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1、2-5 影响岩石力学性质的因素,一、矿物成分对岩石力学性质的影响 1、矿物硬度的影响 矿物硬度大，岩石的弹性越明显，强度越高。 如岩浆岩，橄榄石等矿物含量的增多，弹性越明显，强度越高； 沉积岩中，砂岩的弹性及强度随石英含量的增加而增高；石灰岩的弹性和强度随硅质物含量的增加而增高。 变质岩中，含硬度低的矿物（如云母、滑石、蒙脱石、伊利石、高岭石等）越多，强度越低。,2,2、不稳定矿物的影响 化学性质不稳定的矿物，如黄铁矿、霞石以及易溶于水的盐类，如石膏、滑石、钾盐等，具有易变性和溶解性。含有这些矿物的岩石其力学性质随时间而变化。 3、粘土矿物的影响 含有粘土矿物（蒙脱石、伊利石、高岭石等）的岩石
2、，遇水时发生膨胀和软化，强度降低很大。,3,4,二、岩石的结构构造对岩石力学性质的影响,1、岩石结构的影响 岩石的结构指岩石中晶粒或岩石颗粒的大小、形状以及结合方式。 岩浆岩：粒状结构、斑状结构、玻璃质结构； 沉积岩：粒状结构、片架结构、斑基结构； 变质岩：板理结构、片理结构、片麻理结构。 岩石的结构对岩石力学性质的影响主要表现在结构的差异上。例如：粒状结构中，等粒结构比非等粒结构强度高；在等粒结构中，细粒结构比粗粒结构强度高。,5,a,6,b,7,2、岩石构造的影响 岩石的构造指岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体与其他组成部分之间的排列方式及充填方式。 岩浆岩：颗粒排列无一定的方向，形成块
3、状构造； 沉积岩：层理构造、页片状构造； 变质岩：板状构造、片理构造、片麻理构造。 层理、片理、板理和流面构造等统称为层状构造。 宏观上，块状构造的岩石多具有各向同性特征，而层状构造岩石具有各向异性特征。,8,三、水对岩石力学性能的影响,岩石中的水,水对岩石力学性质的影响与岩石的孔隙性和水理性（吸水性、软化性、崩解性、膨胀性、抗冻性）有关。 水对岩石力学性质的影响主要体现在5个方面： 连结作用、润滑作用、水楔作用、孔隙压力作用、溶蚀及潜蚀作用。,结合水（连结、润滑、水楔作用）,重力水（自由水）（孔隙压力、溶蚀及潜蚀作用）。,10,1、连结作用：束缚在矿物表面的水分子通过其吸引力将矿物颗粒拉近，
4、起连结作用。这种作用相对于矿物颗粒间的连结强度非常微弱，故对岩石力学性质影响很小，但对于被土充填的结构面的力学性质影响很明显。 2、润滑作用：由可溶盐、胶体矿物连结的岩石，当水浸入时，可溶盐溶解，胶体水解，导致矿物颗粒间的连结力减弱，摩擦力降低，水起到润滑作用。,3、水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸引力将水分子拉到自己周围，在颗粒接触处由于吸引力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入，这种现象称为水楔作用。,水楔作用的两种结果：一是岩石体积膨胀，产生膨胀压力；二是水胶连结代替胶体及可溶盐连结，产生润滑作用，岩石强度降低。,12,13,4、孔隙
5、水压力作用：对于孔隙或裂隙中含有自由水的岩石，当其突然受荷载作用水来不及排出时，会产生很高的孔隙水压力，减小了颗粒之间的压应力，从而降低了岩石的抗剪强度。尖端甚至形成拉应力（水压致裂例子） 5、溶蚀潜蚀作用：水在岩石中渗透的过程中，可将可溶物质溶解带走（溶蚀），有时将岩石中的小颗粒冲走（潜蚀），从而使岩石强度大为降低，变形增大。,水对岩石强度的影响通常用软化系数表示。,14,X:y,1:1.25,15,16,原因分析 A. 边坡失稳的地形地貌因素 公路深路堑的开挖, 改变了原有坡体的平衡状态并形成新的临空面, 暴露了坡体中软弱夹层。 B. 边坡失稳的岩土体因素 粘粒含量较高的原生软弱夹层, 在
6、早期构造运动下产生层间错动、岩层十分破碎, 整体性很差。在强烈潜蚀作用下, 随着层中粘粒等细颗粒在潜蚀作用下被带走, 岩土体结构破坏, 其裂隙也随潜蚀的作用快速贯通, 这些无疑加速了滑动面的形成。 通过对软弱夹层地下水的试验表明, 水中粘粒的含量约为6% , 说明地下水的潜蚀作用十分严重。在水的作用下, 软弱夹层控制着坡体的变形破坏。,17,c. 边坡失稳降雨的诱发因素 2001年该地区出现几十年未遇的特大旱情,由于大旱后被砂粘土层覆盖的风化壳型边坡, 经过强烈蒸发后, 地下水位出现不同程度的降低, 形成深厚的非饱和区, 使坡体内的地下水位对表水进入反应敏感。2002年4 月, 当地出现连续暴
7、雨, 雨势急猛, 月降雨量高达500 600mm, 大量雨水汇集浸入坡体, 边坡剪出口出水量亦随之增大、混浊。经取样试验(见表1) , 大荒田边坡大旱降雨 后, 内摩擦角平均降低了31.1%, c 值平均降低了 45.0%, 通过计算知, 2001年10月大旱时边坡的稳定系数为1.07, 而在2002年4月降雨后则剧降至0.89。,四、 温度对岩石力学性能的影响,不同温度下岩石的变形特征和强度,一般而言，随着温度的增高，岩石的延性加大，屈服点降低，强度也降低。,19,五、 加载速度对岩石力学性能的影响,加载速度对岩石的变形性质和强度指标有明显的影响：加载速度越快，测得的弹性模量越大，强度指标越
8、高。 国际岩石力学学会（ISRM)建议加载速度为0.51MPa/s,一般从开始试验直至岩石试件破坏的时间为510分钟。,20,六、 受力状态对岩石力学性能的影响,岩石的脆性和塑性并非岩石固有的性质，而与岩石的受力状态有关，随着受力状态的变化，其脆性和塑性时可以相互转化的。 例如坚硬的花岗岩在很高的地应力条件下，表现出明显的塑性变形。这与试验结果吻合。,21,七、 风化对岩石力学性能的影响,风化程度不同，对岩石力学性质的影响程度也不同： 1、降低岩体结构面的粗糙程度并产生新的裂隙，使岩体分裂成更小的碎块，进一步破坏岩体的完整性。 2、岩石在化学风化过程中，矿物成分发生变化，原生矿物受水解、水化、
9、氧化等作用，逐渐为次生矿物所代替，特别是产生粘土矿物，并随着风化程度的加深，这类矿物逐渐增多。,22,七、 风化对岩石力学性能的影响,3、由于岩石和岩体的成分结构和构造的变化，岩体的物理力学性质也随之变化。一般：抗水性降低，亲水性增高（如膨胀性、崩解性、软化性增强），强度降低，压缩性加大，孔隙性增加，透水性增强（但当风化剧烈，粘土矿物较多时，透水性又趋于降）。 总之，岩体在风化营力作用下，岩体的力学性质大大恶化。,23,小结,1、流变、蠕变、应力松弛、弹性后效； 2、典型的蠕变曲线； 3、岩石的流变元件； 4、影响岩石力学性质的因素 矿物成分、结构构造、水、温度、加载速度、受力状态、风化作用。,
