《岩土力学研究生课件3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩土力学研究生课件3（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、岩石的密度岩石的密度岩岩石石密密度度（rock rock densitydensity）是是指指单单位位体体积积内内岩岩石石的的质质量量，单位为单位为g/cmg/cm3 3。它它是是研研究究岩岩石石风风化化、岩岩体体稳稳定定性性、围围岩岩压压力力和和选选取取建建筑材料等必需的参数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：岩石密度又分为颗粒密度和块体密度：1.2.2 1.2.2 岩石的基本物理性质岩石的基本物理性质颗粒密度颗粒密度岩石的颗粒密度岩石的颗粒密度（s s）是指岩石固体相部分的质量与其是指岩石固体相部分的质量与其体积的比值。它不包括空隙在内，因此其大小仅取决于组体积的比值
2、。它不包括空隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量。成岩石的矿物密度及其含量。岩石的颗粒密度属实测指标，常用比重瓶法进行测定。岩石的颗粒密度属实测指标，常用比重瓶法进行测定。 物理性质物理性质：1.2.2 1.2.2 岩石的基本物理性质岩石的基本物理性质块体密度块体密度块体密度体密度（或岩石密度）是指岩石（或岩石密度）是指岩石单位体位体积内的内的质量，按岩石量，按岩石试件件的含水状的含水状态，又有干密度（，又有干密度（d d）、）、饱和密度（和密度（satsat）、）、和天然密度和天然密度（）之分，在未指明含水状之分，在未指明含水状态时一般是指岩石的天然密度。一般是指岩石的天然密
3、度。 d d= = （1-161-16） satsat= = （1-171-17） （1-181-18） 物理性质物理性质：1.2.2 1.2.2 岩石的基本物理性质岩石的基本物理性质岩石的空隙性岩石的空隙性岩石的空隙率分岩石的空隙率分为总空隙率（空隙率（n n）、）、总开空隙率（开空隙率（n n0 0）、）、大开空隙率大开空隙率（n nb b）、）、小开空隙率（小开空隙率（n na a）和和闭空隙率空隙率( (n nc c) )几种，各自的定几种，各自的定义如下：如下： n= *100%=(1- )100% （1-4） n0= *100% （1-5） nb= *100% （1-6） na=
4、*100%=n0-nb （1-7） nc= *100%=n-n0 （1-8） 物理性质物理性质：1.2.2 1.2.2 岩石的基本物理性质岩石的基本物理性质岩岩石石在在水水溶溶液液作作用用下下表表现现出出来来的的性性质质，称称为为水水理理性性质质。主主要要有有吸吸水水性、软化性、抗冻性、渗透性、膨胀性及崩解性性、软化性、抗冻性、渗透性、膨胀性及崩解性等。等。1)1) 岩石的吸水性岩石的吸水性岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性岩石的吸水性。常。常用吸水率，饱和吸水率与饱水系数等指标表示。用吸水率，饱和吸水率与饱水系数等指标表示。(1(
5、1）吸水率：）吸水率：岩石的吸水率（岩石的吸水率（ a a）是指岩石是指岩石试件在大气件在大气压力条件下自由力条件下自由吸入水的吸入水的质量（量（m mw1w1）与岩与岩样干干质量（量（m ms s）之比，用百分数表示，之比，用百分数表示，岩石的岩石的颗粒密度属实测指标，常用比重瓶法进行测定。颗粒密度属实测指标，常用比重瓶法进行测定。 岩石的水理性质岩石的水理性质：1.2 .3 1.2 .3 岩石的水理性质岩石的水理性质饱和吸水率饱和吸水率岩岩石石的的饱和和吸吸水水率率（ ）是是指指岩岩石石在在高高压（一一般般压力力为15Mpa15Mpa）或或真真空空条件下吸入水的条件下吸入水的质量（量（m
6、mw2w2）与岩与岩样干干质量（量（m ms s）之比之比, ,用百分数表示，用百分数表示， 岩石的水理性质岩石的水理性质：1.2 .3 1.2 .3 岩石的水理性质岩石的水理性质 p= 100% （1-11）在高压（或真空）条件下，总开空隙率可表示为：在高压（或真空）条件下，总开空隙率可表示为：n n0 0= 100%= = 100%= =d d P P （1-121-12）它反映了岩石总开空隙率的发育程度，因此亦可间接地用它来判定岩石的它反映了岩石总开空隙率的发育程度，因此亦可间接地用它来判定岩石的风化能力和抗冻性。风化能力和抗冻性。 饱水系数饱水系数岩石的吸水率（岩石的吸水率（ a a）
