巖土力學(xué)研究生3ppt課件

1、巖石的密度巖石的密度巖石密度巖石密度rock densityrock density是指單位體積內(nèi)巖石的質(zhì)量，是指單位體積內(nèi)巖石的質(zhì)量，單位為單位為g/cm3g/cm3。它是研究巖石風(fēng)化、巖體穩(wěn)定性、圍巖壓力和選取建筑它是研究巖石風(fēng)化、巖體穩(wěn)定性、圍巖壓力和選取建筑材料等必需的參數(shù)；材料等必需的參數(shù)； 巖石密度又分為顆粒密度和塊體密度：巖石密度又分為顆粒密度和塊體密度：1.2.2 1.2.2 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)顆粒密度顆粒密度巖石的顆粒密度巖石的顆粒密度ss是指巖石固體相部分的質(zhì)量與其是指巖石固體相部分的質(zhì)量與其體積的比值。它不包括空隙在內(nèi)，因此其大小僅取決于組體積的比值。它

2、不包括空隙在內(nèi)，因此其大小僅取決于組成巖石的礦物密度及其含量。成巖石的礦物密度及其含量。巖石的顆粒密度屬實(shí)測(cè)指標(biāo)，常用比重瓶法進(jìn)行測(cè)定。巖石的顆粒密度屬實(shí)測(cè)指標(biāo)，常用比重瓶法進(jìn)行測(cè)定。 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：1.2.2 1.2.2 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)塊體密度塊體密度塊體密度或巖石密度是指巖石單位體積內(nèi)的質(zhì)量，按巖石試件塊體密度或巖石密度是指巖石單位體積內(nèi)的質(zhì)量，按巖石試件的含水狀態(tài)，又有干密度的含水狀態(tài)，又有干密度dd）、飽和密度）、飽和密度satsat）、和天然密度）、和天然密度之分，在未指明含水狀態(tài)時(shí)一般是指巖石的天然密度。之分，在未指明含水狀態(tài)時(shí)一般是指巖石的天然密度。

3、d= d= （1-161-16） sat= sat= （1-171-17） （1-181-18） 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：1.2.2 1.2.2 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)VmsVmsatVm巖石的空隙性巖石的空隙性巖石的空隙率分為總空隙率巖石的空隙率分為總空隙率n n）、總開空隙率）、總開空隙率n0n0）、大開空隙率）、大開空隙率nbnb）、小開空隙率）、小開空隙率nana和閉空隙率和閉空隙率(nc)(nc)幾種，各自的定義如下：幾種，各自的定義如下： n= n= * *100%=(1- )100% 100%=(1- )100% （1-41-4） n0= n0= * *100% 100

4、% （1-51-5） nb= nb= * *100% 100% （1-61-6） na= na= * *100%=n0-nb 100%=n0-nb （1-71-7） nc= nc= * *100%=n-n0 100%=n-n0 （1-81-8） 物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：1.2.2 1.2.2 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)VVVsdVVV 0VVVbVVVaVVVc巖石在水溶液作用下表現(xiàn)出來的性質(zhì)，稱為水理性質(zhì)。主要有吸水巖石在水溶液作用下表現(xiàn)出來的性質(zhì)，稱為水理性質(zhì)。主要有吸水性、軟化性、抗凍性、滲透性、膨脹性及崩解性等。性、軟化性、抗凍性、滲透性、膨脹性及崩解性等。1) 1) 巖石的吸水

