巖土的形成及特性-巖石的基本物理性質(zhì)

1、 巖石的物理性質(zhì)巖石的物理性質(zhì) 是指由巖石固有的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征所決定的比重、容重、是指由巖石固有的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征所決定的比重、容重、孔隙率等基本屬性。孔隙率等基本屬性。 是巖體最基本、最重要的性質(zhì)之一，也是巖體力學(xué)中研究最早、是巖體最基本、最重要的性質(zhì)之一，也是巖體力學(xué)中研究最早、最完善的力學(xué)性質(zhì)。最完善的力學(xué)性質(zhì)。 參照標(biāo)準(zhǔn)：參照標(biāo)準(zhǔn)：工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50266-99GB/T 50266-99）。）。2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（1/261/26） 1 1、巖石的密度（容重）、巖石的密度（容重） 巖石力學(xué)計算及工程設(shè)計中常用到

2、巖石密度（容巖石力學(xué)計算及工程設(shè)計中常用到巖石密度（容重）。重）。 根據(jù)巖石的含水狀況，將密度分為根據(jù)巖石的含水狀況，將密度分為: : 天然密度天然密度 （天然容重（天然容重 ） 干密度干密度 （干容重（干容重 ） 飽和密度飽和密度 （容重（容重 ）。）。ddsatsatg2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（2/262/26）（1 1）天然密度）天然密度 巖石在自然條件下，單位體積的質(zhì)量。按下式計算：巖石在自然條件下，單位體積的質(zhì)量。按下式計算：式中：式中： 巖石的天然密度，巖石的天然密度，g gcmcm3 3； m m 巖石試件在天然狀態(tài)下的質(zhì)量，巖石試件在天然狀態(tài)下的質(zhì)量，

3、g g； V V 該試件的總體積，該試件的總體積，cmcm3 3。 12Vm2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（3/263/26） （2 2）飽和密度）飽和密度巖石中的空隙都被水充填時，單位體積的質(zhì)量。按下式計算：巖石中的空隙都被水充填時，單位體積的質(zhì)量。按下式計算： 式中：式中： m ms s 巖石固體顆粒的質(zhì)量，巖石固體顆粒的質(zhì)量，g g； V V 巖石在自然狀態(tài)下的外形體積，巖石在自然狀態(tài)下的外形體積，c cm m3 3 w w水的密度，水的密度，g gc cm m3 3；22 VVmwvstsa2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（4/264/26）(3)

4、(3)干密度干密度 巖石空隙中的液體全部被蒸發(fā)，試件中僅有固體和氣體狀態(tài)巖石空隙中的液體全部被蒸發(fā)，試件中僅有固體和氣體狀態(tài)下，其單位體積的質(zhì)量。即下，其單位體積的質(zhì)量。即 32Vmsd2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（5/265/26） （4 4）重力密度（重度）重力密度（重度） 重力密度（重力密度（）單位體積中的巖石的重量，通常稱重度，）單位體積中的巖石的重量，通常稱重度，即以前容重。可由密度乘重力加速度求得。即即以前容重?？捎擅芏瘸酥亓铀俣惹蟮?。即 = =gg (kN/m (kN/m3 3) ) 重度指標(biāo)是工程中應(yīng)用最廣泛的參數(shù)之一。重度指標(biāo)是工程中應(yīng)用最廣泛的參數(shù)之

5、一。2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（6/266/26）（5 5）巖石密度（容重）測量方法）巖石密度（容重）測量方法 測定巖石的容重方法測定巖石的容重方法: :量積法（又叫直接法）、水中法或蠟封法量積法（又叫直接法）、水中法或蠟封法。 量積法測定巖石的容重量積法測定巖石的容重 凡能制備成規(guī)則試樣的巖石均宜采用量積法測定其密度（容凡能制備成規(guī)則試樣的巖石均宜采用量積法測定其密度（容重）重） 。 用量積法測定巖石密度（容重）時，需測定規(guī)則試樣的平均斷用量積法測定巖石密度（容重）時，需測定規(guī)則試樣的平均斷面積面積A A，平均高度，平均高度h h以及試樣的重量以及試樣的重量W W，代

6、入公式即得巖石的天然，代入公式即得巖石的天然密度（容重）。密度（容重）。2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（7/267/26） 水中稱重法水中稱重法測定巖石的容重測定巖石的容重 首先稱量出不規(guī)則巖樣的重量（首先稱量出不規(guī)則巖樣的重量（W W），再根據(jù)阿基米德原理測定），再根據(jù)阿基米德原理測定出不規(guī)則巖樣的體積（出不規(guī)則巖樣的體積（V V），然后根據(jù)公式計算出天然容重），然后根據(jù)公式計算出天然容重（）。）。 可用同一巖樣測定巖石的吸水率和飽和吸水率。遇水崩解、溶解可用同一巖樣測定巖石的吸水率和飽和吸水率。遇水崩解、溶解和干縮濕脹的巖石不能用此法測其容重。和干縮濕脹的巖石不能用此法

