巖石力學性質的影響因素課件

水、溫度、風化程度、加載速率、圍壓大小、各向異性等1)水對巖石力學性質的影響

水在巖石中兩種賦存方式：一種結合水或稱束縛水，一種為重力水或稱為自由水。主要作用體現(xiàn)在，連結作用、潤滑作用、水楔作用、孔隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作用。前三種作用是結合水產生的。結合水是由于礦物對水分子的吸附力超過了其重力而被束縛在礦物表面的水。水分子運動主要受礦物表面勢能的控制，在礦物表面形成一層水膜，這種水膜產生前述的三種作用。2.4.2.7影響巖石力學性質的主要因素水、溫度、風化程度、加載速率、圍壓大小、各向異性等2.4.21結合水：產生三種作用：連結作用、潤滑作用、水楔作用。連結作用：將礦物顆粒拉近、接緊，起連結作用。潤滑作用：可溶鹽溶解，膠體水解，使原有的連結變成水膠連結，導致礦物顆粒間連結力減弱，摩擦力降低，水起到潤滑劑的作用。水楔作用：當兩個礦物顆粒靠得很近，有水分子補充到礦物表面時，礦物顆粒利用其表面吸著力將水分子拉到自己周圍，在兩個顆粒接觸處由于吸著力作用使水分子向兩個礦物顆粒之間的縫隙內擠入。1)水對巖石力學性質的影響結合水：產生三種作用：連結作用、潤滑作用、水楔作用。1)水對2當巖石受壓時：如壓應力大于吸著力，水分子就被壓力從接觸點中擠出。反之如壓應力減小至低于吸著力，水分子就又擠入兩顆粒之間，使兩顆粒間距增大。這樣便產生兩種結果：一是巖石體積膨脹，如巖石處于不可變形的條件，便產生膨脹壓力；二是水膠連結代替膠體及可溶鹽連結，產生潤滑作用，巖石強度降低。1)水對巖石力學性質的影響當巖石受壓時：1)水對巖石力學性質的影響3重力水：對巖石力學性質的影響主要表現(xiàn)在孔隙水壓力作用和溶蝕、潛蝕作用。（1）孔隙壓力作用：對于孔隙和微裂隙中含有重力水的巖石，當其突然受載而水來不及排出時，產生孔隙壓力，減小了顆粒之間的壓應力，從而降低了巖石的抗剪強度，甚至使巖石的微裂隙端部處于受拉狀態(tài)，從而破壞巖石的連結。1)水對巖石力學性質的影響重力水：對巖石力學性質的影響主要表現(xiàn)在孔隙水壓力作用和溶蝕、4（2）溶蝕－潛蝕作用：巖石中滲透水在其流動過程中可將巖石中可溶物質溶解帶走，有時將巖石中小顆粒沖走，使巖石強度大為降低，變形加大。在巖體中有酸性或堿性水流時，極易出現(xiàn)溶蝕作用。當水力梯度很大時，對于孔隙度大，連結差的巖石易產生潛蝕作用。（3）除了上述五種作用外，水在凍融時的脹縮作用對巖石力學強度破壞很大。1)水對巖石力學性質的影響（2）溶蝕－潛蝕作用：巖石中滲透水在其流動過程中可將巖石中可5巖漿巖沉積巖變質巖巖石名稱軟化系數(shù)巖石名稱軟化系數(shù)巖石名稱軟化系數(shù)花崗巖0.72－0.97火山集塊巖0.6－0.8片麻巖0.75－0.97閃長巖0.60－0.80火山角礫巖0.57－0.95石英片麻巖0.44－0.84閃長玢巖0.78－0.81安山凝灰集塊巖0.61－0.74角閃片巖0.44－0.84輝綠巖0.33－0.90凝灰?guī)r0.52－0.86云母片巖0.53－0.69流紋巖0.75－0.95礫巖0.50－0.96綠泥石片巖0.53－0.69安山巖0.81－0.91石英砂巖0.65－0.97千枚巖0.67－0.96玄武巖0.30－0.95泥質砂巖，粉砂巖0.21－0.75硅質板巖0.75－0.79泥巖0.40－0.60泥質板巖0.39－0.52頁巖0.24－0.74石英巖0.94－0.96石灰?guī)r0.70－0.94泥灰?guī)r0.44－0.54水對巖石的軟化作用巖漿巖沉積巖變質巖巖石名稱軟化系數(shù)巖石名稱軟化系數(shù)巖石名稱軟6按一般地熱增溫看，每增加100米深度，溫度升高3℃。2)溫度對巖石力學性質的影響平洞

