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1、2.1 概述 2.2 岩石的基本构成和地质分类 2.3 岩石的物理性质 2.4 岩石的力学性质 2.5 影响岩石力学性质的主要因素,第二章 岩石物理力学性质,岩石是构成地壳表层岩石圈的主题，目前人类前所未有地、广泛地接触和改造岩体； 20世纪被誉为高层建筑的世纪，而21世纪出于环境保护等方面的原因，人类将要向地下索取更多的空间，因此专家预言21世纪将是地下工程的世纪。,2.1 概述,岩石是赋存于自然界中的十分复杂的介质，是自然界各种矿物的集合体； 岩石形成后遭受了不同的地质作用，包括地应力变化、构造运动、风化作用以及人类的改造作用； 因此，岩石的力学性质表现出非线性、不连续性、不均质性和各向异
2、性； 岩石力学需要以实验为基础，为数值计算等提供基础数据，这是数值计算及工程施工的基础；,2.1 概述,2.2 岩石的基本构成和分类,岩石是矿物的集合体，是天然地质作用的产物。 岩石是构成岩体的基本组成单位，在以岩体为研究对象时，可以看成是均匀的； 岩石中存在微裂隙、粒间空隙、晶格缺陷等微结构面；,岩石的基本构成,岩石中微结构面包括：晶粒边界、微裂隙、粒间空隙、晶格缺陷等,岩石的基本构成,岩石的基本构成是由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的 造岩矿物主要有：正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石、赤铁矿等，岩石中矿物成分会影响岩石的物理力学性质和稳定性
3、； 岩石的结构类型：结晶连接、胶结连接、微结构面（包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙等）； 微结构对于岩石物理力学性质的影响 大大降低岩石的强度（格里菲斯理论的解释，在低围压下明显）； 微结构面具有方向性，致使岩石各向异性； 增大了岩石的变形，改变岩石的弹性波速、电阻率和导热系数等物理参数；,岩石的地质成因分类,可以分为岩浆岩、沉积岩和变质岩 岩浆岩：岩浆冷凝后形成的，又可分为深成岩、浅成岩和喷出岩（火山岩）； 深成岩常见岩石：花岗岩、闪长岩、花岗闪长岩、石英闪长岩； 浅成岩常见岩石：花岗斑岩、闪长玢岩、伟晶岩、辉绿岩； 喷出岩常见岩石：玄武岩、安山岩和流纹岩,沉积岩（水成岩
4、）：由风化剥蚀作用或火山作 用形成的物质，在原地或被外力搬运，在适当的条件下沉积下来，经胶结和成岩作用而形成的；又细分为：火山碎屑岩、胶结碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物岩； 火山碎屑岩常见岩石：火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩； 胶结碎屑岩常见岩石：各种砾岩、砂岩、粉砂岩、胶结碎屑岩； 粘土岩常见岩石：页岩、泥岩； 化学岩和生物岩常见岩石：碳酸盐类岩石（石灰岩和白云岩）,岩石的地质成因分类,变质岩：在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后形成的。可分为接触变质岩、动力变质岩、区域变质岩； 动力变质岩常见岩石：压碎岩、角砾岩、糜棱岩； 区域变质岩常见岩石：片麻岩、片岩、千枚岩、板岩、石英岩、大理岩；,
5、岩石的地质成因分类,2.3 岩石的物理性质,2.3.1 岩石的容重 2.3.2 岩石的比重 2.3.3 岩石的孔隙性 2.3.4 岩石的水理性,岩石的容重指岩石单位体积（包括岩石内孔隙体积）的重量。岩石容重表达式为 式中，为岩石容重（kN/m-3）；W为被测岩样的重量（kN）；V为被测岩样的体积（m3）。 岩石的容重取决于组成岩石的矿物成分、孔隙发育程度及其含水量。岩石容重的大小，在一定程度上反映出岩石力学性质的优劣。一般地，岩石容重愈大，其力学性质也愈好，反之则愈差。,2.3.1 岩石的容重,2.3.1 岩石的容重,岩石力学计算及工程设计中常用到岩石容重。根据岩石的含 水状况，将容重分为天然
6、容重（ ）、干容重（ ）和饱和容重（ ）。,2.3.1 岩石的容重,测量岩石的容重可采用量积法（直接法）、水中法和蜡封法。选用依据岩石的性质和形态,量积法测定岩石容重 适用于能制备成规则试样的岩石。 测定试件的平均断面面积A，平均高度h 以及试样的重量W，代入式容重表达式即求得岩石的天然容重。 若试样在105 110 温度下烘干24小时称重，可测定岩石的干容重（ ）： gs岩样烘干24小时后的重量（kN）,2.3.1 岩石的容重,水中称重法测定岩石的容重 首先称量出不规则岩样的重量（W），再根据阿基米德原理测定出不规则岩样的体积（V），由容重公式求得天然容重（ ）。 还可用同一岩样测定岩石的吸
