01第1章巖石的性質(zhì)及工程分級

北京工業(yè)職業(yè)業(yè)技術(shù)學(xué)院第1章巖石的性質(zhì)及及工程分級講述內(nèi)容第一節(jié)概述述第二節(jié)巖巖石的物理性性質(zhì)第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)第四節(jié)巖石石的工程分級級第一節(jié)概概述基本概念1.巖石2.巖塊3.巖體4.表土5.基巖組成地殼的基本物物質(zhì)，由礦物物或巖屑在地地質(zhì)作用下按按一定規(guī)律而形成的的自然地質(zhì)體體，包括巖漿漿巖、沉積巖巖、變質(zhì)巖。。從地殼中切取取出來的小塊塊體，不包含含軟弱面（巖巖體中的地質(zhì)遺跡、層理理、節(jié)理、斷斷層、裂隙面面），近似認認為各向同性的連續(xù)介質(zhì),。地下工程周圍圍較大范圍內(nèi)內(nèi)的自然地質(zhì)質(zhì)體。從煤礦礦采掘工程角度：包括巖巖石、地下水水、瓦斯。巖巖體的性質(zhì)復(fù)復(fù)雜，是我們研究的主要要對象。建井工作者把把覆蓋在地殼殼上部的第四四紀沉積物成成為表土，也稱為松散性性巖石，如：：黃土、流沙沙、粘土等。。表土以下的固固結(jié)性巖石稱稱為基巖。第一節(jié)概概述第一節(jié)概概述第一節(jié)概概述第一節(jié)概概述第二節(jié)巖巖石的物理理性質(zhì)一、巖石的相相對密度、密密度二、巖石的孔孔隙性三、巖石的水水理性質(zhì)四、巖石的碎碎脹性一、巖石的相相對密度、密密度1．相對密度巖石的相對密密度是指巖石石固體實體積積(不包括孔隙體體積)的質(zhì)量與同體體積水的質(zhì)量量的比值。計算公式為：：式中：d——巖石的相對密密度；G—絕對干燥時體體積為VC的巖石質(zhì)量，，g；VC—巖石固體實體體積，cm3；ρW——水的密度，g／cm3。第二節(jié)巖巖石的物理理性質(zhì)2.密度巖石單位體積積(包括巖石內(nèi)孔孔隙體積)的質(zhì)量，稱為為巖石的密度度，亦稱質(zhì)量量密度。兩種種：干密度和和濕密度。前前者是單位體體積巖石絕對對干燥后的質(zhì)質(zhì)量，后者是是天然含水或或飽水狀態(tài)下下的密度。式中：ρC——巖石的干密度度，g／cm3；ρ——巖石的濕密度度，g／cm3G——巖石試件烘干干后的質(zhì)量，，g；G1——巖石試件的質(zhì)質(zhì)量(天然含水或飽飽水)，g；V——巖石試件的體體積，cm3。第二節(jié)巖巖石的物理理性質(zhì)3．重度(重力密度)單位體積巖石石質(zhì)量所受的的重力。γ=ρg式中：γ——巖石的重度，，N／m3；ρ——巖石密度，kg／m3；g——重力加速度，，9.8m／s2。第二節(jié)巖巖石的物理理性質(zhì)二、巖石的孔孔隙性巖石的孔隙性性是指巖石的的孔隙和裂隙隙的發(fā)育程度度，它通常用用孔隙度n和孔隙比e來表示?？紫抖仁侵笌r巖石試件內(nèi)各各種裂隙、孔孔隙的體積總總和與試件總總體積V之比(常以百分數(shù)表表示)：孔隙比是巖石試件內(nèi)內(nèi)各種裂隙、、孔隙的體積積總和與試件件內(nèi)固體礦物顆粒體積Vc之比。第二節(jié)巖巖石的物理理性質(zhì)三、巖石的水水理性質(zhì)1.巖石吸水率（（W）是指巖石試件在在標準大氣壓下下吸入水的質(zhì)量量與試件烘干干后質(zhì)量G之比值。影響吸水率的的因素：⑴巖石所含孔孔隙，裂隙的的數(shù)量、大小小、開閉程度度及其分布情情況有關(guān)；⑵試驗條件，，試驗表明，，整體巖石試試件的吸水率率要比同一巖巖石的碎塊試試樣吸水率小小，隨著吸水水水時間的增增加，吸水率率也會有所增增大。吸水率率對巖石力學(xué)學(xué)性質(zhì)有影響響。第二節(jié)巖巖石的物理理性質(zhì)第二節(jié)巖巖石的物理理性質(zhì)2．巖石的透水水性地下水存在于于巖石的孔隙隙和裂隙之中中，而且大多多數(shù)巖石的孔孔隙和裂隙是是相互貫通的的，因而，在在一定水壓作作用下，地下下水可在巖石石中滲透，這這種巖石能被被水透過的性性質(zhì)，稱為巖巖石的透水性性。