小立井內貯存核廢料罐高硫礦山、自燃礦物溫度高地下深部研究、核廢料處理研究一般來說，隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點降低，強度降低。按一般地熱增溫看，每增加100米深度，溫度升高3℃。2)溫度7

玄武巖花崗巖白云巖

2)溫度對巖石力學性質的影響如圖所示即為三種不同巖石在圍壓為500MPa，溫度由25℃升高到800℃時應力－應變特征。多數(shù)巖石在地表表現(xiàn)為脆性；趨向地下，隨著溫度和圍壓的增加，到一定深度就會從脆性向延性過渡。因此，巖石力學實驗中常把圍壓和溫度一起來考慮。

溫度升高產生延性的原因是由于巖石內部分子的熱運動增強，因此，削弱了它們之間的內聚力，使晶粒面更容易產生滑移。玄武巖8加載速率愈大，彈性模量愈大；加荷速率愈小，彈性模量愈小。加載速率越大，獲得的強度指標值越高。國際巖石力學學會（ISRM）建議：加載速率為0.5~0.8MPa/秒，一般從開始試驗直至試件破壞的時間為5~10分鐘。3)加載速率對巖石力學性質的影響加載速率愈大，彈性模量愈大；3)加載速率對巖石力學性質的影響9由三軸壓縮試驗可知：巖石的脆性和塑性并非巖石固有的性質，它與其受力狀態(tài)有關，隨著受力狀態(tài)的改變，其脆性和塑性是可以相互轉化的。在三軸壓縮條件下，巖石的變形、強度和彈性極限都有顯著增大。例如：歐洲阿爾卑斯山的山嶺隧道穿過很堅硬的花崗巖，由于山勢陡峭，花崗巖處于很高的三維地應力狀態(tài)下，表現(xiàn)出明顯的塑性變形。4)圍壓對巖石力學性質的影響

由三軸壓縮試驗可知：4)圍壓對巖石力學性質的影響10風化作用：是一種表生的自然營力和人類作用的共同產物，是一種很復雜的地質作用，將涉及到氣溫、大氣、水分、生物、原巖的成因、原巖的礦物成分、原巖的結構和構造等諸因素的綜合作用。風化作用降低巖體的物理力學性質：①降低巖體結構面的粗糙程度，產生新的裂隙，破壞巖體的完整性。巖石結構連結被削弱,堅硬巖石變?yōu)榘雸杂矌r石、疏松土。②在化學風化過程中，礦物成分發(fā)生變化，原生礦物經受水解、水化、氧化等作用，逐漸為次生礦物，特別是產生粘土礦物（如蒙脫石、高嶺石等）。③成分結構和構造的變化,導致抗水性降低、親水性增高（如膨脹性、崩解性、軟化性增強）；力學強度降低，壓縮性加大。5)風化對巖石力學性質的影響風化作用：是一種表生的自然營力和人類作用的共同產物，11風化對巖石力學性質的影響可通過對巖石風化程度的評價來進行。風化程度可通過室內巖石物理力學性質指標評定的方法，也可能用聲波及超聲波的方法。1964年以來，水電部成都勘察設計研究院科研所提出用巖石風化程度系數(shù)(Ky)來評定巖石的風化程度。 Ky＝(Kn＋Kr＋Kw)/3 式中：Kn=n1/n2(孔隙率系數(shù))；Kr=r2/r1(強度系數(shù))；Kw=ω1/ω2(吸水率系數(shù))；n1，r1，ω1－新鮮巖石的孔隙率、抗壓強度、吸水率；n2，r2，ω2－風化巖石的孔隙率、抗壓強度、吸水率；風化作用程度的評價方法風化對巖石力學性質的影響可通過對巖石風化程度的評價來進行。風12

Ky≤0.1 劇風化

Ky＝0.1