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1、第二章 岩石的物理性质 2.1 概述(岩石的基本特性) 2.2 岩石的基本性质指标 基本物理性质 岩石的水理性质 2.3 岩石的热学和电学性质 2.4 岩石的渗透性 2.5 岩体结构 结构面的类型和自然特性 结构体及其力学特点 岩体结构类型 2.6 岩石（体）的工程分类 完整岩块的工程分类 岩体的工程分类岩石是由矿物组成的多相体系 按成因岩石可划分为岩浆岩、沉 积岩和变质岩。 成因类型不一样，差别也很大， 因此，工程性质极为多样。 2.1 概述岩石：由矿物(或岩屑)在地质 作用下按一定规律聚集而形成 的自然物体 。这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素 。构造: 组成成分的空间分布及其相
2、互间排列关系 矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。 结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。岩浆岩的性质 岩浆岩具有较高的力学强度，可作为 各种建筑物良好的地基及天然建筑石 料。 但各类岩石的工程性质差异很大。2.1 概述沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶 结物的成分和胶结类型影响显著；粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗 剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软 化和泥化；化学岩和生物化学岩抗水性弱，常具不同 程度的可溶性。常常导致地基和边坡的失 稳。 2.1 概述变质变质 岩的性质质变质岩的工程性质与原岩密切相关，往往 与原岩的
3、性质相似或相近。变质岩的片理构造(包括板状、千枚状、片 状及片麻状构造)会使岩石具有各向异性特 征水工建筑中应注意研究其在垂直及平行于片理 构造方向上工程性质的变化。2.1 概述总而言之变质岩：不稳定与变质程度和原岩性质有关岩浆岩：强度高、均质性好沉积岩：强度不稳定，各向异性岩体(rock mass)，由地质结构面和形状 各异、大小不同的岩石块体聚合而形成 的，具有多种结构类型。地壳表层圈层经建造和改造而成的具一定 组分和结构的地质体，工程建筑的地基和 环境。显著的不连续性、不均匀性和各向异性。进行岩体力学的分析和计算，必须区分岩 体结构类型，并充分考虑结构面的力学效 应。2.1 概述岩体=岩
4、块+结构面岩 体结构 面岩块不连续面： 节理 裂隙 孔隙 断面 孔洞 层面 岩石的物理性质(容重，密度，比重，孔隙 率等数值指标) 岩石的水理性质(吸水率，饱水率，膨胀性，崩解性，抗冻性等指标) 水对岩石性状的影响2.2 基本性质指标2.2 基本性质指标岩石的容重岩石容重是指单位体积(包括岩石内孔隙体积)内岩石的重量， kN/m3。根据试样的含水情况不同，分为干容重（rd）、湿容重（r ）和饱和容重（rm） 。岩石的容重取决于组成岩石的矿物成分、孔隙大小以及含水的多少；一般在 26.528.0 kN/m3之间。随着岩石容重的增加，极限抗压强度也随着增大。一 定程度上反映了其力学性质 物理性质：
5、 物理性质：2.2 基本性质指标岩石的密度岩石密度（rock density）是指单位体积内岩石的质量， kg/m3。它是研究岩石风化、岩体稳定性、围岩压力和选取建筑材料等必需 的参数； 岩石密度又分为颗粒密度和块体密度：岩石含：固相、液相、气相。三相比例不同而密度不同。 物理性质：2.2 基本性质指标岩石的比重岩石的比重（ ）是指岩石的干的重力除以岩石的实体体积（不 包括孔隙），再与40C时水的容重相比。：绝对干燥时体积为 的岩石重量；：岩石的实体体积（不包括孔隙体积）；：水的容重。 岩石固体质量与同体积水在4时的 质量比 物理性质：2.2 基本性质指标孔隙率岩石的孔隙率分为总孔隙率（n）、
