工程地質(zhì)學(xué)課件 4-巖石的物理和力學(xué)性質(zhì)

巖石的物理性質(zhì)一.密度和重度：密度：單位體積的質(zhì)量（）（g/cm3）

重度：單位體積的重量（）（N/cm3）

VnMwVMVsMsVn二.顆粒密度和比重顆粒密度：單位體積固位顆粒的質(zhì)量（）

比重：單位體積固體顆粒的重力與4℃時同體積水的重力之比（ds）三.孔隙度和孔隙比：孔隙度：孔隙體積與巖石總體積之比（n）孔隙比：孔隙體積與巖石中固體顆粒體積之比（e）

巖石的水理性質(zhì)

一.吸水性：指巖石吸收水的性能。其吸水程度用吸水率表示。吸水率：（常壓條件下）吸入水量與干燥巖石質(zhì)量之比。

飽水率：（150個大氣壓下或真空）吸入水量與干燥巖石質(zhì)量之比。飽水系數(shù)：巖石吸水率與飽水率之比。二.透水性：指巖石能透過水的能力。用滲透系數(shù)K表示。（m/s）達(dá)西層流定律：滲透系數(shù)：三.軟化性：指巖石浸水后強(qiáng)度降低的性質(zhì)。用軟化系數(shù)

KR表示。軟化系數(shù)：一般軟化系數(shù)的巖石具軟化性。H1H2dhdL地下水位四.抗凍性：指巖石抵抗凍融破壞的能力。強(qiáng)度損失率：

重量損失率：

KW＞0.7

不抗凍的巖石GL＞2％

RL＞25％五.可溶性：指巖石被水溶解的性能。六.膨脹性：指巖石吸水后體積增大的性能。七.崩解性：巖石（干燥）泡水后，因內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞而崩解的性能。

巖石的力學(xué)性質(zhì)一.變形：巖石受力后發(fā)生形狀改變的現(xiàn)象。主要變形模量和泊松比表示。

1.變形2.泊松比：指橫向應(yīng)變比縱向應(yīng)變εσEDCBAεt1εt2εtεsεσ50σo22ΔhΔdPPhd二.強(qiáng)度：指巖石受力破壞時承受的最大應(yīng)力。

1.抗壓強(qiáng)度：（烘干、垂直結(jié)構(gòu)面受壓、單軸）試樣尺寸：

2.抗拉強(qiáng)度：（一般用劈裂法）

PPd——試樣截面直徑h——試樣軸向長度3.抗剪強(qiáng)度：PP4.點(diǎn)荷載強(qiáng)度：τ=σtgφ+cτcφσoPPD影響巖石工程性質(zhì)的因素巖石的地質(zhì)特征（1）礦物成分:輝石、角閃石、石英、方解石等（2）巖石的結(jié)構(gòu)特征：（3）巖石的構(gòu)造特征：片狀、板狀、片麻等巖石所受外部因素的影響（1）水的作用：削弱礦物之間的聯(lián)結(jié)（2）風(fēng)化的作用：破壞巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和整體性結(jié)晶聯(lián)結(jié)膠結(jié)物聯(lián)結(jié)基底膠結(jié)孔隙膠結(jié)接觸膠結(jié)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)基本概念及研究意義巖體：通常指地質(zhì)體中與工程建設(shè)有關(guān)的那一部分巖石，它處于一定的地質(zhì)環(huán)境、被各種結(jié)構(gòu)面所分割。是一種或多種巖石中的結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體的總體。結(jié)構(gòu)面：是指巖體中具有一定方向、力學(xué)強(qiáng)度相對較低、兩向延伸（或具有一定厚度）的地質(zhì)界面（或帶）。如巖層層面、軟弱夾層、各種成因的斷裂、裂隙等。由于這種界面中斷了巖體的連續(xù)性，故又稱不連續(xù)面。結(jié)構(gòu)體：結(jié)構(gòu)面在空間的分布和組合可將巖體切割成形狀、大小不同的塊體，稱結(jié)構(gòu)體。研究巖體結(jié)構(gòu)特征的意義⑴巖體中的結(jié)構(gòu)面是巖體力學(xué)強(qiáng)度相對薄弱的部位，它導(dǎo)致巖體力學(xué)性能的不連續(xù)性、不均一性和各向異性。⑵巖體的結(jié)構(gòu)特征對巖體在一定荷載條件下的變形破壞方式和強(qiáng)度特征起著重要的控制作用。⑶靠近地表的巖體，其結(jié)構(gòu)特征在很大程度上確定了外營力對巖體的改造進(jìn)程?！芯拷Y(jié)構(gòu)面最關(guān)鍵的是研究各類結(jié)構(gòu)面的分布規(guī)律、發(fā)育密度、表面特征、連續(xù)特征以及它們的空間組合形式等。巖體結(jié)構(gòu)特征及主要類型結(jié)構(gòu)面的主要類型及特征結(jié)構(gòu)面的成因分類：原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面及次生結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面：層理，層面，軟弱夾層，不整合面，假整合面，古沖刷面等。火成結(jié)構(gòu)面：侵入體與圍巖接觸面，巖脈、巖墻接觸面，噴出巖的流線、流面，冷凝節(jié)理變質(zhì)結(jié)構(gòu)面：片理，片麻理，板劈理，片巖軟弱夾層。原生結(jié)構(gòu)面構(gòu)節(jié)理（X型節(jié)理，張節(jié)理）造結(jié)斷層（正斷層，逆斷層，走滑斷層）構(gòu)面層間錯動帶，羽狀裂隙，破劈理。淺部卸荷斷裂結(jié)構(gòu)重力擴(kuò)展變形破裂面

