶结物开裂或相对滑移，SEM图像上可见层裂纹。 根据典型裂纹的开裂特征，可以分析引起裂纹开裂的力学模型。图 (b)是非常典型的剪切型撕开裂纹，II和III型的剪切复合形式，表面的解理台阶是张开型的裂纹断口，在该断面形后沿原来的裂隙填充带由于滑移及撕开共同作用，产生了图示的裂纹形态。看到的断裂表面的解理面I 型张裂纹形成的。,谢谢观赏,