7、水率和饱和吸水率。 不适用于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石。 蜡封法测定岩石容重 计算岩石干容重的公式为： gs为干岩样重量；g1为蜡封后的岩样重量；g2为浸入纯水中称得的重量； 为蜡的容重。 适用于前两种方法不能测定的的岩石。,岩石的比重：岩石固体部分重量与4时同体积水的重量的比值，即,2.3.2 岩石的比重,式中，Gs为岩石的比重；Ws为体积为V的岩石固体部分的重量（kN）；Vs为岩石固体部分（不包括孔隙）的体积（m3）；rw为4时单位体积水的重量（kN/m-3）。 岩石的比重，数值上等于其密度。,2.3.3 岩石的孔隙性,天然岩石中含有数量不等、成因各异的孔隙和裂隙，它们对岩石力学的影响
8、基本一致，工程实践中难以分开，通称为岩石的孔隙性。用孔隙率n表示。 岩石的孔隙率n是指岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值，以百分数表示。,岩石的孔隙 (裂隙、孔隙),闭孔隙,开孔隙,大开孔隙,小开孔隙,总孔隙率(n) 总开孔隙率(no) 大开孔隙率(nb) 小开孔隙率(ns) 闭孔隙率(nc),岩石孔隙率,2.3.3 岩石的孔隙性,隙比,孔隙率是衡量岩石工程质量的重要物理性质指标之一。岩石的孔隙率反映了孔隙和裂隙在岩石中所占的百分比，孔隙率愈大，岩石力学性能则愈差。,2.3.3 岩石的孔隙性,吸水性 定义：岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。 吸水率(Wa)：岩石试件在大气压
9、力和室温条件下自由吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示,2.3.4 岩石的水理性质,岩石的水理性质指岩石与水相互作用时所表现的性质，包括岩石的吸水性、透水性、软化性和抗冻性。,饱和吸水率 岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩石试件在高压(一般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量(mw2)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示，即,饱水系数 岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(Wp)之比，称为饱水系数。它反映了岩石中大、小开空隙的相对比例关系。,岩石的吸水性,岩石的吸水性,国外采用高压设备，测定岩石的饱和吸水率；国内常用真空抽气法或煮沸法测定饱和吸水率。,岩石的透水性,在一
10、定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过的性质，称为透水性。 水只能沿连通孔隙渗透，主要决定于岩石孔隙的大小、方向及其互相连通情况 一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流动一样，也服从于线性渗流规律达西定律，即,几种岩石的渗透系数值,岩石的软化性,岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性， 软化系数(KR)为岩石试件的饱和抗压强度(cw)与干抗压强度(c)的比值,岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，大开孔隙较多，岩石的软化性较强，软化系数较小。 KR0.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好 KR0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差,岩石的抗冻性,岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。 抗冻系数(cf)：岩样在25 的温度区间内，反复降温、冻结、升温、融解，其抗压强度有所下降，岩样抗压强度的下降值与冻融前的抗压强度的比值，用百分率表示，即,式中，cf为岩石的抗冻系数；c为岩样冻融前的抗压强度（kPa）； cf为岩样冻融后的抗压强度（kPa）,岩石的抗冻性,cf 越小，岩石抗冻性越好;,岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因是： 构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时，由于矿物的胀、缩不均而导致岩石结构的破坏； 当温度降到0 以下时，岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变，直至破坏。,
