前者代表大刚度的试验机，后者代表小刚度的试验机。
当试验机加载至岩石的峰值应力之后，若产生一个微小量的应变，则其应力—应变曲线应沿着AA/移动。
这时岩石所能承受的能量为AA/O2O1，围成的面积。
当试验机为柔性机（k/m），即试验机的刚度小于岩石的刚度。
由于加载作用，贮存在试验机内的弹性能为ABO2O1所围成的面积。
当应力加至峰值应力时，岩石会突然出现一微小的应变
。
与此同时，试验机也将恢复部分能量，并将其作用在岩石上。
此时，岩石所能承受的能量比试验机释放的能量小，其大小如图15-1-20所示产的由ABA/所围成的面积。
因此，由于附加能量的作用，使岩石的裂纹扩展加剧，并发生崩溃的现象。
与此相反，当试验机的刚度km大于岩石的刚度，则在相同的条件下，试验机附加给岩石的能量为ACO2O1所围成的面积，比岩石所能承受的能量小AA/C。
要岩石继续产生应变必须依靠外荷载的加载才能实现。
因此，当试验机的刚度大于岩石的刚度时，才有可能记录下岩石峰值应力区的应力-应变曲线。
这就是刚性试验机的工作原理。
2）应力-应变全过程曲线形态
由上述可知，所谓应力-应变全过程曲线，是指在刚性试验上进行试验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力—应变曲线。
由图15-1-21可知，除了上一小节已介绍的曲线可分成OA，AB，BC三个阶段之外，当应力值过C点之后还存在着另外两个阶段。
CD阶段，又被称作应变软化阶段。
虽然此时已超出了峰值应力；但岩石仍具有一定的承载能力，而这一承载力将随着应变的增大而逐渐减小，表现出明显的软化现象。
D点以后为摩擦阶段。
它仅表现了岩石产生宏观的断裂面之后，断裂面的摩擦所具有的抵抗外力的能力。
3）达到峰值应力后，应力-应变曲线所具有的特征及其类型
（1）岩石达到峰值应力之后，仍然具有一定的承载能力，而岩石突然的“崩溃’’是一种假象。
因此，以前将应力达峰值应力时，称作岩石“破坏’’是不够严密的。
其实质并非完全破坏，仅仅表现为承载能力的降低。
（2）在反复加-卸载的情况下，曲线也会形成塑性滞环，而且塑性滞环的平均斜率是在逐渐降低，表现出应变软化的特征。
此外，曲线仍具有记忆能力，反复加-卸载试验对岩体的变形特性并无多大的影响。
岩石在刚性试验机上进行试验其曲线类型根据岩性的不同可以分成两种类型。
第一种类型为稳定型。
当试件所受的荷载超过其峰值应力后，只有在外力继续作功的情况下，才能使其破坏进一步发展。
如图15-1-22中的类型Ⅰ。
第二种类型为图中的类型Ⅱ。
该类试件将出现不稳定的裂纹扩展，试件无需外力继续作功破裂会持续发展，直至丧失承载能力。
这类曲线被称作非稳定型曲线。
【例题7】岩石在刚性试验机中进行单向压缩试验时，其应力—应变全过程曲线形态包括（ ）个阶段。
A.2
B.3
C.4
D.5
答案：
D
【例题8】根据图15-1-21岩石应力—应变全过程曲线进行分析，
1、CD阶段被称作（ ）。
A.压密阶段
B.弹性阶段
C.塑性阶段
D.软化阶段
E.摩擦阶段
答案：
D
2、D点以后的阶段被称作（ ）。
A.压密阶段
B.弹性阶段
C.塑性阶段
D.软化阶段
E.摩擦阶段
答案：
E
【例题9】要获得岩石的应力-应变全过程曲线形态，对试验机的要求是（ ）。
A.试验机的刚度大于岩石的刚度
B.试验机的刚度等于岩石的刚度
C.试验机的刚度小于岩石的刚度
D.以上三种情况均可
答案：
A
【例题10】岩石在刚性试验机上进行试验其曲线类型根据岩性的不同可以分成（ ）种类型。
A.2
B.3
C.4
D.5
答案：
A
【例题11】岩石在刚性试验机上进行试验达到峰值应力后其曲线类型根据岩性的不同可分成的类型为（ ）。
A.上凹型和下凹型
B.直线型和S型
C.直线型、上凹型、下凹型和S型
D. 稳定型和非稳定型
答案：
D
（二）岩石在三向压缩应力作用下的变形特性
在三向压缩应力作用下的变形特性与岩石的强度一样，也将与单向压缩状态存在着比较大的差异。