Q—滲水量;A—滲透面積；I—水力坡度;K-滲透系數(shù)影響因素：地下水壓力、、巖體應(yīng)力狀狀態(tài)、孔隙發(fā)發(fā)育程度、連連通程度等。。第二節(jié)巖巖石的物理理性質(zhì)第二節(jié)巖巖石的物理理性質(zhì)3.巖石的溶蝕性性由于水的化學(xué)學(xué)作用而把巖巖石中某些組組成物質(zhì)帶走走的現(xiàn)象稱為為巖石的溶濕濕性。導(dǎo)致巖巖石致密程度度降低，孔隙隙度增大，強強度降低,貴州761礦巷道中的鐘鐘乳石、石筍筍。4．巖石的軟化化性巖石浸水飽和和后強度降低低的性質(zhì)，稱稱為軟化性，，用軟化系數(shù)數(shù)(ηc)表示。ηc定義為巖石試試件的飽和抗抗壓強度(Rcw)與干抗壓強度度(Rc)的比值，即第二節(jié)巖巖石的物理理性質(zhì)5.巖石的膨脹性和崩崩解性。⑴膨脹性軟巖浸水后體積增增大和響應(yīng)的的引起壓力增增大的性質(zhì)，，用膨脹應(yīng)力力和膨脹率來來表示。膨脹應(yīng)力：巖巖石與水進行行物理化學(xué)反反應(yīng)后，隨時時間變化會產(chǎn)產(chǎn)生體積增大大的現(xiàn)象，這這時，使試件件體積保持不不變所需要的的壓力稱膨脹脹應(yīng)力。膨脹率：巖石石與水進行物物理化學(xué)反應(yīng)應(yīng)增大后的體體積與原體積積的比率。⑵崩解性軟巖浸水后發(fā)生解解體的性質(zhì)。用耐崩解指數(shù)表表示：巖石試試件在承受干干燥和濕潤兩兩個標準循環(huán)環(huán)后，巖樣對對軟化和崩解解表現(xiàn)出來的的抵抗力。用用耐崩解儀測測定。第二節(jié)巖巖石的物理理性質(zhì)四、巖石的碎碎脹性巖石的碎脹性巖巖石破破碎后因巖塊塊間空隙增多多而總體積增大的性質(zhì)稱稱為碎脹性。。碎脹程度的的大小可用碎碎脹系數(shù)表示示。第二節(jié)巖巖石的物理理性質(zhì)第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)一、巖石的變變形特征二、巖石的強強度特征三、巖石的硬硬度四、巖石的可鉆鉆性和可爆性性一、巖石的變變形特征㈠靜載荷下巖巖石的變形特特征（單向壓壓縮）⑴應(yīng)力應(yīng)變曲曲線I—OA階段裂隙壓密密閉合階段Ⅱ—AB階段線彈性階階段Ⅲ—BC段破裂發(fā)展階階段Ⅳ一CD，軟化階段第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)⑵體積應(yīng)變巖石的體積改變量量ΔV與原體積V的比值,也稱體積改變率率。一般巖石具有在彈彈性階段體積積變小和塑性性階段體積增大的特點、轉(zhuǎn)折折點在附近。。巖石在塑性階段體體積增大的性性質(zhì)稱為擴容容現(xiàn)象,對于研究巷道變形和圍圍巖對支護造造成的壓力等等問題有重要要意義。第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)⑶三種破壞形形式脆性破壞：永永久變形或全全變形小于3%者為脆性破壞壞。具有這種特性的巖巖石稱為脆性性巖石；塑性破壞：永永久變形或全全變形大于5%者塑性破壞。。具有這種特性的巖石稱稱為塑性巖石石；過度狀態(tài)：永永久變形或全全變形在3%到5%之間。第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)特點：⑴彈性段與單軸軸壓縮基本相同；⑵巖石表現(xiàn)出出明顯的塑性變形；⑶屈服極限，，強度峰值、殘余強度與圍壓大小成正比；⑷大部分巖石石在一定臨界圍壓下出現(xiàn)屈服平平臺，呈塑性流動現(xiàn)象象；⑸達到臨界圍圍壓后，繼續(xù)提高圍壓，不在出出現(xiàn)峰值，應(yīng)力—應(yīng)變出現(xiàn)單調(diào)調(diào)增長趨勢。第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)（三）動壓條條件下巖石的的變形特征⑴動荷載的特特點第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)⑵巖石在動荷荷載作用下的的變形特征F

