巖土的物理性質(zhì)-巖石的性質(zhì)（工程巖土課件）

第五講巖石的水理性質(zhì)學(xué)習(xí)內(nèi)容一

地下水在巖石中的分布二巖石的水理性質(zhì)巖土體的水理性質(zhì)三（1）孔隙水：廣泛分布于第四紀(jì)松散的沉積物中。例如在砂巖中就有少量的孔隙水存在?？紫端拇嬖跅l件和特征取決于巖土的孔隙狀況，如果巖土體顆粒粗大而均勻。則孔隙含水層的透水性好，地下水儲(chǔ)量大、流速快、水質(zhì)好。（2）裂隙水：存在于基巖裂隙之中并沿著基巖裂隙滲流的地下水。分：風(fēng)化裂隙水、成巖裂隙水、構(gòu)造裂隙。

地下水按含水層性質(zhì)分類孔隙水裂隙水巖溶水（3）巖溶水：是水對(duì)巖石的溶解溶燭和再結(jié)晶作用，儲(chǔ)存并運(yùn)移于這些巖溶裂隙或巖溶溶洞中的地下水就稱為巖溶水。巖石的水理性質(zhì)（1）巖石的吸水率式中：w1——巖石吸水率，%mw1——巖石在常壓下所吸水分的質(zhì)量，g

ms——干燥巖石的質(zhì)量，g。巖石的水理性質(zhì)吸水性透水性溶解性軟化性抗凍性是指巖石與水作用時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)1、吸水性:w1＝(mw1/ms)×100%（2）巖石的飽水率（ω2）是指在高壓（15Mpa）或真空條件下巖石吸水能力，仍以巖石所吸水分的重力與干燥巖石重力之比的百分?jǐn)?shù)表示。吸水率飽水率飽水系數(shù)巖石飽水因數(shù)的大小與巖石的抗凍性有關(guān)，一般飽水因數(shù)小于0.8的巖石是抗凍的。

w2＝(mw2/ms)×100%式中：w2

－巖石的飽水率；mw2－巖石在高壓或真空下所吸水分的質(zhì)量（g）；ms－干燥巖石的質(zhì)量（g）巖石名稱吸水率ω1/%飽水率ω2/%飽水因數(shù)/%花崗巖0.460.840.55玄武巖0.270.390.69云母片巖0.131.310.10砂巖7.0111.990.60石灰?guī)r0.090.250.36白云質(zhì)石灰?guī)r0.740.920.80巖石名稱巖石滲透系數(shù)K/(m·s-1)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)野外實(shí)驗(yàn)花崗巖10-7~10-1110-4~10-9玄武巖10-1210-2~10-7砂巖3×10-3~8×10-810-3~3×10-8頁(yè)巖10-9~5×10-1310-8~10-11石灰?guī)r10-5~10-1310-3~10-7白云巖10-5~10-1310-3~10-7片巖10-82×10-7

