第4章岩石及特殊土的工程.ppt

第4章 岩石及特殊土的工程性质 岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩石力学学科中研究最早、最完善的内容之一。 第一节 基本物理性质 一、岩石的质量指标 （一）密度和比重 1、岩石的密度：单位体积内岩石的质量。 　岩石含：固相、液相、气相。 　　　　　三相比例不同而密度不同。 （3）干密度：岩块中的孔隙水全部蒸发后的单位体积质量（108℃烘24h） 　　　　　　　　　 　　 　　　　　　 第二节 岩石的强度特性 工程师对材料提出两个问题 1 最大承载力——许用应力[ ] ？ 2 最大允许变形－－许用应变[ ]？ 本节讨论[ ]问题 强度：材料受力时抵抗破坏的能力。 一 岩石的单轴抗压强度 3.单向压缩试件的破坏形态 破坏形态有两类： （1）圆锥形破坏 原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），　　在工程中也会出现。 （2）柱状劈裂破坏 张拉破坏（岩石的抗拉强度远小于抗压强度） 是岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应） 消除试件端部约束的方法 润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部） 加长试件 4.影响单轴抗压强度的主要因素 （1）承压板端部的摩擦力及其刚度（加垫块的依据） （2）试件的形状和尺寸 形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工 尺寸：大于矿物颗粒的10倍； φ50的依据 高径比：研究表明；h/d≥(2－3)较合理 （3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高(见图2－5) 我国规定加载速度为0.5 －1.0MPa/s （4）环境 含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的2－3倍。见表2－2 温度度：180℃以下部明显：大于180℃，湿度越高强度越小。 二 岩石的抗拉强度 1. 定义：岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时的单位面积上所受的拉力。 由于试件不易加工，除研究直接的拉伸的夹具外，研究了大量的间接试验方法。 2. 直接拉伸法 抗拉强度 3. 间接方法 　　　　 （2）劈裂法（巴西法），对称径向压裂法 由巴西人Hondros提出 （3）点荷载试验法 三 岩石的抗剪强度 1. 定义 指一定的应力条件下（主要指压应力），所能抵抗的 最大剪应力常用 表示 2. 类型： 3. 室内试验（抗切断试验） ①试验 楔形剪切仪，加载装置 ②计算公式 剪切破坏面上的正应力σ和剪应力τ为： 岩石的抗剪断σ－τ曲线（强度曲线） 改变夹具倾角α；α在30度到70度之间 做一组（大于5次）不同α的试验，记录所得的σ ，τ值；由该组值作曲线近似直线得方程 岩石在三向压缩应力作用下的强度 1. 定义 指在不同三向压缩应力作用下岩石抵抗外荷载的最大应力 3.三轴压缩试验的破坏类型 4.岩石三向压缩强度的影响因素 （1）侧压力的影响 围压越大，轴向压力越大 （2）加载途径对岩石三向压缩强度影响（图2-13） A、B、C三条虚线是三个不同的加载途径，加载途径对岩的最终三向压缩强度影响不大。 （3）孔隙水压力对岩石三向压缩强度的影响 孔隙水压力使有效应力（围压）减小 强度降低 第三节 风化作用 一、基本概念 风化作用是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物在原地与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而形成松散堆积物的全过程 。 岩石的这种物理、化学性质的变化称为风化； 引起岩石这种变化的作用称为风化作用； 被风化的岩石圈表层称为风化壳。 在风化壳中，岩石经过风化作用后，形成松散的岩屑和土层，残留在原地的堆积物称为残积土；尚保留原岩结构和构造的风化岩石称为风化岩。 二、 风化作用的类型 1、物理风化 系指地表岩石因温度变化和孔隙中水的冻融以及盐类的结晶而产生的机械崩解过程。它使岩石从比较完整固结的状态变为松散破碎状态，使岩石的