01第一章岩石性质与工程分级1论述.ppt

第一章 岩石的性质及工程分级 岩体（Rock Mass） ：指岩石工程周围较大范围内的自然地质体 岩体= 岩块（岩石材料） + 弱面（层理、节理、断层） 第一节 岩块、岩体和岩石 1. 岩块、岩体和岩石 岩块（Rock）：从地壳岩层中切取出来的小块体，通常是指岩石材料（Rock Materials）。 岩石：不分岩块与岩体时的泛称。 Rock mass = Rock material + Rock discontinuities 岩块（Rock）性质： 强度：抗压强度、抗拉强度、剪切强度等； 变形：弹性模量、泊松比； 矿物：矿物成分、颗粒大小、结构等； 物理性质：密度、水理性、孔隙性等。 弱面(Discontinuities)性质 弱面包括层理、节理、断层等。 性质包括：剪切强度、方位、距离、硬度、张开度、充填性、风化性、粗糙性等 岩石材料的性质对岩体性质影响很小，而弱面控制着岩体的性质 例如：岩体压缩时，破坏是沿着已存在的弱面发生的； 在拉伸时，由于弱面的存在，强度很小。 2. 岩体和一般建筑材料的比较 常用建筑材料的特性 连续的 Continuous 均质的 Homogeneous 各向同性的 Isotropic 线弹性的 Lineraly Elastic C.H.I.L.E. 岩体的特性(具有尺度效应) 不连续的 Discontinuous 非均质的 Inhomogeneous 各向异性的 Anisotropic 非线弹性的 Non-Lineraly Elastic D.I.A.N.E. 第二节 岩石物理性质 一. 岩石的比重与密度 1. 相对密度（比重）： 2. 密度（容重）（kN/m3）： 一般地，岩石容重越大，其力学性质越好。 G--干燥岩石质量， VC -----实体岩石体积 ρWV 水的密度 ρC岩石干密度， ρ岩石湿密度， G1岩石试件质量， V岩石试件体积 二. 岩石的孔隙性-----密度与强度降低，风化速度加快 1. 孔隙度（率）n 2. 孔隙比e 影响强度及风化速度 1. 吸水率 2. 透水性 (Darcy定律) qx－沿x方向的流量； h－水头的高度； A－垂直于x方向的截面面积； k－渗透系数。（ 水库、地热、储存等） 三. 岩石的水理性质-----孔隙量、大小、开闭及分布 尺度、浸水时间 地下水水头、应力场 3. 软化性 Rcw－水饱和岩石的单向抗压强度； Rc－干燥岩石的单向抗压强度； 4. 膨胀性和崩解性 强度越大，软化系数越大 膨胀压力 治水 四. 岩石的碎胀性-----选用装载、运输、提升等设备 岩石名称 砂、砾岩 砂质粘土 中硬岩石 坚硬岩石 煤 碎胀系数 k 1.05~1.2 1.2~1.25 1.3~1.5 1.5~2.5 1.2 坚硬程度、块度大小、堆积排列情况 第三节 岩石力学性质 Strength, Deformation and Failure of Rock Material 试验所需的试件应该加工成标准的圆柱形，其高与直径之比应该介于2.0~3.0之间，试件的直径最好不要超过50mm。试件的直径应该至少是岩石最大颗粒直径的20倍。 1. 岩石的单轴压缩全应力—应变曲线 单轴压缩试验设备 静载岩石的变形特征 （1）O-A段Ⅰ： 裂隙压密闭合阶段， （2）A-B段Ⅱ：线弹性阶段，B点-屈服点 （3）B-C段Ⅲ：破裂发展阶段，C点-极限抗压强度 （4）C-D段Ⅳ、Ⅴ:软化阶段， 为巷道支护作用阶段 弹模值：E=20~50GPa，为软钢弹模（206GPa）的10~24%； 泊松比： ，理想塑性材料 2. 岩石在三轴压缩条件下的力学性质 首先，破坏前岩石的应变随围压增大而增加；另外，随围压增大，岩石的塑性也不断增大，且由脆性逐渐转化为延性。围压增加时，试件承载力则随围压稳定增长，出现所谓应变硬化现象。 围压是影响岩石力学属性