巖石物理性質(zhì)課件

2.1概述2.2巖石的基本構(gòu)成和地質(zhì)分類2.3巖石的物理性質(zhì)2.4巖石的力學(xué)性質(zhì)2.5影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素

第二章巖石物理力學(xué)性質(zhì)2.1概述第二章巖石物理力學(xué)性質(zhì)1巖石是構(gòu)成地殼表層巖石圈的主題，目前人類前所未有地、廣泛地接觸和改造巖體；20世紀(jì)被譽(yù)為高層建筑的世紀(jì)，而21世紀(jì)出于環(huán)境保護(hù)等方面的原因，人類將要向地下索取更多的空間，因此專家預(yù)言21世紀(jì)將是地下工程的世紀(jì)。2.1概述巖石是構(gòu)成地殼表層巖石圈的主題，目前人類前所未有地、廣泛地接2巖石是賦存于自然界中的十分復(fù)雜的介質(zhì)，是自然界各種礦物的集合體；巖石形成后遭受了不同的地質(zhì)作用，包括地應(yīng)力變化、構(gòu)造運(yùn)動、風(fēng)化作用以及人類的改造作用；因此，巖石的力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出非線性、不連續(xù)性、不均質(zhì)性和各向異性；巖石力學(xué)需要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，為數(shù)值計(jì)算等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這是數(shù)值計(jì)算及工程施工的基礎(chǔ)；+2m2.1概述巖石是賦存于自然界中的十分復(fù)雜的介質(zhì)，是自然界各種礦物的集合32.2巖石的基本構(gòu)成和分類巖石是礦物的集合體，是天然地質(zhì)作用的產(chǎn)物。巖石是構(gòu)成巖體的基本組成單位，在以巖體為研究對象時，可以看成是均勻的；巖石中存在微裂隙、粒間空隙、晶格缺陷等微結(jié)構(gòu)面；2.2巖石的基本構(gòu)成和分類巖石是礦物的集合體，是天然地質(zhì)作4巖石的基本構(gòu)成巖石中微結(jié)構(gòu)面包括：晶粒邊界、微裂隙、粒間空隙、晶格缺陷等巖石的基本構(gòu)成巖石中微結(jié)構(gòu)面包括：晶粒邊界、微裂隙、粒間空隙5巖石的基本構(gòu)成巖石的基本構(gòu)成是由組成巖石的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)兩大方面來決定的造巖礦物主要有：正長石、斜長石、石英、黑云母、白云母、角閃石、輝石、方解石、白云石、高嶺石、赤鐵礦等，巖石中礦物成分會影響巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性；巖石的結(jié)構(gòu)類型：結(jié)晶連接、膠結(jié)連接、微結(jié)構(gòu)面（包括礦物的解理、晶格缺陷、晶粒邊界、粒間空隙、微裂隙等）；微結(jié)構(gòu)對于巖石物理力學(xué)性質(zhì)的影響大大降低巖石的強(qiáng)度（格里菲斯理論的解釋，在低圍壓下明顯）；微結(jié)構(gòu)面具有方向性，致使巖石各向異性；增大了巖石的變形，改變巖石的彈性波速、電阻率和導(dǎo)熱系數(shù)等物理參數(shù)；巖石的基本構(gòu)成巖石的基本構(gòu)成是由組成巖石的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)兩大6巖石的地質(zhì)成因分類