6、开口孔隙率（no）和封闭孔隙率 (nc)几种，各自的定义如下：总孔隙率：岩石试样中的孔隙体积与岩石试样的总体积的百分比； 也可由干容重和比重来计算孔隙率n，它是反映岩石致密程度和 岩石质量的重要参数。 水银充填法 物理性质： 思考：e?2.2 基本性质指标开口孔隙率（ ）：试样中与大气相通的孔隙的体积与试样总体积之比 ；封闭孔隙率（ ）：试样中封闭的孔隙（与大气不相通的孔隙）的体积与试样总体积之比；总孔隙率与开口和封闭孔隙率的关系(读2-3)岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有 吸水性、抗冻性、软化性、渗透性、膨胀性及崩解性等。岩石的吸水性岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力
7、，称为岩石的吸水性 。常用吸水率，饱和吸水率(饱水率)与饱水系数等指标表示。吸水率：岩石的吸水率（a）是指干燥岩石试件在一个大气压力 及室温条件下吸入水的重力（Ww1）与岩石的干重力（Ws）之比的百 分率，用百分数表示。 岩石的水理性质：2.2 基本性质指标含水量？2.2 基本性质指标岩石的吸水性吸水率(孔隙指数i)实验测定：烘干箱烘干不少于12小时（1050C）求得干重Ws，后放入 水中浸润1224小时，称得湿重，由此算出吸入的水重Ww1，从而求得 a 。影响因素：岩石所含孔隙的多少以及孔隙和细微裂隙的连通情况(隙 多量大-i)应用：工程上常用吸水率作为判断岩石的抗冻性及风化程度的指标 ，并
8、与其它物理力学特征值建立关系。 (读图2-4) 岩石的水理性质：2.2 基本性质指标岩石的吸水性饱水率岩石的饱水率（sa）是指岩石在高压（一般压力为15Mpa）或真 空条件下强制吸入水的重量（Ww2）与岩样干重量（Ws）之比,用百 分数表示饱水系数岩石的吸水率（ ）与饱和吸水率（ ）之比，称为饱水系数 。它反映了岩石中开口孔隙的发育程度。一般说来 ，饱水系数愈大，岩石中的开口孔隙相对愈多。饱水系数大，说明常压下吸水后余留的孔隙就愈 少，岩石愈容易被冻胀破坏，因而其抗冻性差。 岩石的水理性质：2.2 基本性质指标2.2 基本性质指标饱水系数 取值值范围围：一般岩石都介于0.50.8之间。 意义：
9、对于判别岩石的抗冻性具有重要意义 小于0.91，在冻结中水尚有膨胀和挤入剩余的敞开孔隙的余地 大于0.91，无余地，冻结中冰会对孔隙和裂隙产生“冰劈”作用，从而造成岩石的胀裂破坏。 岩石的水理性质： 岩石的水理性质：2.2 基本性质指标岩石的抗冻性岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。常用冻融系数和重力损失率 来表示。作用：评价岩石抗风化稳定性的重要指标； 影响因素：岩石抗冻性能的高低取决于造岩矿物的热物理性质，颗粒间联结强度以及岩石的含水特征等因素。坚硬矿物刚性联结组成的致密岩石抗冻性能高(花岗岩)，松软矿物等结构不致密的岩石抗冻性能低(长石、云母、绿泥石等)。2.2 基本性质指标 岩石的水理
10、性质： 岩石的抗冻性 冻融系数（ ）：是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度（ ） 与冻融前干抗压强度（ ）之比，用百分数表示(抗冻系数) 重力损失率（ ）：岩石冻融前后干试样的重力差（ ）与冻融 前干试样的重力（ ）的比值，以百分数表示即2.2 基本性质指标 岩石的水理性质：岩石的抗冻性两个参数的测定方法制备试样610块，分两组。一组进行冻融实验，一组进行干燥状态下的抗 压强度实验。冻融试样：先饱和处理，然后-200C冷冻4小时，然后200C水中 融4小时，反复进行到规定次数，最后测定岩石在冻融前后的强度变化和重力 损失。抗冻性衡量指标 抗冻系数大于75%，重力损失率不大于5%的岩石为抗冻性能
