巖石的主要物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)課件

巖石的主要物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)

巖石的主要物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)1巖石的主要物理性質(zhì)巖石由固體，水，空氣等三相組成。一、密度（ρ）和重度(γ)：?jiǎn)挝惑w積的巖石的質(zhì)量稱為巖石的密度。單位體積的巖石的重力稱為巖石的重度。所謂單位體積就是包括孔隙體積在內(nèi)的體積。（g/cm3），γ＝ρg(kN/m3)巖石的密度可分為天然密度、干密度和飽和密度。相應(yīng)地，巖石的重度可分為天然重度、干重度和飽和重度。巖石的主要物理性質(zhì)巖石由固體，水，空氣等三相組成。21、天然密度（ρ）和天然重度（γ）

指巖石在天然狀態(tài)下的密度和重度。

（g/cm3）(kN/m3)式中：W――天然狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量(g；)V——巖石試件的體積(cm3)；g——重力加速度。

1、天然密度（ρ）和天然重度（γ）（g/cm3）(kN/m3干密度是指巖石孔隙中的液體全部被蒸發(fā)后單位體積巖石的質(zhì)量，相應(yīng)的重度即為干重度。

2、干密度（ρd）和干重度(γd)（g/cm3）(kN/m3)式中：Ws——巖石試件烘干后的質(zhì)量(g)；V——巖石試件的體積(cm3)；g——重力加速度。

干密度是指巖石孔隙中的液體全部被蒸發(fā)后單位體積巖石的質(zhì)量43、飽和密度（ρ

）和飽和重度(γw)飽和密度就是飽水狀態(tài)下巖石試件的密度。式中：WW——飽水狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量(g)；V——巖石試件的體積(cm3)；g——重力加速度。

（g/cm3）(kN/m3)3、飽和密度（ρ）和飽和重度(γw)飽和密度就是飽水狀態(tài)下5二、比重(Δ)巖石的比重就是指巖石固體的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比值。巖石固體體積，就是指不包括孔隙體積在內(nèi)的體積。巖石的比重可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定，其計(jì)算公式為：

式中：Δ——巖石的比重；Ws——干燥巖石的質(zhì)量(g);Vs——巖石固體體積(cm3);ΔW

—

40C時(shí)水的密重。

二、比重(Δ)巖石的比重就是指巖石固體的質(zhì)量與同體積水6三、巖石的孔隙性：反映裂隙發(fā)育程度的指標(biāo)（一）孔隙比VV——孔隙體積（水銀充填法求出）（二）孔隙率V=VC+VV三、巖石的孔隙性：反映裂隙發(fā)育程度的指標(biāo)（一）孔隙比VV——7四、巖石的水理性質(zhì)巖石遇水后會(huì)引起某些物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的改變，巖石的這種性質(zhì)稱為巖石的水理性。1、巖石的吸水性巖石吸收水分的性能稱為巖石的吸水性，其吸水量的大小取決于巖石孔隙體積的大小及其密閉程度。巖石的吸水性指標(biāo)有吸水率、飽水率和飽水系數(shù)。四、巖石的水理性質(zhì)巖石遇水后會(huì)引起某些物理、化學(xué)和力學(xué)8（1）巖石吸水率(ω1)：是指巖石試件在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下吸入水的重量Wω1與巖石干重量Ws之比。巖石的吸水率的大小，取決于巖石所含孔隙、裂隙的數(shù)量、大小、開(kāi)閉程度及其分布情況，并且還與試驗(yàn)條件（整體和碎塊，浸水時(shí)間等）有關(guān)。

（1）巖石吸水率(ω1)：是指巖石試件在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下9（2）巖石的飽水率（ω2）

巖石的飽水率指在高壓（150個(gè)大氣壓）或真空條件下，巖石吸入水的重量Wω2與巖石干重量Ws之比，即：（2）巖石的飽水率（ω2）巖石的飽水率指在高壓（15010（3）巖石的飽水系數(shù)（Ks）巖石吸水率與飽水率之比稱為巖石的飽水系數(shù)，即

飽水系數(shù)反映了巖石中大開(kāi)空隙和小開(kāi)空隙的相對(duì)含量。飽水系數(shù)越大，巖石中的大開(kāi)空隙越多，而小開(kāi)空隙越少。吸水性較大的巖石吸水后往往會(huì)產(chǎn)生膨脹，給井巷支護(hù)造成很大壓力。

（3）巖石的飽水系數(shù)（Ks）巖石吸水率與飽水率之比稱為巖石11

五、巖石的軟化性

巖石的軟化性是指巖石在飽水狀態(tài)下其強(qiáng)度相對(duì)于干燥狀態(tài)下降低的性能，可用軟化系數(shù)η表示。

軟化系數(shù)指巖石試樣在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度σcb與在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度σc之比，即各類巖石的ηc=0.45～0.9之間。ηc>0.75,巖石軟化性弱、抗水、抗風(fēng)化能力強(qiáng)；ηc<0.75，巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)較差。

五、巖石的軟化性巖石的軟化性是指巖石在飽水狀態(tài)下其12六、巖石的抗凍性巖石的抗凍性是指巖石抵抗凍融破壞的性能，是評(píng)價(jià)巖石抗風(fēng)化穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。巖石的抗凍性用抗凍系數(shù)Cf表示，指巖石試樣在±250C的溫度期間內(nèi)，反復(fù)降溫、凍結(jié)、融解、升溫，然后測(cè)量其抗壓強(qiáng)度的下降值（σc-σcf）,以此強(qiáng)度下降值與融凍試驗(yàn)前的抗壓強(qiáng)度σc之比的百分比代表抗凍系數(shù)Cf，即可見(jiàn)：抗凍系數(shù)Cf