可以分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖巖漿巖：巖漿冷凝后形成的，又可分為深成巖、淺成巖和噴出巖（火山巖）；深成巖常見巖石：花崗巖、閃長巖、花崗閃長巖、石英閃長巖；淺成巖常見巖石：花崗斑巖、閃長玢巖、偉晶巖、輝綠巖；噴出巖常見巖石：玄武巖、安山巖和流紋巖巖石的地質(zhì)成因分類可以分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖7沉積巖（水成巖）：由風(fēng)化剝蝕作用或火山作用形成的物質(zhì)，在原地或被外力搬運(yùn)，在適當(dāng)?shù)臈l件下沉積下來，經(jīng)膠結(jié)和成巖作用而形成的；又細(xì)分為：火山碎屑巖、膠結(jié)碎屑巖、粘土巖、化學(xué)巖和生物巖；火山碎屑巖常見巖石：火山集塊巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r；膠結(jié)碎屑巖常見巖石：各種礫巖、砂巖、粉砂巖、膠結(jié)碎屑巖；粘土巖常見巖石：頁巖、泥巖；化學(xué)巖和生物巖常見巖石：碳酸鹽類巖石（石灰?guī)r和白云巖）巖石的地質(zhì)成因分類沉積巖（水成巖）：由風(fēng)化剝蝕作用或火山作用形成的物質(zhì)，在原8變質(zhì)巖：在已有巖石的基礎(chǔ)上，經(jīng)過變質(zhì)混合作用后形成的。可分為接觸變質(zhì)巖、動力變質(zhì)巖、區(qū)域變質(zhì)巖；動力變質(zhì)巖常見巖石：壓碎巖、角礫巖、糜棱巖；區(qū)域變質(zhì)巖常見巖石：片麻巖、片巖、千枚巖、板巖、石英巖、大理巖；巖石的地質(zhì)成因分類變質(zhì)巖：在已有巖石的基礎(chǔ)上，經(jīng)過變質(zhì)混合作用后形成的。可分為92.3巖石的物理性質(zhì)2.3.1巖石的容重2.3.2巖石的比重2.3.3巖石的孔隙性2.3.4巖石的水理性2.3巖石的物理性質(zhì)2.3.1巖石的容重10巖石的容重指巖石單位體積（包括巖石內(nèi)孔隙體積）的重量。巖石容重表達(dá)式為式中，為巖石容重（kN/m-3）；W為被測巖樣的重量（kN）；V為被測巖樣的體積（m3）。

巖石的容重取決于組成巖石的礦物成分、孔隙發(fā)育程度及其含水量。巖石容重的大小，在一定程度上反映出巖石力學(xué)性質(zhì)的優(yōu)劣。一般地，巖石容重愈大，其力學(xué)性質(zhì)也愈好，反之則愈差。2.3.1巖石的容重巖石的容重指巖石單位體積（包括巖石內(nèi)孔隙體積）的重量。巖石容112.3.1巖石的容重巖石力學(xué)計(jì)算及工程設(shè)計(jì)中常用到巖石容重。根據(jù)巖石的含水狀況，將容重分為天然容重（）、干容重（）和飽和容重（）。2.3.1巖石的容重巖石力學(xué)計(jì)算及工程設(shè)計(jì)中常用到巖石容重122.3.1巖石的容重測量巖石的容重可采用量積法（直接法）、水中法和蠟封法。選用依據(jù)——巖石的性質(zhì)和形態(tài)量積法測定巖石容重適用于能制備成規(guī)則試樣的巖石。測定試件的平均斷面面積A，平均高度h以及試樣的重量W，代入式容重表達(dá)式即求得巖石的天然容重。若試樣在105℃

~110℃溫度下烘干24小時稱重，可測定巖石的干容重（）：gs——巖樣烘干24小時后的重量（kN）2.3.1巖石的容重測量巖石的容重可采用量積法（直接法）、132.3.1巖石的容重水中稱重法測定巖石的容重首先稱量出不規(guī)則巖樣的重量（W），再根據(jù)阿基米德原理測定出不規(guī)則巖樣的體積（V），由容重公式求得天然容重（γ）。還可用同一巖樣測定巖石的吸水率和飽和吸水率。不適用于遇水崩解、溶解和干縮濕脹的巖石。蠟封法測定巖石容重計(jì)算巖石干容重的公式為：gs為干巖樣重量；g1為蠟封后的巖樣重量；g2為浸入純水中稱得的重量；為蠟的容重。適用于前兩種方法不能測定的的巖石。2.3.1巖石的容重水中稱重法測定巖石的容重14巖石的比重：巖石固體部分重量與4℃時同體積水的重量的比值，即2.3.2巖石的比重式中，Gs為巖石的比重；Ws為體積為V的巖石固體部分的重量（kN）；Vs為巖石固體部分（不包括孔隙）的體積（m3）；rw為4℃時單位體積水的重量（kN/m-3）。巖石的比重，數(shù)值上等于其密度。巖石的比重：巖石固體部分重量與4℃時同體積水的重量的比值，即152.3.3巖石的孔隙性天然巖石中含有數(shù)量不等、成因各異的孔隙和裂隙，它們對巖石力學(xué)的影響基本一致，工程實(shí)踐中難以分開，通稱為巖石的孔隙性。用孔隙率n表示。巖石的孔隙率n是指巖石孔隙的體積與巖石總體積的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。巖石的孔隙(裂隙、孔隙)

