巖石物理性質(zhì)講義內(nèi)容豐富

本次課的課程提綱一、巖石的組構(gòu)特征二、巖石中的結(jié)構(gòu)面（軟弱面）三、巖石的四個(gè)性質(zhì)四、巖石的物理五、巖石的水理性能1巖石的物質(zhì)組成粘土礦物硅酸鹽類礦物碳酸鹽類礦物氧化物類礦物組成巖石的礦物組成巖石的礦物成分及其相對(duì)含量在一定程度上決定著巖石的力學(xué)性質(zhì)二、巖石的組構(gòu)特征物質(zhì)組成對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響一般硅酸鹽礦物有石英、長(zhǎng)石、角閃石、輝石、橄欖石（粒狀）及云母和粘土礦物（片狀）等含硬度大的粒狀礦物愈多，巖石強(qiáng)度高－花崗巖、閃長(zhǎng)巖、玄武巖含硬度小的片狀礦物愈多，巖石強(qiáng)度愈低－粘土巖、泥巖碳酸鹽類礦物主要包括石灰?guī)r和白云巖類，巖石的物理力學(xué)性質(zhì)取決于巖石中的CaCO3及酸不溶物的含量CaCO3含量愈高，如純灰?guī)r、白云巖強(qiáng)度高泥質(zhì)含量高的，如泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r等力學(xué)性質(zhì)差物質(zhì)組成對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響碎屑巖的力學(xué)性質(zhì)與膠結(jié)物成分的關(guān)系：強(qiáng)度上：硅質(zhì)>鐵質(zhì)>鈣質(zhì)>泥質(zhì)物質(zhì)組成對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響泥頁(yè)巖的粘土礦物組成蒙脫石伊利石綠泥石高嶺石伊蒙混層粘土礦物力學(xué)性質(zhì)

蒙脫石含量高→軟，易變形，易水化伊利石含量高→硬脆，不易變形，不易水化2巖石的結(jié)構(gòu)巖石的結(jié)構(gòu)：巖石內(nèi)礦物顆粒的大小、形狀、排列方式及微結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況與粒間連結(jié)方式等反映在巖塊構(gòu)成上的特征。其中，粒間連結(jié)分結(jié)晶連結(jié)與膠結(jié)連結(jié)二、巖石的組構(gòu)特征顆粒形狀強(qiáng)度：粒狀、柱狀>片狀>鱗狀顆粒大小強(qiáng)度：粗粒<細(xì)粒排列形式強(qiáng)度：等粒>不等粒2巖石的結(jié)構(gòu)微結(jié)構(gòu)面：指存在于礦物顆粒內(nèi)部或礦物顆粒間的軟弱面或缺陷，包括礦物解理、晶格缺陷、粒間空隙、微裂隙、微層理及片理面、片麻理面等①降低巖石強(qiáng)度②導(dǎo)致巖石力學(xué)性質(zhì)各向異性二、巖石的組構(gòu)特征2巖石的結(jié)構(gòu)結(jié)晶連結(jié)：礦物顆粒通過結(jié)晶相互嵌合在一起，它是通過共用原子或離子使不同晶粒緊密接觸－巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖中的碳酸巖膠結(jié)連結(jié)：礦物顆粒通過膠結(jié)物連結(jié)在一起－碎屑巖二、巖石的組構(gòu)特征二、巖石的組構(gòu)特征基底型：彼此不發(fā)生接觸的礦物顆粒埋在玻璃體重，這種情況下膠結(jié)程度很高，巖石強(qiáng)度與膠結(jié)物有關(guān)接觸型：僅僅在顆粒的接觸點(diǎn)存在膠結(jié)物，這種膠結(jié)程度低，巖石強(qiáng)度也不大間隙型：礦物顆粒彼此直接接觸，而顆粒的孔隙被膠結(jié)物充填溶蝕型：膠結(jié)物不僅充填在礦物顆粒之間，而且進(jìn)入到礦物顆粒本身中，膠結(jié)強(qiáng)度很高。