5、性巖石的吸水性巖石在一定的試驗(yàn)條件下吸收水分的能力，稱為巖石的吸水性。常巖石在一定的試驗(yàn)條件下吸收水分的能力，稱為巖石的吸水性。常用吸水率，飽和吸水率與飽水系數(shù)等指標(biāo)表示。用吸水率，飽和吸水率與飽水系數(shù)等指標(biāo)表示。(1(1吸水率：巖石的吸水率（吸水率：巖石的吸水率（a a是指巖石試件在大氣壓力條件下是指巖石試件在大氣壓力條件下自由吸入水的質(zhì)量自由吸入水的質(zhì)量mw1mw1與巖樣干質(zhì)量與巖樣干質(zhì)量msms之比，用百分?jǐn)?shù)表示，之比，用百分?jǐn)?shù)表示，巖石的顆粒密度屬實(shí)測(cè)指標(biāo)，常用比重瓶法進(jìn)行測(cè)定。巖石的顆粒密度屬實(shí)測(cè)指標(biāo)，常用比重瓶法進(jìn)行測(cè)定。 巖石的水理性質(zhì)：巖石的水理性質(zhì)：1.2 .3 1.2 .3

6、 巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)%1001sWmm飽和吸水率飽和吸水率巖石的飽和吸水率（巖石的飽和吸水率（是指巖石在高壓一般壓力為是指巖石在高壓一般壓力為15Mpa15Mpa或或真空條件下吸入水的質(zhì)量真空條件下吸入水的質(zhì)量mw2mw2與巖樣干質(zhì)量與巖樣干質(zhì)量msms之比之比, ,用百分?jǐn)?shù)用百分?jǐn)?shù)表示，表示， 巖石的水理性質(zhì)：巖石的水理性質(zhì)：1.2 .3 1.2 .3 巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì) p= 100% （1-11）swmm2在高壓或真空條件下，總開空隙率可表示為：在高壓或真空條件下，總開空隙率可表示為：n0= n0= 100%= =d100%= =dP P （1-121-12）它反映了

7、巖石總開空隙率的發(fā)育程度，因此亦可間接地用它來判定巖石的它反映了巖石總開空隙率的發(fā)育程度，因此亦可間接地用它來判定巖石的風(fēng)化能力和抗凍性。風(fēng)化能力和抗凍性。 VVv0wpd飽水系數(shù)飽水系數(shù)巖石的吸水率（巖石的吸水率（a a與飽和吸水率（與飽和吸水率（p p之比，稱為飽水系數(shù)。之比，稱為飽水系數(shù)。它反映了巖石中大、小開空隙的相對(duì)比例關(guān)系。它反映了巖石中大、小開空隙的相對(duì)比例關(guān)系。一般說來，飽水系數(shù)愈大，巖石中的大開空隙相對(duì)愈多，而小開空一般說來，飽水系數(shù)愈大，巖石中的大開空隙相對(duì)愈多，而小開空隙相對(duì)愈少。隙相對(duì)愈少。飽水系數(shù)大，說明常壓下吸水后余留的空隙就愈少，巖石愈容易被飽水系數(shù)大，說明常壓下

8、吸水后余留的空隙就愈少，巖石愈容易被凍脹破壞，因而其抗凍性差。凍脹破壞，因而其抗凍性差。 巖石的水理性質(zhì)：巖石的水理性質(zhì)：1.2 .3 1.2 .3 巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)巖石的軟化性巖石的軟化性巖石浸水飽和后強(qiáng)度降低的性質(zhì)，稱為軟化性，用軟化系數(shù)巖石浸水飽和后強(qiáng)度降低的性質(zhì)，稱為軟化性，用軟化系數(shù)KRKR表示。表示。KRKR定義為巖石試件的飽和抗壓強(qiáng)度定義為巖石試件的飽和抗壓強(qiáng)度RcwRcw與干壓強(qiáng)度的比值，與干壓強(qiáng)度的比值，即：即： （1-131-13）KRKR愈小則巖石軟化性愈強(qiáng)。研究表明：巖石的軟化性取決于巖石的愈小則巖石軟化性愈強(qiáng)。研究表明：巖石的軟化性取決于巖石的礦物組成與空