表卸荷裂隙部風(fēng)化裂隙結(jié)風(fēng)化夾層構(gòu)泥化夾層面次生夾泥次生結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面的特征類型主要特征力學(xué)性質(zhì)代表性結(jié)構(gòu)面A.貫通性宏觀結(jié)構(gòu)面連續(xù)性好，延伸方向確定，通常具一定厚度與方向破壞巖體的連續(xù)性，構(gòu)成巖體力學(xué)性質(zhì)作用邊界，控制巖體變形破壞方向，穩(wěn)定性計算的邊界層面，軟弱夾層，斷層面或斷層破碎帶B.顯現(xiàn)結(jié)構(gòu)面硬性結(jié)構(gòu)面，隨機(jī)斷續(xù)分布，延伸長度米級-數(shù)十米，具有統(tǒng)計優(yōu)勢方位破壞巖體的完整性，使巖體力學(xué)性質(zhì)具各向異性特征，影響巖體變形破壞方式各類原生和構(gòu)造裂隙，表生破裂結(jié)構(gòu)面C.隱微結(jié)構(gòu)面短小閉合，長度從毫米級至厘米級，隨機(jī)分布可有統(tǒng)計優(yōu)勢方位影響巖塊的強(qiáng)度和變形破壞特征巖石的隱微裂隙（1）結(jié)構(gòu)面規(guī)模等級劃分：按其對巖體力學(xué)行為所起控制作用，可劃分為三個等級，即貫通性宏觀軟弱面（A類）；顯現(xiàn)結(jié)構(gòu)面（B類）；和隱微結(jié)構(gòu)面（C類）。

（2）結(jié)構(gòu)面的形態(tài)：平直的：層理、片理、劈理波狀起伏的：波痕的層面、揉曲解理鋸齒狀的：不規(guī)則的：（3）結(jié)構(gòu)面的密集程度：線密度（條/m）、結(jié)構(gòu)面的間距

K=n/LK=1/M1+1/M2（4）結(jié)構(gòu)面的連通性（連續(xù)性、延展性）（5）結(jié)構(gòu)面的張開度閉合：＜0.2mm；微張：0.2—1.0mm；張開：1.0—5.0mm；寬張：＞5.0mm；結(jié)構(gòu)體的類型結(jié)構(gòu)體的形狀：取決于結(jié)構(gòu)面的組數(shù)以及產(chǎn)狀。結(jié)構(gòu)體的大小：取決于結(jié)構(gòu)面組數(shù)以及各組間距。結(jié)構(gòu)體的大小可以采用體積裂隙數(shù)Jv來表示，其定義是：巖體單位體積通過的總裂隙數(shù)（n/m3），表達(dá)式為：Si——巖體內(nèi)第i組結(jié)構(gòu)面的距離1/Si——該組結(jié)構(gòu)面的裂隙數(shù)巖體的結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)特征可將巖體劃分為塊體狀（或整體狀）結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎塊狀結(jié)構(gòu)和散體狀結(jié)構(gòu)等類型。塊體狀結(jié)構(gòu)：代表巖性均一，無軟弱面的巖體，含有的原生結(jié)構(gòu)面具有較強(qiáng)的結(jié)合力，間距大于1m。通常出現(xiàn)在厚層的碳酸鹽巖、碎屑巖；花崗巖、閃長巖；原生節(jié)理不太發(fā)育的流紋巖、安山巖、玄武巖、凝灰角礫巖中等。塊體結(jié)構(gòu)：代表巖性較均一，含有2-3組較發(fā)育的軟弱結(jié)構(gòu)面的巖體，結(jié)構(gòu)面間距1～0.5m。成巖裂隙較發(fā)育的厚層砂巖或泥巖，槽狀沖刷面發(fā)育的河流相砂巖體等沉積巖，原生節(jié)理發(fā)育的火山巖體等。

層狀結(jié)構(gòu)：代表一組連續(xù)性好，抗剪性能顯著較低的軟弱面的巖體，一般巖性不均一?？蛇M(jìn)一步分為層狀（軟