7、測其容重。2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（8/268/26） 臘封法測定巖石的容重臘封法測定巖石的容重 臘封法適用于不能用量積法或水中稱重法測定其容重的巖石。臘封法適用于不能用量積法或水中稱重法測定其容重的巖石。 首先選取有代表性巖樣在首先選取有代表性巖樣在105-110105-110溫度下烘干溫度下烘干2424小時。取出，小時。取出，系上細(xì)線，稱巖樣重量（系上細(xì)線，稱巖樣重量（g gs s），持線將巖樣緩緩浸入剛過熔點的），持線將巖樣緩緩浸入剛過熔點的蠟液中，浸后立即提出，檢查試樣周圍的蠟?zāi)ぃ粲袣馀輵?yīng)用針蠟液中，浸后立即提出，檢查試樣周圍的蠟?zāi)?，若有氣泡?yīng)用針刺破，再用

8、蠟液補平，冷卻后稱臘封巖樣的重量（刺破，再用蠟液補平，冷卻后稱臘封巖樣的重量（g g1 1），然后將），然后將臘封巖樣浸沒于純水中稱其重量（臘封巖樣浸沒于純水中稱其重量（g g2 2），則巖石的干容重（），則巖石的干容重（d d）為為 式中，式中，n n為蠟的容重（為蠟的容重（kNkNm m-3-3）。）。 若已知巖石的天然含水率，則可根據(jù)干容重（若已知巖石的天然含水率，則可根據(jù)干容重（d d）計算巖石的）計算巖石的天然容重（天然容重（）：）：nsdggggg2121)01. 01 (d2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（9/269/26）2 2、巖石顆粒的密度、巖石顆粒的密度

9、 巖石固體質(zhì)量與巖石固體顆粒體積之比。巖石固體質(zhì)量與巖石固體顆粒體積之比。)42(3cmgVmsss討論：討論： 巖石密度與其成分、結(jié)構(gòu)之關(guān)系；巖石密度與其成分、結(jié)構(gòu)之關(guān)系； 巖石密度在工程中的意義。巖石密度在工程中的意義。 VsVs巖石固體顆粒體積。巖石固體顆粒體積。 試驗指標(biāo)，可采用比重瓶法求得。試驗指標(biāo)，可采用比重瓶法求得。2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（10/2610/26） 二、巖石的空隙性二、巖石的空隙性巖石的空隙性：巖石中空隙性的大小、多少、形狀及連通特性，巖石的空隙性：巖石中空隙性的大小、多少、形狀及連通特性，包括孔隙、裂隙、溶隙及微結(jié)構(gòu)面。包括孔隙、裂隙、

10、溶隙及微結(jié)構(gòu)面。 天然巖石中包含著數(shù)量不等、成因各異的孔隙和裂隙，是天然巖石中包含著數(shù)量不等、成因各異的孔隙和裂隙，是巖石的重要結(jié)構(gòu)特征之一。巖石的重要結(jié)構(gòu)特征之一。 它們對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響基本一致，在工程實踐中很難它們對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響基本一致，在工程實踐中很難將二者分開，因此通稱為巖石的孔隙性。巖石的孔隙性常用孔將二者分開，因此通稱為巖石的孔隙性。巖石的孔隙性常用孔隙率隙率n n表示。表示。按其開放性分為按其開放性分為小開空隙小開空隙大開空隙大開空隙封閉型封閉型開放型開放型2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（11/2611/26）svVVe/（一）空隙比（一）空隙比Vv

11、空隙體積（水銀充填法求出）空隙體積（水銀充填法求出）（二）空隙率（二）空隙率vsvVVVVVn/sdVVCVCVnnnVVVVVVVVVVVe/11/e n關(guān)關(guān)系系 對巖石空隙的多少、發(fā)育情況常以對巖石空隙的多少、發(fā)育情況常以總空隙率總空隙率或或空隙比空隙比來表示。來表示。 巖石的孔隙率反映了孔隙和裂隙在巖石中所占的百分率，孔隙巖石的孔隙率反映了孔隙和裂隙在巖石中所占的百分率，孔隙率愈大，巖石中的孔隙和裂隙就愈多，巖石的力學(xué)性能則愈差。率愈大，巖石中的孔隙和裂隙就愈多，巖石的力學(xué)性能則愈差。2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（12/2612/26）2.32.3 巖石的基本物理性