越小，巖石抗凍融破壞的能力越強(qiáng)。六、巖石的抗凍性巖石的抗凍性是指巖石抵抗凍融破壞的性能13七、巖石的透水性地下水存在于巖石孔隙、裂隙之中，而且大多數(shù)巖石的孔隙裂隙是連通的，因而在一定的壓力作用下，地下水可以在巖石中滲透。巖石的這種能透水的性能稱為巖石的透水性。巖石的透水性大小不僅與巖石的孔隙度大小有關(guān)，而且還與孔隙大小及其貫通程度有關(guān)。衡量巖石透水性的指標(biāo)為滲透系數(shù)(K)。一般來(lái)說(shuō)，完整密實(shí)的巖石的滲透系數(shù)往往很小。巖石的滲透系數(shù)一般是在鉆孔中進(jìn)行抽水或壓水試驗(yàn)而測(cè)定的。七、巖石的透水性地下水存在于巖石孔隙、裂隙之中，而且14八、巖石的變形特性彈性：指物體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力撤出后變形能夠恢復(fù)的性質(zhì)。塑性：指物體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力撤出后變形不能恢復(fù)的性質(zhì)。脆性：物體在外力作用下變形很小時(shí)就發(fā)生破壞的性質(zhì)。延性：物體能夠承受較大的塑性變形而不喪失其承載能力的性質(zhì)。八、巖石的變形特性彈性：指物體在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外15彈性變形塑性變形線彈性變形非線彈性變形變形彈性變形塑性變形線彈性變形非線彈性變形變形16a線彈性類巖石――σ～ε曲線呈線性關(guān)系，曲線上任一點(diǎn)P的彈性模量E：

a線彈性類巖石――σ～ε曲線呈線性關(guān)系，曲線上任一點(diǎn)P的彈性17泊松比μ：巖石在單軸壓縮條件下橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比。

泊松比μ：巖石在單軸壓縮條件下橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比。18九、巖石的強(qiáng)度特性

概念：（1）屈服：巖石受荷載作用后，隨著荷載的增大，由彈性狀態(tài)過(guò)渡到塑性狀態(tài)，這種過(guò)渡稱為屈服。（2）破壞：把材料進(jìn)入無(wú)限塑性增大時(shí)稱為破壞。（3）巖石的強(qiáng)度：是指巖石抵抗破壞的能力。巖石在外力作用下，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一極限值時(shí)便發(fā)生破壞，這個(gè)極限值就是巖石的強(qiáng)度。九、巖石的強(qiáng)度特性概念：19巖石的單軸抗壓強(qiáng)度σC端部效應(yīng)破壞形態(tài)巖石的單軸抗壓強(qiáng)度σC端部效應(yīng)破壞形態(tài)20巖石的單軸抗拉強(qiáng)度σt直接拉伸試驗(yàn)巖石的單軸抗拉強(qiáng)度σt直接拉伸試驗(yàn)21巖石的剪切強(qiáng)度τf：巖石抵抗剪切破壞的能力。巖石的剪切強(qiáng)度τf：巖石抵抗剪切破壞的能力。22十、影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素（1）礦物成分對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響礦物硬度大，巖石的彈性越明顯，強(qiáng)度越高。如巖漿巖，橄欖石等礦物含量的增多，彈性越明顯，強(qiáng)度越高；沉積巖中，砂巖的彈性及強(qiáng)度隨石英含量的增加而增高；石灰?guī)r的彈性和強(qiáng)度隨硅質(zhì)物含量的增加而增高。變質(zhì)巖中，含硬度低的礦物（如云母、滑石、蒙脫石、伊利石、高嶺石等）越多，強(qiáng)度越低。十、影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素（1）礦物成分對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的23（2）巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響巖石結(jié)構(gòu)的影響巖石的結(jié)構(gòu)——指巖石中晶?；驇r石顆粒的大小、形狀以及結(jié)合方式。巖漿巖：粒狀結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)、玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)；沉積巖：粒狀結(jié)構(gòu)、片架結(jié)構(gòu)、斑基結(jié)構(gòu)；變質(zhì)巖：板理結(jié)構(gòu)、片理結(jié)構(gòu)、片麻理結(jié)構(gòu)。巖石的結(jié)構(gòu)對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的差異上。例如：粒狀結(jié)構(gòu)中，等粒結(jié)構(gòu)比非等粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高；在等粒結(jié)構(gòu)中，細(xì)粒結(jié)構(gòu)比粗粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。（2）巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響巖石結(jié)構(gòu)的影響24巖石構(gòu)造的影響巖石的構(gòu)造——指巖石中不同礦物集合體之間或礦物集合體與其他組成部分之間的排列方式及充填方式。巖漿巖：顆粒排列無(wú)一定的方向，形成塊狀構(gòu)造；沉積巖：層理構(gòu)造、頁(yè)片狀構(gòu)造；變質(zhì)巖：板狀構(gòu)造、片理構(gòu)造、片麻理構(gòu)造。層理、片理、板理和流面構(gòu)造等統(tǒng)稱為層狀構(gòu)造。宏觀上，塊狀構(gòu)造的巖石多具有各向同性特征，而層狀構(gòu)造巖石具有各向異性特征。巖石構(gòu)造的影響25（3）風(fēng)化對(duì)巖石力學(xué)性能的影響風(fēng)化程度不同，對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響程度也不同：1、降低巖體結(jié)構(gòu)面的粗糙程度并產(chǎn)生新的裂隙，使巖體分裂成更小的碎塊，進(jìn)一步破壞巖體的完整性。2、巖石在化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中，礦物成分發(fā)生變化，原生礦物受水解、水化、氧化等作用，逐漸為次生礦物所代替，特別是產(chǎn)生粘土礦物，并隨著風(fēng)化程度的加深，這類礦物逐漸增多。