岩石的力学性质

一、岩石的弹性和塑性

岩石在外力作用下发生变形，当外力取消后，又恢复到变形前的状态，岩石的这种力学性质称为弹性，这种变形称为弹性变形。

当应力超过岩石的弹性极限，即使外力去掉后，岩石也不能完全恢复到原来的形状，从而使一部分变形保留下来，这种变形称为塑性变形，岩石的这种性质称为塑性。

岩石既具有塑性又具有弹性，这两种性质不具有消长关系。

二、岩石的脆性和韧性

岩石受力后，若在破裂前，只能承受很小的变形时，称为岩石的脆性。脆性强的岩石，受力变形后很快就会发生破裂。

岩石受力后，若在破裂前，能够承受较大的变形而不失去连续完整性时，称为岩石的韧性。韧性强的岩石不易被拉断、剪断或折断。

三、岩石的刚性和粘性

岩石不易发生变形的性质，称为刚性。

理想的刚体，在任何应力作用下都不会发生任何变形。岩石不是理想的刚体，且不同岩石的刚性相对地有强有弱。

岩石容易发生流动变形的性质称为粘性。

理想的粘性体称为牛顿流体，它是能经受很大程度变形的材料，在长时间的极其微小的应力作用下，就能表现出持续、缓慢的塑性变形，实际上这是在固体条件下的流动变形。

1 弹性变形（符合胡克定律）OA 阶段

2 A-B阶段 外力去掉以后，岩石仍然可以恢复到变形前的状态，但是应力与应变量不成正比。

3 塑性变形 B-D,在该阶段，岩石的变形不能恢复。

D点以后岩石会破裂，所以称D点为破裂点，其应力值称为强度极限。

其中，C点以后应力变化很小，但是变形很大，说明岩石抵抗变形的能力很弱，，这种现象称为屈服，或塑性流变。C点应力称为屈服极限。

四、岩石的强度和断裂方式

1、岩石的强度

当岩石所受的应力达到或超过岩石的强度极限时，就会发生断裂。岩石的这种抵抗破坏的能力，称为岩石的强度。

2、岩石的脆性破坏方式

岩石的破裂有两种类型：张裂与剪裂。张裂的位移方向垂直于破裂面，张裂面一般垂直于主应力方向。剪裂相对位移平行于破裂面，破裂面一般与最大主压应力方向的夹角小于45度。

库仑剪切破裂线

库伦认为岩石抗剪切破坏的能力不仅同作用在截面上的剪应力有关，而且还与作用于该截面上的正应力有关。设发生剪裂的临界剪应力为τ，则：

τ=τ0+μσn

σn—作用于该剪切面上的正应力，τ0-σn=0时的岩石抗剪强度，也称为岩石的内聚力，内聚力对于一种岩石而言是一个常数；

μ—内摩擦系数，即为直线的斜率，如以直线的斜角ψ表示，则μ=tgψ，则上式为：

τ=τ0+σntgψ

ψ—岩石的内摩擦角，则上式称为库伦剪切破裂准则。

莫尔根据岩石力学实验的结果，对库伦准则提出了修正。他认为材料的内摩擦角不是常数，而是随围压的变化而变化，其破裂线的方程一般表示为：

τn=f(σn)

这是一条由一系列实验得出的曲线，它包络了同一种岩石在不同围压下破裂时的极限应力圆，这一曲线称为莫尔包络线。