巖石物理、化學(xué)性質(zhì)及其分類課件

第一章巖石性質(zhì)及其分類主要內(nèi)容

1.1巖石的物理性質(zhì)1.2巖石的力學(xué)性質(zhì)1.3巖石的分級第一章巖石性質(zhì)及其分類主要內(nèi)容1.1巖石的11巖石的孔隙度ηη為巖石中孔隙總體積V0與巖石的總體積V之比，用百分率表示。第一節(jié)巖石的物理性質(zhì)1巖石的孔隙度ηη為巖石中孔隙總體積V0與巖石的總體積V之2密度ρ:不包括孔隙在內(nèi)的巖石密度。(g/cm3)容重γ:包括孔隙在內(nèi)的巖石單位體積重量，也稱巖石的體重。(t/m3)2密度ρ和容重γ密度ρ:不包括孔隙在內(nèi)的巖石密度。(g/cm3)容重γ:包括3巖石的孔隙度、密度、容重主要影響巖石的拋擲、堆積和裝運(yùn)。幾種巖石孔隙度、密度、容重見表1-1。巖石的孔隙度、密度、容重主要影響巖石的拋擲、堆4

表1-1幾種巖石的孔隙度、密度、容重巖石名稱孔隙度（%）密度（g/cm）容重（t/m3）花崗巖玄武巖輝綠巖石灰?guī)r白云巖砂巖頁巖板巖片麻巖大理巖石英巖粘土砂子0.5~1.50.1~0.20.6~1.25.0~201.0~5.05.0~2510~300.5~1.50.5~2.00.1~0.84530~502.6~2.72.8~3.02.85~3.02.71~2.852.5~2.62.58~2.692.2~2.42.3~2.72.9~3.02.6~2.72.65~2.91.6~2.11.5~1.72.56~2.672.75~2.902.8~2.92.46~2.652.3~2.42.47~2.562.0~2.32.1~2.572.65~2.852.52.54~2.851.6~2.01.4~1.6表1-1幾種巖石的孔隙度、密度、容重巖石名稱孔隙度（%53碎脹性

碎脹性是指巖石破碎后，總體積增加的性質(zhì)。表征巖石的碎脹性用碎脹系數(shù)K表示，碎脹系數(shù)也稱為松散系數(shù)。碎脹系數(shù)k也稱為松散系數(shù)，一般為k=1.3~1.6，在擠壓爆破和深孔天井掘進(jìn)中，k值非常重要。3碎脹性碎脹性是指巖石破碎后，總體積增加的性質(zhì)。表征巖石6表1-2

幾種巖石的碎脹系數(shù)巖石名稱砂、礫石砂質(zhì)粘土中硬巖石堅(jiān)硬巖石碎脹系數(shù)k1.05~1.201.20~1.251.30~1.501.50~2.50表1-2

幾種巖石的碎脹系數(shù)巖石名稱砂、礫石砂質(zhì)粘土中硬巖石74、巖石的波阻抗ρc為波阻抗，表示巖石對應(yīng)力波傳播的阻尼作用，一般ρc越大，鑿爆越困難；巖石結(jié)構(gòu)致密，堅(jiān)硬，強(qiáng)度大，無大的地質(zhì)構(gòu)造弱面，則ρc大，日本關(guān)于巖石的分級多采用ρc指標(biāo)（見表1-3）視頻14、巖石的波阻抗ρc為波阻抗，表示巖石對應(yīng)力波傳播的阻尼8表1-3幾種材料的波阻抗材料名稱密度(g/cm3)縱波速度(m/s)波阻抗(kg/cm2.s)鋼銅花崗巖玄武巖輝綠巖輝長巖石灰?guī)r白云巖砂巖板巖石英巖7.88.4~8.92.6~3.02.7~2.862.85~3.052.9~3.12.3~2.82.3~2.82.1~2.92.3~2.72.65~2.9513036704000~68004500~70004700~75005600~63003200~55005200~67003000~46002500~60005000~650040003170800~19001400~20001800~23001600~1950700~19001200~1900600~1300575~16201100~1900表1-3幾種材料的波阻抗材料名稱密度(g/cm3)縱91變形特征變形特征—研究動、靜載荷作用下應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系1）應(yīng)力與應(yīng)變

靜載—載荷不隨時間變化或隨時間變化不大。巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線見圖1。圖1靜載變形特性曲線第二節(jié)巖石的力學(xué)性質(zhì)