11、好的岩石。 岩石的膨胀性岩石的膨胀性是岩石浸水后体积增大的性质(粘土矿物:蒙脱石 、水云母，高岭石)；水化膜，楔劈效应，楔劈作用力大于结构 联结力。大多数结晶岩和化学岩是不具有膨胀性的，这是因为岩石中的矿物 亲水性小和结构联结力强的缘故。如果岩石中含有(片状结构矿物结晶的)绢云母、石墨和绿泥石一类 矿物，水可能渗进片状层之间，由此亲水膨胀。指标：膨胀力和膨胀率。室内试验 确定，土的固结仪 和膨胀 仪三种方法了解 岩石的水理性质：2.2 基本性质指标岩石的崩解性岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强 度的松散物质的性能。水化过程中削弱了岩石内部的结构联络而致。常见于由可溶盐
12、和粘土质胶结的沉积岩地层中。指标：耐崩解性指数。实验室内做干湿循环 试验确定。 干湿循环仪，取第二 次循环耐崩解指数岩石耐崩性分类的六个质量等级(-30-60-85-95-98-) 岩石的水理性质：2.2 基本性质指标岩石的软化性软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质，用软化系数（KR） 表示。KR定义为岩石试件的饱和抗压强度（Rcw）与干压强度的 比值，即：KR愈小则岩石软化性愈强。研究表明：岩石的软化性取决于 岩石的矿物组成(粒间连结 方式)与孔隙率。(未风化结晶岩-沉 积岩)当岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含开口空隙较 多时，岩石的软化性较强，软化系数较小。 岩石的水理性质：2.2
13、 基本性质指标容热性：比热，容积热 容导热 性：导热 系数(热导 率)热膨胀性：线胀 系数，体胀系数导电 性：电导 率，电阻率 容热性，导热性，热膨胀性，导电性2.3 岩石的热学和电学性质2.3 岩石的热学和电学性质容热性：热交换时 岩石吸收热量的能力(岩石温升1 需热量度量) 比热C：不存在相转变条件下，使单位质量岩石温度变化1时所需输 入的热量(J/(g ) 容积热容CV ：单位体积的岩石，在温度变化1时所需的热量(J/(m3 )影响因素：取决于矿物成分及含量，可作常数看。 水的影响重要 含水状态岩石的比热可用干试样的比热等指标来进行换算，公式如下 ：2.3 岩石的热学和电学性质导热 性：
14、岩石传导热 量的能力 导热系数(热导率)：温度梯度为1时，单位时间内通过单位面积岩石 所传导的热量(cal/(cm2s )多数造岩矿物介于0.400.804.007.00之间(2.10, 0.63, 0.021)，岩石与岩石 密度有关(沉积岩骨架密度1520%，一倍)，注意各向异性岩石的差异(顺高 1030%)。2.3 岩石的热学和电学性质热膨胀系数：岩石温度升高1所引起的线性伸长量(体积增长量)与 其在温度0(体积)之比值，称为线 膨胀系数或体膨胀系数 线膨胀系数 体膨胀系数体膨胀系数约为线 膨胀系数的3倍。因矿物成分不同而变化2.3 岩石的热学和电学性质导电 性：岩石介质传导电 流的能力，
15、常用电导 率或电阻率表示。学科内应用较少导电性复杂易变：矿物成分，结构，孔隙溶液的多少、化学组成、浓度等电阻率岩浆岩高，变质岩次之，沉积岩变化范围大、垂直层理较高在水力坡降作用下，水 在岩体孔隙和裂隙中的流 动，即渗流；该过程称为 渗透。而岩石的渗透性就是指 在水压力作用下，岩石的 孔隙和裂隙透过水的能力 。 概述2.4 岩石的渗透性 由水的渗透引起岩石边坡失稳、边坡变形、地基变形、岩溶渗透塌陷 等均属于岩石的渗透稳定问题。水在孔隙介质中的渗透问题，目前的研究在试验及理论上都有一定的 水平，在解决实际问题方面也能够较好地反映孔隙介质中渗流的运动 规律。而裂隙介质的渗流研究则相对欠缺。 裂隙相互连通的程度 岩石的渗透性是一个复杂的问