閉孔隙開孔隙大開孔隙小開孔隙2.3.3巖石的孔隙性天然巖石中含有數(shù)量不等、成因各異的孔16總孔隙率(n)總開孔隙率(no)大開孔隙率(nb)小開孔隙率(ns)閉孔隙率(nc)巖石孔隙率2.3.3巖石的孔隙性隙比總孔隙率(n)巖石孔隙率2.3.3巖石的孔隙性隙比17孔隙率是衡量巖石工程質(zhì)量的重要物理性質(zhì)指標(biāo)之一。巖石的孔隙率反映了孔隙和裂隙在巖石中所占的百分比，孔隙率愈大，巖石力學(xué)性能則愈差。2.3.3巖石的孔隙性孔隙率是衡量巖石工程質(zhì)量的重要物理性質(zhì)指標(biāo)之一。巖石的孔隙率18吸水性定義：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。吸水率(Wa)：巖石試件在大氣壓力和室溫條件下自由吸入水的質(zhì)量(mw1)與巖樣干質(zhì)量(ms)之比，用百分?jǐn)?shù)表示2.3.4巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)指巖石與水相互作用時所表現(xiàn)的性質(zhì)，包括巖石的吸水性、透水性、軟化性和抗凍性。吸水性2.3.4巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)指巖石與水相互19飽和吸水率巖石的飽和吸水率(Wp)是指巖石試件在高壓(一般壓力為15MPa)或真空條件下吸入水的質(zhì)量(mw2)與巖樣干質(zhì)量(ms)之比，用百分?jǐn)?shù)表示，即飽水系數(shù)巖石的吸水率(Wa)與飽和吸水率(Wp)之比，稱為飽水系數(shù)。它反映了巖石中大、小開空隙的相對比例關(guān)系。巖石的吸水性飽和吸水率飽水系數(shù)巖石的吸水性20巖石的吸水性國外采用高壓設(shè)備，測定巖石的飽和吸水率；國內(nèi)常用真空抽氣法或煮沸法測定飽和吸水率。巖石的吸水性國外采用高壓設(shè)備，測定巖石的飽和吸水率；國內(nèi)常用21巖石的透水性在一定的水力梯度或壓力差作用下，巖石能被水透過的性質(zhì)，稱為透水性。水只能沿連通孔隙滲透，主要決定于巖石孔隙的大小、方向及其互相連通情況一般認(rèn)為，水在巖石中的流動，如同水在土中流動一樣，也服從于線性滲流規(guī)律——達(dá)西定律，即巖石的透水性在一定的水力梯度或壓力差作用下，巖石能被水透過的22幾種巖石的滲透系數(shù)值幾種巖石的滲透系數(shù)值23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，軟化系數(shù)(KR)為巖石試件的飽和抗壓強(qiáng)度(σcw)與干抗壓強(qiáng)度(σc)的比值巖石中含有較多的親水性和可溶性礦物，大開孔隙較多，巖石的軟化性較強(qiáng)，軟化系數(shù)較小。KR＞0.75，巖石的軟化性弱，工程地質(zhì)性質(zhì)較好KR＜0.75，巖石軟化性較強(qiáng)，工程地質(zhì)性質(zhì)較差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，巖石中24巖石的抗凍性巖石抵抗凍融破壞的能力，稱為抗凍性。抗凍系數(shù)(cf)：巖樣在±25℃的溫度區(qū)間內(nèi)，反復(fù)降溫、凍結(jié)、升溫、融解，其抗壓強(qiáng)度有所下降，巖樣抗壓強(qiáng)度的下降值與凍融前的抗壓強(qiáng)度的比值，用百分率表示，即式中，cf為巖石的抗凍系數(shù)；σc為巖樣凍融前的抗壓強(qiáng)度（kPa）；σcf為巖樣凍融后的抗壓強(qiáng)度（kPa）巖石的抗凍性巖石