1變形特征變形特征—研究動、靜載荷作用下應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)10①脆性—巖石沒有產(chǎn)生顯著的永久變形就開始破壞的性質(zhì)，一般巖石呈脆性破壞。②塑性—與脆性相反，在破壞前有較明顯的永久變形，如泥頁巖，高嶺土礦，巷道底鼓。③彈性—在彈性變形范圍內(nèi)，當(dāng)外載去掉后，巖石恢復(fù)原形的性質(zhì)。巖石在彈性極限內(nèi)呈彈性，巖石可用與材料力學(xué)中各彈性常數(shù)一樣表示。視頻1視頻2視頻3①脆性—巖石沒有產(chǎn)生顯著的永久變形就開始破壞的性質(zhì)，一般巖石112）巖石動載變形特性（1）動載的特點(diǎn)①動載荷隨時間而變化P=f(t)；沖擊載荷就是一種動載荷，鑿巖中活塞與釬尾、釬頭與巖石爆破中的起爆、傳爆、爆轟波，應(yīng)力波對巖石的作用都是沖擊載荷。圖1-2沖擊載荷與時間的關(guān)系2）巖石動載變形特性（1）動載的特點(diǎn)①動載荷隨時間而變化P=12②巖石變形不均勻，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度不一致即巖石中各質(zhì)點(diǎn)不是以一致速度運(yùn)動，巖石不是均勻地變形，這是與靜載作用根本區(qū)別所在。如圖1-3。圖1-3釬桿中應(yīng)變波傳播情況運(yùn)動與變形首先開始于受沖擊的端面，端面處質(zhì)點(diǎn)受到擾動后，產(chǎn)生變形和應(yīng)力，由于質(zhì)點(diǎn)間的彈性聯(lián)系，變形和應(yīng)力以速度c傳播，在時間t內(nèi)，變形范圍為ct.②巖石變形不均勻，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度不一致即巖石中各質(zhì)點(diǎn)不是以132巖石的強(qiáng)度特征（1）巖石的強(qiáng)度特征的定義巖石的強(qiáng)度特征是指巖石能承受一定外力的作用而不破壞的性能，它是以巖石恰在破壞時應(yīng)力大小來表示的。分動、靜載強(qiáng)度。2巖石的強(qiáng)度特征（1）巖石的強(qiáng)度特征的定義巖石的強(qiáng)度特14表1-4幾種巖石的動、靜強(qiáng)度表巖石種類應(yīng)力波的平均傳播速度（m/s）抗壓強(qiáng)度（MPa）抗拉強(qiáng)度（MPa）加載速度(Mpa/s)載荷持續(xù)時間（ms）靜態(tài)動態(tài)靜態(tài)動態(tài)大理石和泉砂巖多湖砂巖群馬砂巖輝綠巖石英-閃長巖4500~60003700~43001800~35004100~57005300~60003700~590090~110100~14015~25200~240320~350240~330120~200120~20020~50350~500700~800300~4005~98~92~316~2322~3211~1920~4050~7010~2020~3050~6020~30107~108107~108106~107107~108107~108107~10810~3020~3050~10010~2020~5030~50表1-4幾種巖石的動、靜強(qiáng)度表巖石種類應(yīng)力波的平均傳播速度153巖石的堅(jiān)固性堅(jiān)固性是指巖石對外界各種機(jī)械破壞的綜合抵抗能力。1）強(qiáng)度巖石能承受一定外力作用而不破壞的性能巖石表面抵抗工具侵入的性能，與鑿巖性密切相關(guān)。鑿巖時，比單向抗壓強(qiáng)度更有意義，指巖石表面被破壞的性能。2）硬度3）磨蝕性巖石對工具的磨蝕能力，主要與巖石的成分有關(guān)。3巖石的堅(jiān)固性堅(jiān)固性是指巖石對外界各種機(jī)械破壞的綜合抵抗能164）鑿巖性表示巖石被爆碎的難易程度：用單位原巖的炸藥消耗量和所需炮眼長度表示。巖石被鑿碎的難易程度：用每米炮眼所消耗的釬頭數(shù)，純鑿速，比能三指標(biāo)表示5）爆破性4）鑿巖性表示巖石被爆碎的難易程度：用單位原巖的炸藥消耗171普氏分級法1）基本觀點(diǎn)是巖石的堅(jiān)固性所綜合上述各特性趨于一致，即硬度、強(qiáng)度、鑿巖性、爆破性是一致的。2）分級方法用堅(jiān)固性系數(shù)f來大致概括，作為分級的根據(jù)。f=R/10,或共分10級。第三節(jié)巖石的分級