巖石的主要膠結(jié)類型：A）基底型B）間隙型C）接觸型D）溶蝕型3巖石的構(gòu)造巖石的構(gòu)造：巖石的構(gòu)造是指巖石組成成分在空間上相互排列及所占的位置。巖漿巖的構(gòu)造：塊狀構(gòu)造、流紋狀構(gòu)造、氣孔狀構(gòu)造、杏仁狀構(gòu)造沉積巖的構(gòu)造：層理構(gòu)造變質(zhì)巖的構(gòu)造：片理構(gòu)造二、巖石的組構(gòu)特征三、巖石中的結(jié)構(gòu)面（軟弱面）結(jié)構(gòu)面就是巖石內(nèi)具有一定方向性、延展性較大、厚度較小的兩維面狀地質(zhì)界面，包括物質(zhì)的異面和不連續(xù)面（如層理、斷裂面等）結(jié)構(gòu)面的成因類型結(jié)構(gòu)面的規(guī)模與分級(jí)結(jié)構(gòu)面特征及其對(duì)巖石性質(zhì)的影響一）結(jié)構(gòu)面的成因類型地質(zhì)成因類型原生結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面次生結(jié)構(gòu)面力學(xué)成因類型張性結(jié)構(gòu)面剪性結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)成因類型原生結(jié)構(gòu)面：在巖石形成過程中形成的軟弱面巖漿巖的流動(dòng)構(gòu)造面、冷縮形成的原生裂隙面、侵入體與圍巖的接觸面；沉積巖體內(nèi)的層理面、不整合面；變質(zhì)巖體內(nèi)的片理面，以及片麻構(gòu)造面等。在原生結(jié)構(gòu)面中，除了原生裂隙，以及由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和風(fēng)化作用的影響，已經(jīng)脫開的軟弱面外，多具有一定的連結(jié)力和較高的強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)成因類型構(gòu)造結(jié)構(gòu)面：巖石形成后的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的各種破裂面斷裂面、層間錯(cuò)動(dòng)面構(gòu)造作用形成的軟弱夾層，以及構(gòu)造裂隙面等這類軟弱面除了已經(jīng)膠合者以外，絕大部分都是脫開的規(guī)模較大的，多充填有厚度不等、類型和連續(xù)程度不同的充填物，其中大部分已泥化，或者已變成了軟弱夾層就一般情況而言，除了部分構(gòu)造裂隙以外，大部分構(gòu)造軟弱面的特性都很壞，強(qiáng)度多接近于巖體的剩余強(qiáng)度，往往導(dǎo)致復(fù)雜。結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)成因類型次生結(jié)構(gòu)面：巖體在外力作用下產(chǎn)生的軟弱面如風(fēng)化裂隙面、卸荷裂隙面等。風(fēng)化裂隙面發(fā)育深度不大，方向紊亂，連續(xù)性很低。但可降低巖體的強(qiáng)度和變形模量。卸荷裂隙是由于卸荷作用引起巖體在垂直于卸荷自由面方向發(fā)生伸長(zhǎng)而形成。卸荷裂隙面基本上平行于巖體卸荷自由面。