《巖石的物理性質(zhì)》PPT課件.ppt

1、第一章巖石物理性質(zhì)，華北水利水電學(xué)院巖土工程系巖石力學(xué)課程組。巖體是具有一定成分和結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體，是由地殼表層構(gòu)造和轉(zhuǎn)化而成的。巖石由礦物組成，根據(jù)成因巖石可分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。遺傳類型不同，有很大的差異，因此工程性質(zhì)極其多樣。1)巖漿巖的性質(zhì)巖漿巖具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，可作為各種建筑的良好地基和天然建筑石材。然而，各種巖石的工程性質(zhì)大不相同。1.1巖土體特征：第1章巖石物理性質(zhì)、沉積巖性質(zhì)、碎屑巖工程地質(zhì)性質(zhì)一般較好，但膠結(jié)物的成分和類型影響較大；粘土巖和頁巖性質(zhì)相似，抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度低，受力后變形大，遇水后易軟化、渾濁；化學(xué)巖石和生物化學(xué)巖石具有弱耐水性，并且通常具有不同程度的溶解性

2、。它經(jīng)常導(dǎo)致基礎(chǔ)和邊坡的不穩(wěn)定。1.1巖土體特征：第1章巖石的物理性質(zhì)，變質(zhì)巖的工程性質(zhì)與原巖密切相關(guān)，通常與原巖相似。變質(zhì)巖的片理結(jié)構(gòu)(包括板狀、千片狀、片狀和片麻巖狀結(jié)構(gòu))會(huì)使巖石具有各向異性特征，因此應(yīng)注意研究水工建筑物中與片理結(jié)構(gòu)垂直和平行方向的工程性質(zhì)變化。巖體是具有一定成分和結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體，是由地殼表層構(gòu)造和轉(zhuǎn)化而成的。一般來說，巖體是一種非均質(zhì)的各向異性不連續(xù)體。1.1巖土體特性：第1章巖石物理性質(zhì)，巖石密度是指每單位體積的巖石質(zhì)量，單位為g/cm3。它是研究巖石風(fēng)化、巖體穩(wěn)定性、圍巖壓力和選擇建筑材料的必要參數(shù)。巖石密度可分為顆粒密度和塊體密度：物理性質(zhì)：1.2物理性質(zhì)指數(shù)。巖石

3、的顆粒密度是指巖石的固相質(zhì)量與其體積之比。它不包括空隙，所以它的大小只取決于巖石的礦物密度和含量。巖石顆粒密度是一個(gè)測量指標(biāo)，通常用比重瓶法測量。物理性質(zhì)：1.2物理性質(zhì)指標(biāo)塊密度(或巖石密度)是指巖石的單位體積質(zhì)量，根據(jù)巖石試樣的含水狀態(tài)分為干密度(D)、飽和密度(sat)和自然密度(D)，一般是指未規(guī)定含水狀態(tài)時(shí)巖石的自然密度。D=(1-1) sat=(1-2) (1-3)，物理性質(zhì)：1.2物理性質(zhì)指數(shù)，巖石孔隙度可分為總孔隙度(N)，總開孔隙度(n0)，大開孔隙度(nb)，小開孔隙度(na)和閉孔隙度，定義如下：N=100%=(1-)100%(1-4)n0=100%(1-5)nb=100

4、%(1-6)na=100%=n0-nb(1-7)NC=100%1)巖石的吸水性巖石在一定試驗(yàn)條件下吸水的能力稱為巖石的吸水性。常用的吸水率、飽和吸水率和飽和系數(shù)。(1)吸水率：巖石的吸水率(a)是指常壓下巖石試樣自由吸水的質(zhì)量(mw1)與巖石試樣干質(zhì)量(ms)的比值，以百分比表示，巖石的顆粒密度屬于實(shí)測指標(biāo)，通常用比重瓶法測量。巖石的飽和吸水率()是指在高壓(一般為15Mpa)或真空下，巖石吸收的水質(zhì)量(mw2)與巖石樣品的干質(zhì)量(ms)之比，以百分比表示。總孔隙度可以表示為：n0=100%=dP (1-12)，反映了巖石總孔隙度的發(fā)育程度，因此也可以間接用來判斷巖石的風(fēng)化能力和抗凍性。飽和系

5、數(shù)巖石的吸水率(a)與飽和吸水率(p)之比稱為飽和系數(shù)。它反映了巖石中大空間和小空間之間的相對比例關(guān)系。一般來說，飽和系數(shù)越大，巖石中的開放空間越大，而開放空間越小。較大的飽和系數(shù)表明在常壓下吸水后留下的空隙較少，巖石更容易被凍脹破壞，因此其抗凍性較差。巖石的水性質(zhì)：1.2巖石的物理性質(zhì)指數(shù)、巖石的軟化巖石在水中飽和后強(qiáng)度降低的性質(zhì)稱為軟化，用軟化系數(shù)表示。KR定義為巖石試樣的飽和抗壓強(qiáng)度與干抗壓強(qiáng)度之比，即(1-13)KR越小，巖石軟化越強(qiáng)。研究表明，巖石的軟化特性取決于巖石的礦物組成和孔隙度。當(dāng)巖石含有較多的親水性和可溶性礦物以及較多的孔隙時(shí)，巖石的軟化作用較強(qiáng)，軟化系數(shù)較小。巖石的水性質(zhì)