1普氏分級法1）基本觀點(diǎn)是巖石的堅(jiān)固性所綜合上述各18等級堅(jiān)固性程度典型的巖石f值Ⅰ最堅(jiān)固最堅(jiān)固、細(xì)致和有韌性的石英巖、玄武巖及其它堅(jiān)固巖石20Ⅱ很堅(jiān)固很堅(jiān)固花崗巖、石英斑巖、硅質(zhì)片巖、較堅(jiān)固的砂巖和石灰?guī)r15Ⅲ堅(jiān)固致密花崗巖、很堅(jiān)固砂巖和石灰?guī)r，石英質(zhì)礦脈等10Ⅲa堅(jiān)固堅(jiān)固的石灰?guī)r、砂巖、大理巖、不堅(jiān)固的花崗巖、黃鐵礦8Ⅳ較堅(jiān)固一般的砂巖、鐵礦6Ⅳa較堅(jiān)固砂質(zhì)頁巖、頁巖質(zhì)砂巖5等級堅(jiān)固性程度典型的巖石f值Ⅰ最堅(jiān)固最堅(jiān)固、細(xì)致和有韌性的石19Ⅴ中等堅(jiān)固的粘土質(zhì)巖石、不堅(jiān)固的砂巖和石灰?guī)r4Ⅴa中等各種不堅(jiān)固的頁巖、致密的泥灰?guī)r3Ⅵ較軟弱軟弱的頁巖，很軟的石灰?guī)r，白堊、巖鹽、石膏、凍土2Ⅵa較軟弱碎石質(zhì)土壤，破碎頁巖、堅(jiān)固的煤等1.5Ⅶ軟弱致密黏土，軟弱的煙煤、堅(jiān)固的沖擊層、黏土質(zhì)土壤1.0Ⅶa軟弱輕砂質(zhì)黏土、黃土、礫石0.8Ⅷ土質(zhì)巖石腐植土、泥煤、輕砂質(zhì)土壤、濕砂0.6Ⅸ松散性巖石砂、細(xì)礫石、松土、采下的煤0.5Ⅹ流沙性巖石流沙，沼澤土壤、含水黃土及其它含水土壤0.3Ⅴ中等堅(jiān)固的粘土質(zhì)巖石、不堅(jiān)固的砂巖和石灰?guī)r4Ⅴa中等各種不203）該評價(jià)方法的評價(jià)強(qiáng)調(diào)了一致性，忽視了各巖石特性的特殊性和差異性，因此有一定的誤差，顯得有些片面和籠統(tǒng)，如難鑿的巖石不一定難爆，但簡單易行，易于推廣。多年來在各類礦山流行使用。3）該評價(jià)方法的評價(jià)強(qiáng)調(diào)了一致性，忽視了各巖石特性的特殊212可鉆性分級可鉆性分級的測定是使用便攜式巖石鑿測器測定巖石的鑿碎比能（破碎單位體積巖石所消耗的能量（J/cm3）和鑿480次后釬刃磨鈍的寬度，將巖石分3類7級。1-釬頭；2-承擊臺；3-銷釘；4-導(dǎo)向桿；5-落錘(4kg)；6-卡套；7-轉(zhuǎn)動手柄視頻12可鉆性分級可鉆性分級的測定是使用便攜式巖石鑿測器測定巖石22巖石物理、化學(xué)性質(zhì)及其分類課件233爆破性分級爆破性是巖石本身物理力學(xué)性質(zhì)和炸藥性能，爆破參數(shù)和爆破工藝的綜合效應(yīng)。巖石爆破性指數(shù)為：3爆破性分級爆破性是巖石本身物理力學(xué)性質(zhì)和炸藥性能，爆24巖石物理、化學(xué)性質(zhì)及其分類課件25此章放映完畢，謝謝觀看！此章放映完畢，謝謝觀看！26第一章巖石性質(zhì)及其分類主要內(nèi)容

