地质工程学讲义第三讲.ppt

第三讲 岩土体工程性质 3.1 岩体工程性质 3.1.1 岩石的物理性质 （1）岩石的密度 单位体积内岩石的质量，即： ① 岩石颗粒密度：单位体积内岩石固体部分的质量 （不含孔隙中的气体和水）。 ② 岩块密度：单位体积岩块的质量。 ③ 按岩石的含水状况分为： 干密度； 湿密度 （2）岩石的空隙性 岩石中的空隙与大气相——为开空隙 岩石中的空隙与大气不相同——为闭空隙 空隙率：岩石中空隙的体积与岩石总体积之比,即： （3）岩石的吸水性 岩石吸水的能力称为吸水性，用吸水率来表示 ① 常温常压下岩石的吸水率 ② 岩石饱和吸水率 （高压15MPa或真空条件） ③ 岩石的饱水系数 岩石吸水率与饱和吸水率之比： （4）岩石的软化性 岩石浸水饱和后强度降低的性质 岩石软化系数：岩石饱和后抗压强度与干抗压强度 之比， KR愈小→表示岩石软化性愈强 KR 0.75时为强软化岩石 KR 0.75时为弱软化岩石 （5）岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的能力，用抗冻系数表示 岩石抗冻系数：岩石在－20°～20 ℃条件下反复冻融25 次后的干抗压强度与岩石冻融前的干抗压强度之比， 3.1.2 岩石的力学性质 岩石在外力作用下所表现的性质，称为岩石的力学性质 3.1.2.1 岩石的变形性质 1. 单向受压条件下岩石的应力— 应变曲线特征，在连续加载条件 下，岩石应变分为： 轴向应变（εa） 横向应变（εd） 体积应变（εv） 岩石变形的阶段性 （1）微裂隙压密阶段 （2）弹性变形阶段 σ —εa近似直线 （3）裂隙发生稳定发展阶段 σ —εa由直线向曲线发展 （4）非稳定破裂发展阶段（累进性破坏阶段） 本阶段的上限应力σ称为峰值强度 （5）破坏后阶段（峰值后阶段） 这个阶段的下限应力σ称为残余强度 2. 岩石的变形参数 岩石的变形可用变形模量和泊松比等参数来表示 （1）变形模量：在单轴压缩条件下轴向应力σ与轴向 应变εa之比。 当应力—应变为直线关系时，直线的斜率即为岩石的 变形模量（常量），此阶段的变形为弹性变形，所以 称为弹性模量（E） 当应力—应变为曲线时，变形模量为一变量，可分为： 初始模量（Ei） 指曲线原点的切线斜率： 切线模量（Et） 指曲线中部直线段的斜率： 割线模量（Es） 指曲线上某特定点与原点连线的斜率 （通常取σc/2处与原点连线） 当：Ei=Et=Es 表明岩石致密坚硬，裂隙不发育，为弹性体 Ei≠Et ≠ Es 说明岩石裂隙发育，为非弹性体 Ei=Et ≠ Es 说明岩石微裂隙少而岩性较软弱 （2）泊松比（μ） 在单轴压缩条件下，岩石的横向应变（εd）与轴向应变 （εa）之比： 3. 循环荷载条件下的岩石变形特征 （1）如果所加荷载P的应力小于岩石的弹性极限A，则卸荷曲线将基本沿加荷曲线回到原点（图3－4）这时岩石的弹性模量Ee与变形模量相同： 4. 三轴压缩条件下的岩石变形性质 自然界中的岩石受到荷载以后一 般处于三向应力状态，用σ1、 σ2、σ3三个主应力表示，采用 三轴试验研究： （1）真三轴试验 σ1σ2σ30 （2）常规三轴试验 σ1σ2＝σ30 图3－7表示： ① 岩石破坏前的变形随围压的增 加而增加； ② 随着围压的增加，岩石由脆性向塑性转化，出现延性流动状态，由脆性转化为延性的临界围压称为转化围压 ③ 围压继续增加，使岩石屈服后的应力随应变的增加而稳定增长，这种现象称为岩石硬化现象 ④ 随着围压增加岩石的变形模量和泊松比都有所提高，有 围压作用下的岩石变形模量为： 5.岩石的蠕变性质 岩石流变——在外部条件不变的情况下，应力或应变随时 间而变化的现象，它包括蠕变和松弛两种现象。 岩石蠕变—岩石在恒定荷载作用 下，变形随时间的增长而增长的性质。 岩石的蠕变过程可分为3个阶段： （1）初始蠕变阶段（图3－8A－B段） （2）等速蠕变阶段（图3－8B－C段） （3）加速蠕变阶段（图3－8C－D段） 蠕变极限—使岩石仅产生蠕变而 不发生破坏的最大应力。 长期强度—岩石发生蠕变破坏前