12、質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（13/2613/26）三、巖石的水理性質(zhì)三、巖石的水理性質(zhì)水理性質(zhì)水理性質(zhì): :巖石與水的相互作用所表現(xiàn)出的性質(zhì)包括：吸水性、巖石與水的相互作用所表現(xiàn)出的性質(zhì)包括：吸水性、滲透性等。滲透性等。1 1、巖石的含水性、巖石的含水性(1)(1)巖石的含水率巖石的含水率)()(%72100swmmw 天然狀態(tài)下的含水率和飽和狀態(tài)下的含水率。天然狀態(tài)下的含水率和飽和狀態(tài)下的含水率。2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（14/2614/26）)(%s1000sammmW (2)(2)吸水率吸水率吸水性評價是吸水率，指標(biāo)有自由吸水率、飽和吸水率、飽水吸水性評價是吸水率，指

13、標(biāo)有自由吸水率、飽和吸水率、飽水系數(shù)。系數(shù)。自由吸水率自由吸水率烘干巖石常溫常壓下自由浸水烘干巖石常溫常壓下自由浸水4848小時后吸入小時后吸入水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比 自由吸水率它反映巖石中大開空隙的多少。自由吸水率它反映巖石中大開空隙的多少。巖石的吸水率愈大，表明巖石中的孔隙大，數(shù)量多，并且連通巖石的吸水率愈大，表明巖石中的孔隙大，數(shù)量多，并且連通性好，巖石的力學(xué)性質(zhì)差。性好，巖石的力學(xué)性質(zhì)差。2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（15/2615/26）飽和吸水率：飽和吸水率：巖石試件經(jīng)煮沸或真空抽氣飽和后吸入巖石試件經(jīng)煮沸或真空抽氣飽和后吸入水的

14、質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比飽水系數(shù)飽水系數(shù) ddsasaW)(saaSWWK飽和吸水率反映巖石內(nèi)所有開型空隙多少。飽和吸水率反映巖石內(nèi)所有開型空隙多少。)(%100sspsammmW2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（16/2616/26） 吸水性試驗吸水性試驗a .a .當(dāng)采用當(dāng)采用自由浸水法飽和試件自由浸水法飽和試件時，將試件放入水槽，先注水至?xí)r，將試件放入水槽，先注水至試件高度的試件高度的1/41/4處，以后每隔處，以后每隔2 2分別注水至試件高度的分別注水至試件高度的1/21/2和和3/43/4處，處，6 6后全部浸沒試件。試件在水中自由吸水后全部

15、浸沒試件。試件在水中自由吸水4848后，取出試后，取出試件并沾去表面水分稱量。件并沾去表面水分稱量。 b .b .當(dāng)采用當(dāng)采用煮沸法飽和試件煮沸法飽和試件時，煮沸容器內(nèi)的水面應(yīng)始終高于試時，煮沸容器內(nèi)的水面應(yīng)始終高于試件，煮沸時間不得少于件，煮沸時間不得少于6 6。經(jīng)煮沸的試件，應(yīng)放置在原容器中。經(jīng)煮沸的試件，應(yīng)放置在原容器中冷卻至室溫，取出并沾去表面水分稱量。冷卻至室溫，取出并沾去表面水分稱量。c .c .當(dāng)采用當(dāng)采用真空抽氣法飽和試件真空抽氣法飽和試件時，飽和容器內(nèi)的水面應(yīng)高于試時，飽和容器內(nèi)的水面應(yīng)高于試件，真空壓力表讀數(shù)宜為件，真空壓力表讀數(shù)宜為100kPa100kPa，直至無氣泡逸出

16、為止，但總抽，直至無氣泡逸出為止，但總抽氣時間不得少于氣時間不得少于4 4。經(jīng)真空抽氣的試件，應(yīng)放置在原容器中，。經(jīng)真空抽氣的試件，應(yīng)放置在原容器中，在大氣壓力下靜置在大氣壓力下靜置4 4，取出并沾去表面水分稱量。，取出并沾去表面水分稱量。 2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（17/2617/26） 2 2、巖石的透水性、巖石的透水性 巖石能被水透過的性能稱巖石能被水透過的性能稱巖石的透水性巖石的透水性。 水只能沿連通孔隙滲透。水只能沿連通孔隙滲透。 巖石透水性大小可用巖石透水性大小可用滲透系數(shù)滲透系數(shù)衡量，它主要決定于巖衡量，它主要決定于巖石孔隙的大小、方向及其相互連通情況。