1.1巖石的物理性質(zhì)1.2巖石的力學(xué)性質(zhì)1.3巖石的分級第一章巖石性質(zhì)及其分類主要內(nèi)容1.1巖石的271巖石的孔隙度ηη為巖石中孔隙總體積V0與巖石的總體積V之比，用百分率表示。第一節(jié)巖石的物理性質(zhì)1巖石的孔隙度ηη為巖石中孔隙總體積V0與巖石的總體積V之28密度ρ:不包括孔隙在內(nèi)的巖石密度。(g/cm3)容重γ:包括孔隙在內(nèi)的巖石單位體積重量，也稱巖石的體重。(t/m3)2密度ρ和容重γ密度ρ:不包括孔隙在內(nèi)的巖石密度。(g/cm3)容重γ:包括29巖石的孔隙度、密度、容重主要影響巖石的拋擲、堆積和裝運(yùn)。幾種巖石孔隙度、密度、容重見表1-1。巖石的孔隙度、密度、容重主要影響巖石的拋擲、堆30

表1-1幾種巖石的孔隙度、密度、容重巖石名稱孔隙度（%）密度（g/cm）容重（t/m3）花崗巖玄武巖輝綠巖石灰?guī)r白云巖砂巖頁巖板巖片麻巖大理巖石英巖粘土砂子0.5~1.50.1~0.20.6~1.25.0~201.0~5.05.0~2510~300.5~1.50.5~2.00.1~0.84530~502.6~2.72.8~3.02.85~3.02.71~2.852.5~2.62.58~2.692.2~2.42.3~2.72.9~3.02.6~2.72.65~2.91.6~2.11.5~1.72.56~2.672.75~2.902.8~2.92.46~2.652.3~2.42.47~2.562.0~2.32.1~2.572.65~2.852.52.54~2.851.6~2.01.4~1.6表1-1幾種巖石的孔隙度、密度、容重巖石名稱孔隙度（%313碎脹性

碎脹性是指巖石破碎后，總體積增加的性質(zhì)。表征巖石的碎脹性用碎脹系數(shù)K表示，碎脹系數(shù)也稱為松散系數(shù)。碎脹系數(shù)k也稱為松散系數(shù)，一般為k=1.3~1.6，在擠壓爆破和深孔天井掘進(jìn)中，k值非常重要。3碎脹性碎脹性是指巖石破碎后，總體積增加的性質(zhì)。表征巖石32表1-2

幾種巖石的碎脹系數(shù)巖石名稱砂、礫石砂質(zhì)粘土中硬巖石堅(jiān)硬巖石碎脹系數(shù)k1.05~1.201.20~1.251.30~1.501.50~2.50表1-2

幾種巖石的碎脹系數(shù)巖石名稱砂、礫石砂質(zhì)粘土中硬巖石334、巖石的波阻抗ρc為波阻抗，表示巖石對應(yīng)力波傳播的阻尼作用，一般ρc越大，鑿爆越困難；巖石結(jié)構(gòu)致密，堅(jiān)硬，強(qiáng)度大，無大的地質(zhì)構(gòu)造弱面，則ρc大，日本關(guān)于巖石的分級多采用ρc指標(biāo)（見表1-3）視頻14、巖石的波阻抗ρc為波阻抗，表示巖石對應(yīng)力波傳播的阻尼34表1-3幾種材料的波阻抗材料名稱密度(g/cm3)縱波速度(m/s)波阻抗(kg/cm2.s)鋼銅花崗巖玄武巖輝綠巖輝長巖石灰?guī)r白云巖砂巖板巖石英巖7.88.4~8.92.6~3.02.7~2.862.85~3.052.9~3.12.3~2.82.3~2.82.1~2.92.3~2.72.65~2.9513036704000~68004500~70004700~75005600~63003200~55005200~67003000~46002500~60005000~650040003170800~19001400~20001800~23001600~1950700~19001200~1900600~1300575~16201100~1900表1-3幾種材料的波阻抗材料名稱密度(g/cm3)縱351變形特征變形特征—研究動、靜載荷作用下應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系1）應(yīng)力與應(yīng)變

靜載—載荷不隨時間變化或隨時間變化不大。巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線見圖1。圖1靜載變形特性曲線第二節(jié)巖石的力學(xué)性質(zhì)