一般來說，次生結(jié)構(gòu)面主要影響地面附近巖體的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)面的力學(xué)成因類型這里所說的結(jié)構(gòu)面是指巖體中的破裂面而言所謂軟弱面的力學(xué)成因類型，是指按照形成破裂面的破壞應(yīng)力的不同，所劃分的破裂面的類型。根據(jù)野外觀察到的事實(shí)、大量巖體力學(xué)試驗(yàn)的結(jié)果以及莫爾庫(kù)倫破壞理論的分析，認(rèn)為巖體的破壞只有剪切破壞和拉斷破壞兩種類型。破裂面的力學(xué)成因，應(yīng)劃分為剪性和張性兩大類別。結(jié)構(gòu)面的力學(xué)成因類型張性破裂面：是由張力形成的，在破壞過程中，破壞面兩側(cè)巖體僅沿破裂面法向發(fā)生分離位移。張性破裂面，一般張開度大，連續(xù)性差，形態(tài)多不規(guī)則，多呈折線或鋸鑿狀。斷面凹凸不平，粗糙度大，破碎帶寬度變化大，且易被巖脈、礦脈充填，有時(shí)并有巖漿沿之入侵。張性破裂面常常具有含水豐富，導(dǎo)水性強(qiáng)以及剪切強(qiáng)度高等特征結(jié)構(gòu)三面的三力學(xué)三成因三類型剪性三破裂三面：是由三剪應(yīng)三力而三形成三的，三破裂三面兩三側(cè)巖三體沿三破裂三面切三線方三向發(fā)三生有三不同三程度三的滑三錯(cuò)位三移。三具有三擦痕三、共三軛性三、規(guī)三律的三位移三方向三以及三斷面三比較三光滑三，是三剪性三破裂三面共三有的三特征三，也三是鑒三定剪三性破三裂面三的主三要依三據(jù)。正斷三層——上盤三相對(duì)三下盤三向下三滑動(dòng)三的斷三層上盤三下降下盤三上升三）三結(jié)構(gòu)三面特三征及三其對(duì)三巖體三性質(zhì)三的影三響產(chǎn)狀連續(xù)三性密度張開三度形態(tài)充填三膠結(jié)三情況組合三關(guān)系軟弱三面的三影響巖石三軟弱三面對(duì)三巖體三物理三力學(xué)三特性三如巖三體強(qiáng)三度、三變形三性、三滲透三性，三力學(xué)三上的三連續(xù)三性及三巖體三應(yīng)力三分布三等都三有顯三著影三響。三因此三，在三很多三情況三下，三軟弱三面是三巖體三力學(xué)三問題三的一三個(gè)主三要控三制因三素。三從本三質(zhì)上三說，三軟弱三面使三巖體三變得三更加三軟弱三，更三易于三變形三而且三表現(xiàn)三為高三度的三各向三異性三。三、三巖石三的不三連續(xù)三性、三非均三勻性三、各三向異三性和三滲透三性巖石三的不三連續(xù)三性巖石三中普三遍存三在的三結(jié)構(gòu)三面，三無論三是物三質(zhì)分三異面三還是三物質(zhì)三不連三續(xù)面三，都三會(huì)使三結(jié)構(gòu)三面兩三側(cè)附三近的三巖石三物理三力學(xué)三性質(zhì)三呈現(xiàn)三不連三續(xù)變?nèi)?。?duì)于三裂隙三性巖三石，三通常三采用三裂縫三率作三為定三量評(píng)三價(jià)巖三石被三裂隙三切割三后破三碎程三度的三指標(biāo)。巖石三的不三連續(xù)三性a、三單向三裂隙三(或三裂隙三頻率三)單向三裂隙三指一三組結(jié)三構(gòu)面三的法三線方三向上三每單三位長(zhǎng)三度(m三)內(nèi)，三法線三與結(jié)三構(gòu)面三的交三割數(shù)三目，三以Kd三(1三/m三)表示三。即三單向三裂隙三率的三倒數(shù)三為成三組結(jié)三構(gòu)面三之間三的平三均間三距，三以d表示三：式中三：Kd--單向三裂隙三（1/三m）d三--結(jié)構(gòu)三面間三平均三間距(m三)巖石三的不三連續(xù)三性式中三：li三-三-第i條裂三隙面三長(zhǎng)度(m三)；ti三-三-第i條裂三隙面三的寬三度(m三)；A三--被測(cè)三量的三巖石三總面三積（m）b、平三面裂三隙率平面三裂隙三率KA是指三巖石三單位三面積三上諸三裂隙三所占三有的三面積三總和三，亦三即巖石三的不三均勻三性不均三勻性是指三天然三巖體三的物三理、三力學(xué)三性質(zhì)三隨空三間位三置不三同而三異的三特性三。