2）总体来说，岩石的弹性模量变化不大，有随围压增大而增大的趋势。
3）随着围压的增加，峰值应力所对应的应变值有所增大。
其变形特性表现出低围压下的脆性向高围压的塑性转换的规律。
主要特征如下：
（1）其屈服应力几乎不变；
（2）岩石的弹性模量也基本不变；
（3）岩石保持塑性破坏的特性，只是随
的增大，其塑性变形量也随之增大。
【例题14】在三轴试验条件下，当
为常数时岩石的的变形特征，下列各项叙述不正确的是（ ）。
A.随着的增大，岩石的屈服应力几乎不变
B.弹性模量基本不变，不受
变化的影响
C.当
不断增大时，岩石由塑性逐渐向脆性转换
D.当
不断增大时，岩石保持塑性破坏的特性，只是随
的增大，其塑性变形量也随之增大
答案：
C
4.岩石的体积应变特性
岩石体积应变的变化规律也是从另一个角度反映岩石变形特性的重要方面。
图15-1-25中的体积应变v是根据弹性力学中的基本假设条件，按下式求得：
图中的曲线反映了体积应变与主应力之间的变化规律。
在假三轴试验条件下，体积应变在很大程度上受最小主应变
=
的影响。
从图中可知，当作用的外荷载较小时，体积应变表现出线性变化，且岩石的体积随荷载的增大而减小。
然而，当外荷载达到一定的值之后，体积应变经过了保持不变的阶段，开始发生体积膨胀的现象。
这一现象在岩体力学中被称作扩容。
所谓扩容，是指岩石受外力作用下，发生非线性的体积膨胀，且这一体积膨胀是不可逆的。
产生扩容现象的主要原因是岩石试件在不断地加载过程中，由于在岩石中的存在微裂纹张开、扩展、贯通等现象，使岩石内孔隙增大，促使其体积也随之增大。
这一体积变化的规律在三向压缩和单向压缩试验中都会出现。
但是，由于围压的增大会出现扩容量随之减弱的现象。
【例题15】在假三轴试验条件下，岩石的体积变化表现为（ ）。
A.减小—不变—增大
B.减小—不变—减小
C.增大—不变—增大
D.减小—不变—减小
答案：
A
【例题16】在进行单向压缩试验时岩石会出现扩容现象，产生扩容现象的主要原因是（ ）。
A.岩石试件在不断地加载过程中，由于在岩石中的存在微裂纹张开、扩展、贯通等现象，使岩石内孔隙增大，促使其体积也随之增大
B.岩石试件在不断地加载过程中，由于在岩石中的存在微裂隙闭合现象，使岩石内孔隙减小，促使其体积也随之减小
C.岩石试件在不断地加载过程中，由于在岩石中的存在微裂隙闭合现象，使岩石内孔隙减小，而其体积却随之增大
D.岩石试件在不断地加载过程中，由于在岩石中的存在微裂隙闭合、张开现象，使岩石内孔隙减小、增大，由于单位时间内增大量大于减小量，从而促使其体积也随之增大
答案：
A
（三）岩石的流变特性
在上几节中所讨论的岩石变形特性都是在加载后瞬时的变形特性，这些变形与时间无关。
通常将加载后与时间有关的特性称作流变特性。
岩石的流变特性包括三个部分：
岩石的蠕变，它是指在恒定的压力作用下应变随时间的增长而增长的特性；岩石的应力松弛，它是指岩石加至一定的荷载后，使应变不变应力随时间的增长而减小的特性；通过蠕变的破坏试验以确定其长期强度。
本小节主要介绍岩石的蠕变和应力松弛的基本特性。
1.典型的蠕变曲线
图15-l-26表示了典型的蠕变曲线。
从曲线型态上看，可将该曲线分成三个阶段：
1）AB阶段，称作为瞬态蠕变阶段。
在施加外荷载之后，岩石首先将产生瞬间的弹性应变，这一应变是与时间无关的，如图中所示的OA段。
当外载保持为一常数，并维持一定的时间后，岩石将产生随时间而增大的一部分应变，此时的应变速率将随时间的增长逐渐减小，曲线呈下凹型，并向直线状态过渡。
在此阶段，若卸去外荷载则岩石的瞬时弹性应变先恢复，如图中的PQ段。
之后，随着时间的增加，其剩余应变亦能逐渐地恢复，如图中的QR段。
QR段曲线的存在，说明岩石具有随时间的增长应变逐渐恢复的特性，这一特性被称作为弹性后效。
2）BC阶段，被称作为稳定蠕变阶段。
在这一阶段最明显的特点是应变与时间的关系近似地呈直线变化，应变速率为一常数。
若在这一阶段，也将外荷载卸去，则同样会出现与第一阶段卸载时一样的特性，弹性后效仍然存在，但是这时的应变已无法全部恢复，存在着部分不能恢复的永久变形。