6、：1.2物理性質(zhì)指數(shù)，巖石的抗凍性巖石抵抗凍融破壞的能力稱為抗凍性。常用的凍融系數(shù)和質(zhì)量損失率。凍融系數(shù)(Rd)是指巖石試件反復(fù)凍融后的干抗壓強(qiáng)度(Rc2)與凍融前的干抗壓強(qiáng)度(Rc1)之比，以百分比表示；質(zhì)量損失率(Km)是指凍融試驗(yàn)前后的干質(zhì)量差(ms1-ms2)與試驗(yàn)前的干質(zhì)量差(ms1)之比，以百分比表示，即巖石的水力性質(zhì)：1.2物理性質(zhì)。大多數(shù)結(jié)晶巖和化學(xué)巖是非膨脹性的，這是由于巖石中礦物的低親水性和強(qiáng)結(jié)構(gòu)連接性。如果巖石中含有絹云母、石墨和綠泥石，由于這些礦物的晶體具有片狀結(jié)構(gòu)的特征，水可能會(huì)滲入片狀層之間，這也會(huì)產(chǎn)生楔裂效應(yīng)，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致巖石體積增大。巖石的膨脹一般用膨脹力和膨脹率

7、來表示，膨脹力和膨脹率可以通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)來確定。目前，國內(nèi)測量巖石膨脹特性的方法主要有土壤固結(jié)儀和膨脹儀。巖石的水性質(zhì)：1.2物理性質(zhì)指標(biāo)：巖石的崩解巖石的崩解是指巖石在與水相互作用時(shí)失去粘結(jié)性，變成松散物質(zhì)，強(qiáng)度完全喪失的性質(zhì)。這種現(xiàn)象是由水化過程中巖石結(jié)構(gòu)連接的弱化引起的。它常見于由可溶性鹽和粘土膠結(jié)的沉積巖層中。巖石的崩解性一般用巖石的抗崩解性指數(shù)來表示。該指標(biāo)可通過實(shí)驗(yàn)室干濕循環(huán)試驗(yàn)確定。巖石的水性質(zhì)：1.2物理性質(zhì)指標(biāo)，巖體工程分類不僅是工程巖體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，也是評價(jià)巖體工程地質(zhì)條件的重要途徑。實(shí)際上，巖體工程分類是通過一些簡單易行的巖體指標(biāo)，將工程地質(zhì)條件與巖體力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來

8、，并從已建工程的設(shè)計(jì)、施工和處理的成敗中吸取教訓(xùn)，對巖體進(jìn)行分類的一種工作方法。其目的是綜合反映各種工程巖體的質(zhì)量，并通過分類預(yù)測可能出現(xiàn)的巖石力學(xué)問題。為工程設(shè)計(jì)、加固、建筑選型和施工方法選擇提供參數(shù)和依據(jù)。目前，國內(nèi)外已經(jīng)提出了幾十種巖體分類方案，其中大部分主要考慮地下洞室圍巖的穩(wěn)定性。有定性、定量或半定量、單因素分類和考慮多因素的綜合分類。各種方案考慮的原則和因素不盡相同，但不同程度地考慮了巖體完整性和分層條件、巖塊強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育和地下水等因素。下面主要介紹幾種在國內(nèi)外水利工程中應(yīng)用廣泛、影響較大的分類方法。1.3巖體工程分類，美國伊利諾伊大學(xué)使用巖體質(zhì)量指數(shù)RQD來表示巖石完整性。用

9、直徑為75毫米的雙層芯管進(jìn)行金剛石鉆孔，取出直徑為54毫米的巖心，取出長度小于10厘米的破碎巖心和弱物質(zhì)，然后測量長度大于或等于10厘米的柱狀巖心的總長度(Lp)。有效巖心長度與收集的巖心剖面總鉆井進(jìn)尺(l)之比被視為RQD。根據(jù)RQD值，巖石可分為五個(gè)質(zhì)量等級，并根據(jù)巖體質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行分類：1.3巖體工程分類，由Bienawski (1973)提出并多次修訂，1989年發(fā)表在工程巖體分類一書中。分類系統(tǒng)由五個(gè)指標(biāo)組成：巖石強(qiáng)度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件和地下水。分類時(shí)，根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的值，按照表1-7A中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評分，并進(jìn)行匯總，得到總分RMR值。然后，根據(jù)表1-7B和表1-8的規(guī)定，對總分進(jìn)行適當(dāng)修改。最后，利用修正后的總分對照表1-7C，得出所研究的巖體類別、相應(yīng)的無支護(hù)地下隧道自穩(wěn)定時(shí)間和巖體強(qiáng)度指數(shù)(c)值。巖體質(zhì)量評分(RMR)地質(zhì)力學(xué)圍巖