9、隙性。礦物組成與空隙性。當(dāng)巖石中含有較多的親水性和可溶性礦物，且含大開空隙較多時(shí)，當(dāng)巖石中含有較多的親水性和可溶性礦物，且含大開空隙較多時(shí)，巖石的軟化性較強(qiáng)，軟化系數(shù)較小。巖石的軟化性較強(qiáng)，軟化系數(shù)較小。 巖石的水理性質(zhì)：巖石的水理性質(zhì)：1.2 .3 1.2 .3 巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)ccwhRRK 巖石的抗凍性巖石的抗凍性巖石抵抗凍融破壞的能力，稱為抗凍性。常用凍融系數(shù)和質(zhì)量損失巖石抵抗凍融破壞的能力，稱為抗凍性。常用凍融系數(shù)和質(zhì)量損失率來表示。率來表示。凍融系數(shù)凍融系數(shù)RdRd是指巖石試件經(jīng)反復(fù)凍融后的干抗壓強(qiáng)度是指巖石試件經(jīng)反復(fù)凍融后的干抗壓強(qiáng)度Rc2Rc2與與凍融前干抗壓強(qiáng)度凍

10、融前干抗壓強(qiáng)度Rc1Rc1之比，用百分?jǐn)?shù)表示，之比，用百分?jǐn)?shù)表示， 質(zhì)量損失率質(zhì)量損失率KmKm是指凍融試驗(yàn)前后干質(zhì)量之差是指凍融試驗(yàn)前后干質(zhì)量之差ms1-ms2ms1-ms2與試驗(yàn)與試驗(yàn)前干質(zhì)量前干質(zhì)量ms1ms1之比，以百分?jǐn)?shù)表示即之比，以百分?jǐn)?shù)表示即 巖石的水理性質(zhì)：巖石的水理性質(zhì)：1.2 .3 1.2 .3 巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)%10012ccdRRR%100121sssmmmmK 巖石的膨脹性巖石的膨脹性巖石的膨脹性是指巖石浸水后體積增大的性質(zhì)。巖石的膨脹性是指巖石浸水后體積增大的性質(zhì)。大多數(shù)結(jié)晶巖和化學(xué)巖是不具有膨脹性的，這是因?yàn)閹r石中的礦物大多數(shù)結(jié)晶巖和化學(xué)巖是不具有膨脹

11、性的，這是因?yàn)閹r石中的礦物親水性小和結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)力強(qiáng)的緣故。如果巖石中含有絹云母、石墨和綠親水性小和結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)力強(qiáng)的緣故。如果巖石中含有絹云母、石墨和綠泥石一類礦物，由于這些礦物結(jié)晶具有片狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，水可能滲進(jìn)泥石一類礦物，由于這些礦物結(jié)晶具有片狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，水可能滲進(jìn)片狀層之間，同樣產(chǎn)生楔劈效應(yīng)，有時(shí)也會(huì)引起巖石體積增大。片狀層之間，同樣產(chǎn)生楔劈效應(yīng)，有時(shí)也會(huì)引起巖石體積增大。巖石膨脹大小一般用膨脹力和膨脹率兩項(xiàng)指標(biāo)表示，這些指標(biāo)可通巖石膨脹大小一般用膨脹力和膨脹率兩項(xiàng)指標(biāo)表示，這些指標(biāo)可通過室內(nèi)試驗(yàn)確定。目前國(guó)內(nèi)大多采用土的固結(jié)儀和膨脹儀的方法測(cè)定過室內(nèi)試驗(yàn)確定。目前國(guó)內(nèi)大多采用土的固結(jié)儀和膨

12、脹儀的方法測(cè)定巖石的膨脹性。巖石的膨脹性。 巖石的水理性質(zhì)：巖石的水理性質(zhì)：1.2 .3 1.2 .3 巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)巖石的崩解性巖石的崩解性巖石的崩解性是指巖石與水相互作用時(shí)失去粘結(jié)性并變成完全喪失巖石的崩解性是指巖石與水相互作用時(shí)失去粘結(jié)性并變成完全喪失強(qiáng)度的松散物質(zhì)的性能。這種現(xiàn)象是由于水化過程中削弱了巖石內(nèi)部強(qiáng)度的松散物質(zhì)的性能。這種現(xiàn)象是由于水化過程中削弱了巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)聯(lián)絡(luò)引起的。常見于由可溶鹽和粘土質(zhì)膠結(jié)的沉積巖地層中。的結(jié)構(gòu)聯(lián)絡(luò)引起的。常見于由可溶鹽和粘土質(zhì)膠結(jié)的沉積巖地層中。巖石崩解性一般用巖石的耐崩解性指數(shù)表示。這項(xiàng)指標(biāo)可以在實(shí)驗(yàn)巖石崩解性一般用巖石的耐崩解性