第二阶段的曲线斜率与作用的外荷载的大小和介质的粘滞系数有关。
3）C点以后阶段，为加速蠕变。
当应变达到C点后，岩石将进入非稳态蠕变阶段。
这时岩石的应变速率剧烈增加，整个曲线呈上凹型，经过短暂的时间后试件将发生破坏。
C点往往被称作为蠕变极限应力，其意义类似于屈服应力。
【例题17】下列不属于岩石的流变特性的是（ ）。
A.岩石的蠕变
B.岩石的应力松弛
C.岩石的流动破坏
D.蠕变的破坏
答案：
C
【例题18】根据典型的蠕变曲线（图15-1-26）可知，该曲线不包括的阶段为（ ）。
A.瞬态蠕变阶段
B.稳定蠕变阶段
C.非稳态蠕变阶段
D.流动破坏阶段
答案：
D
【例题19】根据典型的蠕变曲线（图15-1-26），哪一点被称为蠕变极限应力（ ）。
A.A点
B.B点
C.T点
D.C点
答案：
D
2.岩石蠕变的影响因素
岩石蠕变的影响因素除了岩石自身矿物成分不同将造成一定的差异之外，对于试验环境而言，主要表现为以下几个方面：
1）应力水平的影响
图15-1-27例示了不同的应力水平作用下的雪花石膏的蠕变曲线。
由曲线可知，当在稍低的应力作用下，蠕变曲线只存在着前两个阶段，并不产生加速蠕变。
它表明了在这样的应力作用下，试件不会产生破坏，变形最后将趋向于一个稳定值。
相反，在较高应力作用下，试件经过短暂的第二阶段，立即进入非稳态蠕变阶段，并迅速破坏。
而只有在中等应力水平（大约为岩石峰值应力的60％～90％）的作用下，才能产生完整的蠕变曲线。
对于蠕变试验而言，选择试验应施加的应力水平是试验能否取得预期结果的重要条件。
2）温度、湿度
不同的温度将对蠕变的总变形量以及稳定蠕变的曲线斜率产生较大的影响。
有人在相同荷载、不同温度条件下进行了蠕变的对比试验，得出了如下的结论：
第一，在高温条件下，总应变量低于较低温度条件下的应变量；第二，蠕变曲线第二阶段的斜率则是高温条件下要比低温时小得多。
在不同的湿度条件下，同样对蠕变特性产生较大的影响。
通过试验可知，饱和试件的第二阶段蠕变应变速率和总应变量都将大于干燥状态下试件的试验结果。
因此，对于岩石蠕变试验来说，，环境的湿度和温度也是极为主要的。
由于试验时所测得的应变量级都很小，故要求严格控制试验室的温度和湿度，以免由于环境的湿、温度变化引起量测元件自身测量精度的降低进而改孪了岩石的蠕变特性。
【例题20】岩石蠕变的影响因素，对于试验环境而言，下列各项中不包括的是（ ）。
A.岩石自身矿物成分
B.试验水平
C.温度
D.湿度
答案：
A
3.蠕变曲线与应力应变曲线的比较
在上一节所叙述的瞬态变形特性和蠕变特性，虽然代表了两种不同的试验条件下岩石所产生的变形特性。
但是二者最终的应变量有着一定的联系。
图15-l-28所示二者试验结果的比较。
在应力—应变全过程曲线中，蠕变试验的轨迹应该是一条水平线。
如以C点作为施加在试件上的应力水平，则其应力—应变曲线如图的CD所示。
而D点亦可认为在该应力水平下蠕变破坏的最终应变量。
这与应力—应变全过程曲线峰值后在相同应力水平下的应变量大致相同；而图中斜线IH表示了蠕变试验在低应力水平作用下最终应变量的轨迹线。
若以E点的应力水平进行蠕变试验，那么，F点则可近似地看成在这一应力水平作用下，可能产生的最大应变量。
【例题21】岩石的蠕变试验轨迹应为（ ）。
A.一条曲线
B.一条斜线
C.一条竖直线
D.一条水平线
答案：
D
【例题22】按照图15-1-28所示，如果在C点作为施加在试件上的蠕变应力水平，则其应变曲线为（ ）。
A.曲线CA
B.曲线CE
C.直线AB
D.直线CD
答案：
D
（四）岩石介质的力学模型
前几节分析了岩石在外力作用下，主要表现出的弹性、塑性、流变性等变形特性。
为了能够评价、计算岩石的变形特性，需建立反映岩石变形特性的本构方程。
本小节介绍几个物理模型，用来描述岩石不同的基本变形特性。
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