17、石孔隙的大小、方向及其相互連通情況。2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（18/2618/26）2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（19/2619/26） 巖石的滲透性巖石的滲透性是指在一定的水壓作用下，是指在一定的水壓作用下， 水穿透巖石的能水穿透巖石的能力。反映了巖石中裂隙相互連通的程度，大多滲透性可用力。反映了巖石中裂隙相互連通的程度，大多滲透性可用達達西（西（DarcyDarcy）定律定律描述：描述： m m3 3/s/s） q qx x沿沿x x方向水的流量；方向水的流量； 水頭變化率；水頭變化率； A A垂直垂直x x方向的截面面積；方向的截面面積；

18、h h水頭高度；水頭高度； k k滲透系數(shù)。滲透系數(shù)。Adxdhkqxdxdh2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（20/2620/26）四、巖石的抗風(fēng)化指標(biāo)、巖石的抗風(fēng)化指標(biāo)主要有巖石的軟化性、抗凍性、耐崩解性和膨脹性，這些也都主要有巖石的軟化性、抗凍性、耐崩解性和膨脹性，這些也都屬于巖石的水理性質(zhì)。屬于巖石的水理性質(zhì)。1 1、巖石軟化性、巖石軟化性 巖石浸水后強度降低的特性稱為巖石軟化性巖石浸水后強度降低的特性稱為巖石軟化性, ,特征指標(biāo)為軟特征指標(biāo)為軟化系數(shù)。軟化系數(shù)也反映巖石抗風(fēng)化能力?；禂?shù)。軟化系數(shù)也反映巖石抗風(fēng)化能力。 R Rcccc飽和單軸抗壓強度；飽和單軸抗壓強

19、度； R Rcdcd干燥單軸抗壓強度干燥單軸抗壓強度（）越小，表示巖石受水的影響越大。（）越小，表示巖石受水的影響越大。一般認(rèn)為軟化系數(shù)一般認(rèn)為軟化系數(shù)0.750.75的巖石是抗風(fēng)化的。的巖石是抗風(fēng)化的。cdccRR / 12.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（21/2621/26）2.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（22/2622/26）2 2、巖石耐崩解性指數(shù)、巖石耐崩解性指數(shù)巖石的崩解性巖石的崩解性是指巖石與水相互作用時失去粘結(jié)性并成為完全喪是指巖石與水相互作用時失去粘結(jié)性并成為完全喪失強度的松散物質(zhì)的性能。失強度的松散物質(zhì)的性能。耐崩解性指數(shù)耐崩解性指數(shù)是

20、通過對巖石試件進行烘干，浸水循環(huán)試驗所得的是通過對巖石試件進行烘干，浸水循環(huán)試驗所得的指標(biāo)。試驗時，將指標(biāo)。試驗時，將1010塊約塊約404060g60g試塊烘干，放入帶有篩孔的圓試塊烘干，放入帶有篩孔的圓筒內(nèi)，使圓筒在水槽中以筒內(nèi)，使圓筒在水槽中以2020r rs s速度連續(xù)轉(zhuǎn)速度連續(xù)轉(zhuǎn)1010分鐘，然后將留在分鐘，然后將留在圓筒內(nèi)的石塊取出烘干稱重。如此反復(fù)進行圓筒內(nèi)的石塊取出烘干稱重。如此反復(fù)進行2 25 5次，按下式計算次，按下式計算 耐崩解性指數(shù)：耐崩解性指數(shù)： m ms s: :試驗前的試件烘干質(zhì)量試驗前的試件烘干質(zhì)量 ； m mr r: :兩次循環(huán)試驗后兩次循環(huán)試驗后, ,殘留在

21、筒內(nèi)的試件烘干質(zhì)量殘留在筒內(nèi)的試件烘干質(zhì)量 。%/srdmmI22.32.3 巖石的基本物理性質(zhì)巖石的基本物理性質(zhì)（23/2623/26）3 3、巖石抗凍性、巖石抗凍性巖石抗凍性巖石抗凍性指巖石抵抗凍融破壞的能力，常以凍融試驗來研究，指巖石抵抗凍融破壞的能力，常以凍融試驗來研究，試驗時對飽水巖石在一定負(fù)溫（一般在試驗時對飽水巖石在一定負(fù)溫（一般在2525 ）反復(fù)凍融）反復(fù)凍融10102525次（視當(dāng)?shù)毓こ桃螅河械囊笞龃危ㄒ暜?dāng)?shù)毓こ桃螅河械囊笞?00100200200次或更高）強度次或更高）強度試驗，根據(jù)試驗前后的強度變化來評價。試驗，根據(jù)試驗前后的強度變化來評價。 抗凍性系數(shù)：抗凍性系數(shù)：sfRRR 2