13、指數(shù)表示。這項(xiàng)指標(biāo)可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做干濕循環(huán)試驗(yàn)確定。室內(nèi)做干濕循環(huán)試驗(yàn)確定。 巖石的水理性質(zhì)：巖石的水理性質(zhì)：1.2 .3 1.2 .3 巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)%10001022WWWWId巖體工程分類既是工程巖體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，也是評(píng)價(jià)巖體工程巖體工程分類既是工程巖體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，也是評(píng)價(jià)巖體工程地質(zhì)條件的一個(gè)重要途徑。巖體工程分類實(shí)際上是通過巖體的一些簡(jiǎn)地質(zhì)條件的一個(gè)重要途徑。巖體工程分類實(shí)際上是通過巖體的一些簡(jiǎn)單和容易實(shí)測(cè)的指標(biāo)，把工程地質(zhì)條件和巖體的力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來，單和容易實(shí)測(cè)的指標(biāo)，把工程地質(zhì)條件和巖體的力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來，并借鑒已建工程設(shè)計(jì)、施工和處理等方面成功與失敗的

14、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)并借鑒已建工程設(shè)計(jì)、施工和處理等方面成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)巖體進(jìn)行歸類的一種工作方法。其目的是通過分類，概括地反映各類巖體進(jìn)行歸類的一種工作方法。其目的是通過分類，概括地反映各類工程巖體的質(zhì)量好壞，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的巖體力學(xué)問題。為工程設(shè)計(jì)、工程巖體的質(zhì)量好壞，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的巖體力學(xué)問題。為工程設(shè)計(jì)、加固、建筑物選型和施工方法選擇等提供參數(shù)和依據(jù)。加固、建筑物選型和施工方法選擇等提供參數(shù)和依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)外已提出的巖體分類方案得到大家共識(shí)的有數(shù)十種之多，目前國(guó)內(nèi)外已提出的巖體分類方案得到大家共識(shí)的有數(shù)十種之多，多以考慮地下洞室圍巖穩(wěn)定性為主。有定性的，也有定量或半定量的，多以考慮地下洞

15、室圍巖穩(wěn)定性為主。有定性的，也有定量或半定量的，有單一因素分類，也有考慮多種因素的綜合分類。各種方案所考慮的有單一因素分類，也有考慮多種因素的綜合分類。各種方案所考慮的原則和因素也不盡相同，但巖體的完整性和成層條件、巖塊強(qiáng)度、結(jié)原則和因素也不盡相同，但巖體的完整性和成層條件、巖塊強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況和地下水等因素都不同程度地考慮到了。下面主要介紹構(gòu)面發(fā)育情況和地下水等因素都不同程度地考慮到了。下面主要介紹幾種國(guó)內(nèi)外在水工建設(shè)工程中應(yīng)用較廣、影響較大的分類方法。幾種國(guó)內(nèi)外在水工建設(shè)工程中應(yīng)用較廣、影響較大的分類方法。 1.4.1 1.4.1 巖體的工程分類巖體的工程分類美國(guó)伊利諾斯大學(xué)用巖體質(zhì)量