分三析現(xiàn)三場(chǎng)巖三體試三驗(yàn)資三料時(shí)三可采三用綜三合性三的統(tǒng)三計(jì)特三征--偏差三系數(shù)V(三%)來估三算巖三體的三不均三勻性三，即三：式中三：--各觀三測(cè)值xi的算三術(shù)平三均值三。σ-三-標(biāo)準(zhǔn)三差估三計(jì)值三。式中三：N三--試驗(yàn)三觀測(cè)三點(diǎn)(次)數(shù)。巖石三的各三向異三性巖石三各向三異性三是指三天然三巖體三的物三理力三學(xué)性三質(zhì)隨三空間三方位三不同三而異三的特三性，三具體三表現(xiàn)三在它三的強(qiáng)三度及三變形三特性三等各三方面三。在天三然巖三體條三件下三，使三巖體三具有三各向三異性三的基三本原三因是三由于三巖石三內(nèi)普三遍存三在著三層理三、片三理、三夾層三和定三向裂三隙（三斷層三）系三統(tǒng)所三致。三目前三在實(shí)三際工三程中三對(duì)于三成層三巖體三往往三考慮三其平三行于三層理三和垂三直于三層理三方向三的差三異性三。然三而對(duì)三于不三具有三層理三的巖三體，三則把三它視三為各三自同三性體三。巖石三的滲三透性有壓三水可三以透三過巖三石的三孔隙三、裂三隙而三流動(dòng)三，巖三石能三透過三水的三能力三稱為三巖石三的滲三透性三。不三同巖三石或三裂隙三性不三同的三巖石三的滲三透性三不同三，滲三透性三的大三小用三滲透三系數(shù)K表示。巖石三的滲三透系三數(shù)不三僅與三水的三物理三性質(zhì)三有關(guān)三，也三與巖三石的三應(yīng)力三狀態(tài)三有關(guān)三。巖石軸向三滲透性試驗(yàn)原理巖石三滲透三儀(軸向三滲透)1-注水三管路三；2-圍壓三室；3-巖樣三；4-放水三閥巖石三軸向三滲透三性試三驗(yàn)原三理假定三巖體三滲流三符合三達(dá)西三定律三，則三滲透三系數(shù)三可計(jì)三算如三下式中K－巖三石滲三透系三數(shù)(m三/s三)；Q－單三位時(shí)三間里三透過三試樣三的水三量(m三^3三)；L－試三樣長(zhǎng)三度(m三)；A－試三樣截三面積(m三^2三)；P－試三樣兩三端的三水壓三力差(K三Pa三)；γw－水三的容三重(K三N/三m^三3）巖石三徑向三滲透三性試三驗(yàn)原三理徑向三滲透三試驗(yàn)三時(shí)，三其滲三透系三數(shù)計(jì)三算式中P－試三樣外三壁上三的水三壓力(K三Pa三)；L－試三驗(yàn)段(小孔)長(zhǎng)度(m三)；R1－試三件內(nèi)三半徑(m三)；R2－試三件外三半徑(m三)；π－圓三周率三。四、三巖石三的物三理性三質(zhì)巖石三和土三一樣三，也三是由三固體三、液三體和三氣體三相三組成的。物理三性質(zhì)三是指三巖石三由于三相組成三的相對(duì)三比例三關(guān)系三不同所表三現(xiàn)的物理三狀態(tài)。1、巖石三的密三度2、巖三石的三孔隙三性（一三）、三巖石三的密三度1、顆粒三密度(ρs)：巖三石固三體部三分的三質(zhì)量三與其三體積三的比三值。三它不三包含三孔隙三在內(nèi)三，因三此其三大小三僅取三決于三組成三巖石三的礦三物密三度及三其含三量：ρs=三ms/Vsρs—為巖三石的三顆粒三密度ms—為巖三石固三體部三分的三質(zhì)量Vs—為巖三石固三體部三分的三體積（一三）、三巖石三的密三度2、塊三體密三度（三或巖三石密三度）三是指三巖石三單位三體積三內(nèi)的三質(zhì)量三，按三巖石三的含三水狀三態(tài)，三又有三干密三度（ρd）、三飽和三密度三（ρsa三t）和三天然三密度三（ρ）之三分，三在未三指明三含水三狀態(tài)三時(shí)一三般指三巖石三的天三然密三度。