(五)孔隙流体压力
岩石孔隙中的流体,尤其是孔隙液体对岩石力学性质影响较为突出 。粒间液体对颗粒产生一种压力,这种压力与颗粒表面垂直称为孔隙液压(图4-1-6) 。自然界中岩石或多或少含有一定水分或其他液体(如石油等),孔隙中的液压随深度增加而增加,一般可近似为线性关系 。
孔隙流体对岩石力学性质的影响主要表现在两方面:一方面,当岩石中富含流体时,因孔隙表面对液体的吸附使其内部表面自由能降低,增加了颗粒边界位错的可能性,岩石强度降低 。另外,孔隙流体的存在促进矿物在应力作用下产生压溶、扩散、溶解、润滑等效应,有利于新矿物的生长,从而促进岩石的塑性变形 。另一方面,岩石孔隙内的流体产生孔隙流体压力效应 。正常情况下,地壳内任一深度孔隙水的流体静压力相当于这一深度到地表的水柱压力,约为静岩压力(或围压)的40% 。某些原因可使孔隙压力异常增大 。
由孔隙压力效应示意图(图4-1-7),圆I位于莫尔包络线下,岩石处于稳定状态 。随着孔隙压力Pρ的增加,应力圆向左移动,当与莫尔包络线相切时,形成剪裂(a)或张裂(b)而破坏[102] 。
图4-1-6 岩石孔隙流体形成孔隙液压示意图(G—颗粒、P—孔隙液压)
图4-1-7 孔隙压力效应示意图
岩石破坏的莫尔圆图解可以很好地解释孔隙压力对岩石破坏的促进作用 。图4-1-7横坐标表示有效正压力(总正压力与孔隙压力之差) 。圆I代表孔隙压力为零时的应力状态,这时岩石是稳定的 。随着孔隙压力的逐渐增大,虽然外加总应力不变,但有效正应力逐渐减小,使应力圆向左移动 。一旦应力圆移到圆Ⅱ处,与莫尔包络线相切,岩石就要破坏 。因此,异常孔隙压力可促使岩石发生断裂 。当孔隙压力大到几乎等于围压时,就使岩石产生了浮起效应 。用这种效应较好地解释了巨大岩席推覆和滑动的可能性 。文东油田开发过程中孔隙压力是逐渐降低的,故相当于莫尔圆向右移动,岩石的稳定性增强,即裂缝及微裂缝由张开状态向闭合状态过渡 。
(六)时间
岩石的脆、韧性因施力时间不同而异 。如果应力作用时间长,岩石应变率低,即便是坚硬的岩石,也可以转化为塑性变形 。地质作用往往长期和缓慢,脆性岩石也可以发生塑性变形 。时间因素对岩石变形具有重要影响 。
1.应变速率
应变速率对岩石力学性质的影响,在日常生活中也不乏实例 。很多材料在快速冲击力作用下,呈现脆性破裂 。如缓慢施力,在较小的应力作用下可发生很大的变形而不断裂 。
2.蠕变与松弛
在应力长期作用下,即使应力在常温、常压短期屈服极限之下,岩石也会发生缓慢的永久变形 。这种在恒定应力作用下,应变随时间持续增长的变形称为蠕变 。另一方面,在恒定变形情况下,岩石中的应力也可以随时间不断减小,这一现象称为松弛 。
松弛有两种类型 。一种是应力随时间减小,逐渐趋于一大于零的定值(图4-1-8a) 。另一种是应力经很长时间后可趋近于零(图4-1-8b) 。两者的共同特点是初始阶段应力迅速减小,松弛速率急剧下降;第二阶段应力减小缓慢,逐渐趋于一极值 。
蠕变能在低于岩石弹性极限的情况下使岩石产生永久变形,松弛能使部分弹性变形转化为永久变形,其共同效应都相当于降低岩石的弹性极限 。实际上都表现出时间因素对岩石力学性质的影响 。
图4-1-8 岩石松弛曲线
影响岩石变化的因素有哪些你好,我是学地质工程的 。您说的问题在岩体力学课本里有 。
岩石单轴抗压强度受一系列因素影响和控制 。这些因素主要包括两方面:
一是岩石本身性质方面的因素,如矿物组成、结构构造(颗粒大小、连结及微结构发育特征等)、密度及风化程度等;
【影响岩石变化的因素有哪些】二是试验条件方面的因素 。试件的几何形状及加工精度,加载速率,端面条件,温度和湿度,层理结构等 。
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