16、指標(biāo)美國(guó)伊利諾斯大學(xué)用巖體質(zhì)量指標(biāo)RQDRQD來表示巖石的完整性。來表示巖石的完整性。采用直徑為采用直徑為75mm75mm的雙層巖心管金剛石鉆進(jìn)，提取直徑為的雙層巖心管金剛石鉆進(jìn)，提取直徑為54mm54mm的巖心，的巖心，將長(zhǎng)度小于將長(zhǎng)度小于10cm10cm的破碎巖心及軟弱物質(zhì)剔除，然后測(cè)量大于或等于的破碎巖心及軟弱物質(zhì)剔除，然后測(cè)量大于或等于10cm10cm長(zhǎng)柱狀巖心的總長(zhǎng)度長(zhǎng)柱狀巖心的總長(zhǎng)度(Lp)(Lp)。用這一有效的巖心長(zhǎng)度與采集巖心段。用這一有效的巖心長(zhǎng)度與采集巖心段的鉆孔總進(jìn)尺的鉆孔總進(jìn)尺(L)(L)之比，取其百分?jǐn)?shù)就是之比，取其百分?jǐn)?shù)就是RQDRQD。按照按照RQDRQD值大小可

17、把巖石分成五個(gè)質(zhì)量等級(jí)值大小可把巖石分成五個(gè)質(zhì)量等級(jí) 按巖體質(zhì)量指標(biāo)分級(jí)：按巖體質(zhì)量指標(biāo)分級(jí)：1.4.1 1.4.1 巖體的工程分類巖體的工程分類%100LLRQDp由比尼衛(wèi)斯基由比尼衛(wèi)斯基BienawskiBienawski，19731973提出，后經(jīng)多次修改，于提出，后經(jīng)多次修改，于19891989年年發(fā)表在發(fā)表在 一書中。一書中。該分類系統(tǒng)由巖塊強(qiáng)度、該分類系統(tǒng)由巖塊強(qiáng)度、RQDRQD值、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件及地下水值、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件及地下水5 5類類指標(biāo)組成。分類時(shí)，根據(jù)各類指標(biāo)的數(shù)值，按表指標(biāo)組成。分類時(shí)，根據(jù)各類指標(biāo)的數(shù)值，按表1-7A1-7A的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分，求的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分，求和得總分

18、和得總分RMRRMR值。值。然后按表然后按表1-7B1-7B和表和表1-81-8的規(guī)定對(duì)總分作適當(dāng)?shù)男拚?，即再根?jù)節(jié)理裂的規(guī)定對(duì)總分作適當(dāng)?shù)男拚丛俑鶕?jù)節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀變化對(duì)初值加以修正。最后用修正后的總分對(duì)照表隙的產(chǎn)狀變化對(duì)初值加以修正。最后用修正后的總分對(duì)照表1-7C1-7C求得求得所研究巖體的類別及相應(yīng)的無支護(hù)地下洞的自穩(wěn)時(shí)間和巖體強(qiáng)度指標(biāo)所研究巖體的類別及相應(yīng)的無支護(hù)地下洞的自穩(wěn)時(shí)間和巖體強(qiáng)度指標(biāo)c,c,值。值。 巖體質(zhì)量評(píng)分巖體質(zhì)量評(píng)分(RMR)(RMR)地質(zhì)力學(xué)圍巖分類：地質(zhì)力學(xué)圍巖分類：1.4.1 1.4.1 巖體的工程分類巖體的工程分類1 1巖石按堅(jiān)硬程度分類：巖石按堅(jiān)硬程度分類：巖土工程勘察規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范（GB50021GB5002120192019規(guī)定巖石的堅(jiān)硬程度可按規(guī)定巖石的堅(jiān)硬程度可按表表1-91-9分類。分類。 巖石的工程分類巖石的工程分類1.4.2 1.4.2 巖石的工程分類巖石的工程分類堅(jiān)硬程度堅(jiān)硬程度堅(jiān)硬巖堅(jiān)硬巖較硬巖較硬巖較軟巖較軟巖軟巖軟巖極軟巖極軟巖飽 和 單 軸 抗 壓 強(qiáng) 度MPa）fr6060fr3030fr1515fr5fr52 2巖石按風(fēng)化程度分類巖石按風(fēng)化程度