2、巖石的透水性：是指巖石允許水通過(guò)的能力。巖石的透水性大小，主要取決于巖石孔隙、裂隙的大小和連通情況。巖石的透水性用滲透系數(shù)（K）來(lái)表示。巖石的溶解性：是指巖石溶解于水的性質(zhì)。常見(jiàn)的可溶性巖石有石灰?guī)r、白云巖、石膏、巖鹽等。巖石的溶解性，主要取決于巖石的化學(xué)成分，但和水的性質(zhì)有密切關(guān)系，如富含CO2的水，則具有較大的溶解能力?？λ固氐孛矌r石的軟化性：是指巖石在水的作用下，強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低的性質(zhì)。巖石的軟化性主要取決于巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征。巖石中粘土礦物含量高、孔隙率大、吸水率高、則易于與水作用而軟化，使其強(qiáng)度和穩(wěn)定性大大降低甚至喪失。巖石的軟化性指標(biāo)為軟化因數(shù)，它等于巖石在飽水狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度與巖石風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強(qiáng)度的比值。未受風(fēng)化影響的巖石，軟化因數(shù)接近于1，軟化因數(shù)小于0.75的巖石，為強(qiáng)軟化的巖石，工程性質(zhì)較差。巖石名稱軟化因數(shù)巖石名稱軟化因數(shù)花崗巖0.72~0.97泥質(zhì)砂巖、粉砂巖0.21~0.75閃長(zhǎng)巖0.60~0.80泥巖0.40~0.60閃長(zhǎng)玢巖0.78~0.81頁(yè)巖0.24~0.74輝綠巖0.33~0.90石灰?guī)r0.70~0.94礫巖0.50~0.96硅質(zhì)板巖0.75~0.79砂巖0.93泥質(zhì)板巖0.39~0.52巖石的抗凍性：是指巖石抵抗冰凍作用的能力。巖石的抗凍性，與巖石的飽水因數(shù)、軟化因數(shù)有著密切關(guān)系。一般是飽水因數(shù)愈小，巖石的抗凍性愈強(qiáng)。易于軟化的巖石，其抗凍性也低。溫度變化劇烈，巖石反復(fù)凍融，則降低巖石的抗凍能力。巖石的抗凍性，一般用巖石在抗凍試驗(yàn)前后抗壓強(qiáng)度的降低率表示?？箟簭?qiáng)度降低率小于20%~25%的巖石，為抗凍的；大于25%的巖石，為非抗凍的。給水性：是指被水飽和的巖土體在重力作用下釋出水的能力。透水性巖土體允許水流透過(guò)的性能稱為其滲透性。三.巖土體的水理性質(zhì)巖土體的水理性質(zhì)是指巖土體與水接觸時(shí)，存儲(chǔ)和運(yùn)移水分的性質(zhì)。巖土體的水理性質(zhì)主要包括巖土體的容水性、持水性、給水性和滲透性。容水性：是指巖土體容納水分的能力。持水性：是指在重力作用下巖土體依靠顆粒電場(chǎng)力和毛細(xì)吸力在孔隙、裂隙中保持一定量水分的性能。謝謝第四講巖石的物理性質(zhì)學(xué)習(xí)內(nèi)容一巖石的密度二巖石的空隙性常見(jiàn)巖石的物理性質(zhì)指標(biāo)三意義一評(píng)價(jià)巖基承載力二計(jì)算邊坡穩(wěn)定系數(shù)選配建筑材料三由巖石結(jié)構(gòu)中礦物顆粒的排列形式及顆粒間孔隙的連通情況所反映出來(lái)的特性。巖石物理性質(zhì)巖石的“三相組成”

巖石的相對(duì)密度：一般巖石的相對(duì)密度約在2.65左右，相對(duì)密度大的可達(dá)3.3。對(duì)于同一種巖石，若密度大的結(jié)構(gòu)致密、孔隙性小，強(qiáng)度和穩(wěn)定相對(duì)較高。

巖石的密度巖石相對(duì)密度巖石固體部分（不含孔隙）的重力與同體積水在4oC時(shí)重力的比值飽和密度巖石中的孔隙全部被水充滿時(shí)的密度干密度巖石孔隙中完全沒(méi)有水存在時(shí)的密度巖石的飽和密度：是指巖石的空隙完全被水充滿時(shí)的密度。

Vn=Vw巖石的干密度：是指巖石空隙中完全沒(méi)有水存在時(shí)的密度。Vn=0巖石的孔隙率（或稱孔隙度）是指巖石中孔隙體積與巖石總體積之比值，常以百分?jǐn)?shù)表示空隙指巖石的孔隙和裂隙的總稱。即巖石的空隙性反映巖石中孔隙、裂隙的發(fā)育程度。二、巖石的空隙性： 巖石的空隙性巖石的孔隙性巖石的裂隙性孔隙率、孔隙比巖石的孔隙率，%。巖石中孔隙的體積，cm3巖石的總體積，cm3裂隙率

巖石孔隙率的大小，主要取決于巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，同時(shí)也受風(fēng)化作用、巖漿作用、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及變質(zhì)作用的影響。由于巖石中孔隙、裂隙發(fā)育程度變化很大，其孔隙率的變化也很大。隨著孔隙率的增大，透水性增大，巖石的強(qiáng)度降低。巖石的孔隙比是指巖石中孔隙體積與巖石固體體積之比值。巖石的孔隙比巖石中孔隙的體積，cm3巖石的固體體積，cm3

（1）單向裂隙a)沿一組裂隙面法向統(tǒng)計(jì)

含義：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上裂隙條數(shù)（條∕m）。顯然：↑→巖體切割越破碎。