ΔLΔL—質(zhì)點擾動位移移，CP—質(zhì)點擾動的傳傳播速度（波波速），Δt—波的傳播時間間，CPΔt—在Δt—時間內(nèi)變形范范圍。第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)⑶波的反射和和投射表面波(勒夫波)：沿介質(zhì)邊界界傳播c；體積波：在介介質(zhì)內(nèi)部傳播播，分為橫波波和縱波橫波：介質(zhì)振振動方向和波波的傳播方向向垂直，產(chǎn)生生剪切變形b；縱波：質(zhì)點振振動方向和波波的傳播方向向一致，產(chǎn)生生壓縮、拉伸伸變形a；瑞利波：質(zhì)點點運動軌跡為為橢圓的波，，為地震波的的主要形式d第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)二、巖石的強強度特征1．巖石在靜荷荷載作用下的的強度⑴大多數(shù)情況況下，巖石表表現(xiàn)為脆性破破壞；⑵同種巖石強強度并非常數(shù)數(shù)；⑶不同受力情情況下，巖石石的極限強度度相差懸殊。。三向等壓抗壓壓強度>三向不等壓抗抗壓強度>雙向抗壓強度度>單向抗壓強度>單向抗剪強度度>單向抗彎強度度>單向抗拉強度度。單向抗壓強度度RC、單向抗剪強強度τ、單向抗拉強強度Rt之間有下列關(guān)關(guān)系：第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)三、巖石的硬硬度巖石的硬度是是巖石抵抗其其他較硬物體體侵入的能力力。硬度與強度又又有區(qū)別。1．靜壓入硬度度巖石的硬度是是巖石抵抗其其他較硬物體體侵入的能力力。2．回彈高度以重物落于巖巖石表面后的的回彈高度來來表示。巖石石越硬，回彈彈高度越大。。常用肖氏硬硬度計和施米米特錘來測定定。施米特錘用來來測定混凝土土硬度，我國國生產(chǎn)的施米米特錘叫回彈彈儀。第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)四、巖石的可可鉆性和可爆爆性1．鑿碎比功：：即破碎單位位體積巖石所所作的功．現(xiàn)現(xiàn)以a表示,單位為J／厘米3。2．釬刃磨鈍寬寬：即巖石的的磨蝕性，量量出釬刃兩端端向內(nèi)4㎜處的磨鈍寬度度，以b表示，單位為為㎜。目前，使用便便攜式巖石鑿鑿測器，測定定巖石的鑿碎碎比能和鑿480次后釬刃磨鈍鈍的寬度第三節(jié)巖石石的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)第四節(jié)巖石石的工程分級級一、巖石工程程分級的必要要性二、分級方法法一、巖石工程程分級的必要要性按成因不同，，將巖石分為為巖漿巖、沉沉積巖、變質(zhì)質(zhì)巖三類，對對于采掘工程程來說，又要要求要求對巖巖石進行定量量的區(qū)分，以以便能正確地地進行工程設(shè)設(shè)計，合理地地選用施工方方法、施工設(shè)設(shè)備、機具與與器材，準確確地制定生產(chǎn)產(chǎn)定額和材抖抖消耗定額等等。因此，提出了了巖石工程分分級與巖體工工程分類問題題。第四節(jié)巖石石的工程分級級二、分級方法法1．普氏分級法法用一個綜合性性的指標——堅固性系數(shù)f，來表示巖石石破壞的相對對難易程度，，通常稱f為普氏巖石堅堅固性系數(shù)。。ＲＣ—巖石單向抗壓壓強度，MPa；10—單位為MPa；普氏分級的優(yōu)優(yōu)點：普氏巖石分級級法簡明，便便于使用，因因而多年來在在蘇聯(lián)及一些些東歐國家獲獲得廣泛應(yīng)用用。缺點：它沒有有反映巖體的的特征。關(guān)于于巖石堅固性性正各方面表表現(xiàn)趨于一致致的觀點，對對少數(shù)巖石也也不適用，如如粘土就鉆眼眼容易，而爆爆破困堆。第四節(jié)巖石石的工程分級級根據(jù)f的大小將巖石石分為10級15種