ρd=ms/V三ρsa三t=msa三t/V三ρ=三m/三V常見三巖石三的密三度巖石名稱密度(g／cm3)巖石名稱密度(g／cm3)花崗巖2.52～2.81石灰?guī)r2.37～2.75閃長(zhǎng)巖2.67～2.96白云巖2.75～2.80輝長(zhǎng)巖2.85～3.12片麻巖2.59～3.06輝綠巖2.80～3.11片巖2.70～2.90砂巖2.17～2.70大理巖2.75左右頁(yè)巖2.06～2.66板巖2.72～2.84巖石三的物三理性三質(zhì)孔隙三度：巖石三中孔三隙體三積與三巖石三總體三積之三比(多用三百分三數(shù)表三示)。裂隙三率：巖石三中各三種節(jié)三理、三裂隙三的體三積與三巖石三總體三積之三比稱三裂隙三率?？紫度扰c三裂隙三率含三義相三同，三孔隙三度多三用于三松散三土、三石，三裂隙三率多三用于三結(jié)晶三連接三的堅(jiān)三硬巖三石。一般三巖石三的孔三隙度三在0.三1-0.三35之間巖石三的物三理性三質(zhì)孔隙三比：巖石三中孔三隙的三體積三與固三體顆三粒體三積之三比稱三巖石三的孔三隙比(多以三小數(shù)三表示)孔隙三比和三孔隙三度可以三互相三換算三：式中三：e－孔三隙比;三n－孔三隙度密度三是試三驗(yàn)指三標(biāo)，三只有三通過三試驗(yàn)三才能三得到三具體三數(shù)值,而孔三隙度三和孔三隙比三是計(jì)三算指三標(biāo)。五、三巖石三的水三理性三質(zhì)巖石三在水溶三液作用三下表三現(xiàn)出三來的三性質(zhì)三，稱三為水三理性三質(zhì)。三主要三有：1.吸水三性2.軟化三性3.抗凍三性4.透水三性（一三）、三巖石三的吸三水性巖石三在一三定的三試驗(yàn)三條件三下吸收三水分三的能三力，稱三為巖三石的三吸水三性。1.吸水三率(Wa)：巖三石試三件在三大氣三壓力三和室三溫條三件下三自由三吸入三水的三質(zhì)量(mw1)與巖三樣干三質(zhì)量(ms)之比三，用三百分三數(shù)表三示巖石三的飽三和吸三水率(Wp)是指三巖石三試件三在高三壓(一般三壓力三為15三MP三a)或真三空條三件下三吸入三水的三質(zhì)量(mw2)與巖三樣干三質(zhì)量(ms)之比三，用三百分三數(shù)表三示，三即3.飽水三系數(shù)巖石三的吸三水率(Wa)與飽三和吸三水率(Wp)之比三，稱三為飽三水系三數(shù)。三它反三映了三巖石三中大三、小三開空三隙的三相對(duì)三比例三關(guān)系。（2）飽三和吸三水率（二三）、三巖石三的軟三化性巖石三浸水三飽和三后強(qiáng)度三降低的性三質(zhì)，三稱為三軟化三性軟化三系數(shù)(KR)為巖三石試三件的三飽和三抗壓三強(qiáng)度(σcw)與干三抗壓三強(qiáng)度(σc)的比三值巖石三中含三有較三多的親水三性和可溶三性礦物三，大三開空隙較多三，巖三石的三軟化三性較三強(qiáng)，三軟化三系數(shù)三較小三。KR＞0.三75，巖三石的三軟化三性弱三，工三程地三質(zhì)性三質(zhì)較三好KR＜0.三75，巖三石軟三化性三較強(qiáng)三，工三程地三質(zhì)性三質(zhì)較三差（三三）、三巖石三的抗三凍性巖石三抵抗三凍融三破壞三的能三力，三稱為三抗凍三性?？箖鋈禂?shù)(Rd)：巖三石試三件經(jīng)三反復(fù)三凍融三后的三干抗三壓強(qiáng)三度(σc2)與凍三融前三干抗三壓強(qiáng)三度(σc1)之比三，用