通常采用裂隙率作為定量評(píng)價(jià)(描述)裂隙切割的程度。（1）單向裂隙b)沿裂隙面方向→（連通率）a-裂隙面長(zhǎng)度；b-巖橋長(zhǎng)度；（2）平面裂隙率概念：指巖石單位面積上各類裂隙面積所占比重?！趇條裂隙長(zhǎng)度；→第i條裂隙寬度；討論的兩種極限情況：(1)時(shí)，無(wú)裂隙；(2)時(shí)，全部被裂隙充滿；謝謝第六講巖石的力學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)內(nèi)容一巖石的抗壓強(qiáng)度二巖石的抗拉強(qiáng)度巖石的抗剪切強(qiáng)度三主要包括變形和強(qiáng)度。巖石在外力作用下首先是變形，當(dāng)外力繼續(xù)增加，達(dá)到或超過(guò)某一極限時(shí)，便開(kāi)始破壞。巖石的變形與破壞是巖石受力后發(fā)生變化的兩個(gè)階段。巖石抵抗外荷而不破壞的能力稱巖石的強(qiáng)度，荷載過(guò)大并超過(guò)巖石能承受的能力時(shí)，便造成破壞。按外力作用方式不同將巖石強(qiáng)度分抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度1、抗壓強(qiáng)度巖石單向受壓時(shí)，抵抗壓碎破壞的最大軸向壓應(yīng)力稱為巖石的極限抗壓強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱抗壓強(qiáng)度（R)。R=P/AP-試樣破壞時(shí)的總壓力A—巖石受壓截面面積壓力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)巖石單軸壓縮試驗(yàn)芯樣

缺點(diǎn)：系統(tǒng)剛度低，試驗(yàn)中自身變形大，吸收大量能量，在巖樣屈服，承載力下降時(shí)，系統(tǒng)釋放大量能量，急速巖樣破壞，使巖樣在瞬間破壞（0.1-0.5s），這種失穩(wěn)破壞造成試驗(yàn)的不完整性，很難獲得理想的全應(yīng)力～應(yīng)變曲線。普通巖石壓力機(jī)剛性壓力機(jī)MTS1、配置先進(jìn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)2、能獲得理想的全應(yīng)力～應(yīng)變曲線影響抗壓強(qiáng)度的因素：（1）巖石礦物成分、顆粒大小、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的影響；（2）受巖石風(fēng)化程度影響；（3）飽和條件下巖石抗壓強(qiáng)度小于天然狀態(tài)或干燥條件下巖石的抗壓強(qiáng)度；（4）試驗(yàn)條件的影響：試件尺寸、加載速率等。

2.抗拉強(qiáng)度巖石試件在單向拉伸條件下試件達(dá)到破壞的極限值，它在數(shù)值上等于破壞時(shí)的最大拉應(yīng)力，稱為抗拉強(qiáng)度（σL)

σL=P／A抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)一般有軸向拉伸法和劈裂法，實(shí)際常利用其與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系間接確定。一般來(lái)說(shuō)，抗拉強(qiáng)度主要決定于巖石礦物組成之間的粘聚力的大小。軸向拉伸法劈裂法據(jù)巖石受剪時(shí)的條件不同把抗剪切強(qiáng)度分為抗剪強(qiáng)度：兩塊巖樣在垂直接合面上一定壓應(yīng)力的作用下，巖樣接觸面之間所能承受的最大剪切力?？骨袕?qiáng)度：巖石剪斷面上無(wú)正壓應(yīng)力下，剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力值，它是測(cè)定巖石粘聚力的一種方法?？辜魯鄰?qiáng)度：巖石剪斷面上有一定的壓應(yīng)力作用時(shí)，被剪斷時(shí)的最大剪應(yīng)力值。3.抗剪斷強(qiáng)度（τ）

巖石在一定的壓力條件下，被剪破時(shí)的極限剪切應(yīng)力值。（1）巖石直剪儀失穩(wěn)階段，晶格滑移裂紋發(fā)展、增長(zhǎng)階段彈性階段，裂紋產(chǎn)生巖石直剪試驗(yàn)結(jié)果曲線優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便、無(wú)需特殊設(shè)備，采用普通巖石壓力機(jī)即可。缺點(diǎn)：試件較小，不易反映巖石裂縫、層理等結(jié)構(gòu)面；剪切面上的受力不均勻等。（2）楔形剪切（交角剪）儀

采用不同的α角進(jìn)行試驗(yàn)，則每個(gè)α對(duì)應(yīng)一組σ和τf。先將試件施加側(cè)壓力σ’3逐漸增加垂直壓力σ1；試件破壞，得到大主應(yīng)力σ’1，即獲破壞應(yīng)力圓；改變側(cè)壓力σ’3，獲得對(duì)應(yīng)的σ’1，和破壞應(yīng)力圓；（3）三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果

繪制試驗(yàn)對(duì)應(yīng)σ’1