1變形特征變形特征—研究動、靜載荷作用下應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)36①脆性—巖石沒有產(chǎn)生顯著的永久變形就開始破壞的性質(zhì)，一般巖石呈脆性破壞。②塑性—與脆性相反，在破壞前有較明顯的永久變形，如泥頁巖，高嶺土礦，巷道底鼓。③彈性—在彈性變形范圍內(nèi)，當(dāng)外載去掉后，巖石恢復(fù)原形的性質(zhì)。巖石在彈性極限內(nèi)呈彈性，巖石可用與材料力學(xué)中各彈性常數(shù)一樣表示。視頻1視頻2視頻3①脆性—巖石沒有產(chǎn)生顯著的永久變形就開始破壞的性質(zhì)，一般巖石372）巖石動載變形特性（1）動載的特點(diǎn)①動載荷隨時間而變化P=f(t)；沖擊載荷就是一種動載荷，鑿巖中活塞與釬尾、釬頭與巖石爆破中的起爆、傳爆、爆轟波，應(yīng)力波對巖石的作用都是沖擊載荷。圖1-2沖擊載荷與時間的關(guān)系2）巖石動載變形特性（1）動載的特點(diǎn)①動載荷隨時間而變化P=38②巖石變形不均勻，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度不一致即巖石中各質(zhì)點(diǎn)不是以一致速度運(yùn)動，巖石不是均勻地變形，這是與靜載作用根本區(qū)別所在。如圖1-3。圖1-3釬桿中應(yīng)變波傳播情況運(yùn)動與變形首先開始于受沖擊的端面，端面處質(zhì)點(diǎn)受到擾動后，產(chǎn)生變形和應(yīng)力，由于質(zhì)點(diǎn)間的彈性聯(lián)系，變形和應(yīng)力以速度c傳播，在時間t內(nèi)，變形范圍為ct.②巖石變形不均勻，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度不一致即巖石中各質(zhì)點(diǎn)不是以392巖石的強(qiáng)度特征（1）巖石的強(qiáng)度特征的定義巖石的強(qiáng)度特征是指巖石能承受一定外力的作用而不破壞的性能，它是以巖石恰在破壞時應(yīng)力大小來表示的。分動、靜載強(qiáng)度。2巖石的強(qiáng)度特征（1）巖石的強(qiáng)度特征的定義巖石的強(qiáng)度特40表1-4幾種巖石的動、靜強(qiáng)度表巖石種類應(yīng)力波的平均傳播速度（m/s）抗壓強(qiáng)度（MPa）抗拉強(qiáng)度（MPa）加載速度(Mpa/s)載荷持續(xù)時間（ms）靜態(tài)動態(tài)靜態(tài)動態(tài)大理石和泉砂巖多湖砂巖群馬砂巖輝綠巖石英-閃長巖4500~60003700~43001800~35004100~57005300~60003700~590090~110100~14015~25200~240320~350240~330120~200120~20020~50350~500700~800300~4005~98~92~316~2322~3211~1920~4050~7010~2020~3050~6020~30107~108107~108106~107107~108107~108107~10810~3020~3050~10010~2020~5030~50表1-4幾種巖石的動、靜強(qiáng)度表巖石種類應(yīng)力波的平均傳播速度413巖石的堅(jiān)固性堅(jiān)固性是指巖石對外界各種機(jī)械破壞的綜合抵抗能力。1）強(qiáng)度巖石能承受一定外力作用而不破壞的性能巖石表面抵抗工具侵入的性能，與鑿巖性密切相關(guān)。鑿巖時，比單向抗壓強(qiáng)度更有意義，指巖石表面被破壞的性能。2）硬度3）磨蝕性巖石對工具的磨蝕能力，主要與巖石的成分有關(guān)。3巖石的堅(jiān)固性堅(jiān)固性是指巖石對外界各種機(jī)械破壞的綜合抵抗能424）鑿巖性表示巖石被爆碎的難易程度：用單位原巖的炸藥消耗量和所需炮眼長度表示。巖石被鑿碎的難易程度：用每米炮眼所消耗的釬頭數(shù)，純鑿速，比能三指標(biāo)表示5）爆破性4）鑿巖性表示巖石被爆碎的難易程度：用單位原巖的炸藥消耗431普氏分級法1）基本觀點(diǎn)是巖石的堅(jiān)固性所綜合上述各特性趨于一致，即硬度、強(qiáng)度、鑿巖性、爆破性是一致的。2）分級方法用堅(jiān)固性系數(shù)f來大致概括，作為分級的根據(jù)。f=R/10,或共分10級。第三節(jié)巖石的分級

1普氏分級法1）基本觀點(diǎn)是巖石的堅(jiān)固性所綜合上述各44等級堅(jiān)固性程度典型的巖石f值Ⅰ最堅(jiān)固最堅(jiān)固、細(xì)致和有韌性的石英巖、玄武巖及其它堅(jiān)固巖石20Ⅱ很堅(jiān)固很堅(jiān)固花崗巖、石英斑巖