7、与与饱和吸水率（和吸水率（ p p）之比，称之比，称为饱水系数。水系数。它反映了岩石中大、小开空隙的相它反映了岩石中大、小开空隙的相对比例关系。比例关系。一般一般说来，来，饱水系数愈大，岩石中的大开空隙相水系数愈大，岩石中的大开空隙相对愈多，而小愈多，而小开空隙相开空隙相对愈少。愈少。饱水系数大，水系数大，说明常明常压下吸水后余留的空隙就愈少，岩石愈容下吸水后余留的空隙就愈少，岩石愈容易被易被冻胀破坏，因而其抗破坏，因而其抗冻性差。性差。 岩石的水理性质岩石的水理性质：1.2 .3 1.2 .3 岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的软化性岩石的软化性岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为岩石浸水饱和
8、后强度降低的性质，称为软化性软化性，用软化系数（，用软化系数（K KR R）表示。表示。K KR R定义为岩石试件的饱和抗压强度（定义为岩石试件的饱和抗压强度（R Rcwcw）与干压强度的比值与干压强度的比值，即： （1-13）K KR R愈小愈小则岩石岩石软化性愈化性愈强强。研究表明：岩石的。研究表明：岩石的软化性取决于岩石的化性取决于岩石的矿物物组成与空隙性。成与空隙性。当岩石中含有当岩石中含有较多的多的亲水性和可溶性水性和可溶性矿物，且含大开空隙物，且含大开空隙较多多时，岩石的岩石的软化性化性较强强，软化系数化系数较小。小。 岩石的水理性质岩石的水理性质：1.2 .3 1.2 .3 岩石
9、的水理性质岩石的水理性质岩石的抗冻性岩石的抗冻性岩岩石石抵抵抗抗冻冻融融破破坏坏的的能能力力，称称为为抗抗冻冻性性。常常用用冻冻融融系系数数和和质质量量损损失失率率来表示。来表示。冻冻融融系系数数（RdRd）是是指指岩岩石石试试件件经经反反复复冻冻融融后后的的干干抗抗压压强强度度（Rc2Rc2）与与冻冻融前干抗压强度（融前干抗压强度（Rc1Rc1）之比，用百分数表示，之比，用百分数表示， 质量损失率（质量损失率（K Km m）是指冻融试验前后干质量之差（是指冻融试验前后干质量之差（m ms1s1- -m ms2s2）与试验前干与试验前干质量（质量（m ms1s1）之比，以百分数表示即之比，以百
10、分数表示即 岩石的水理性质岩石的水理性质：1.2 .3 1.2 .3 岩石的水理性质岩石的水理性质 岩石的膨胀性岩石的膨胀性岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。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。如果岩石中含有绢云母、石墨和绿亲水性小和结构联结力强的缘故。如果岩石中含有绢云母、石墨和绿泥石一类矿物，由于这些矿物结晶具有片状结构的特点，水可能渗进泥石一类矿物，由于这些矿物结晶具有片状结构的特点，水可能渗进片状层之间，同样产生楔劈效应，有时也
11、会引起岩石体积增大。片状层之间，同样产生楔劈效应，有时也会引起岩石体积增大。岩石膨岩石膨胀大小一般用膨大小一般用膨胀力和膨力和膨胀率两率两项指指标表示，表示，这些指些指标可通可通过室内室内试验确定。目前国内大多采用土的固确定。目前国内大多采用土的固结仪和膨和膨胀仪的方法的方法测定定岩石的膨岩石的膨胀性性。 岩石的水理性质岩石的水理性质：1.2 .3 1.2 .3 岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的崩解性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。这种现象是由于水化过程中削弱了岩石内部强度的
12、松散物质的性能。这种现象是由于水化过程中削弱了岩石内部的结构联络引起的。常见于由可溶盐和粘土质胶结的沉积岩地层中。的结构联络引起的。常见于由可溶盐和粘土质胶结的沉积岩地层中。岩石崩解性一般用岩石的耐崩解性指数表示。这项指标可以在实验岩石崩解性一般用岩石的耐崩解性指数表示。这项指标可以在实验室室内做干湿循内做干湿循环试验确定。确定。 岩石的水理性质岩石的水理性质：1.2 .3 1.2 .3 岩石的水理性质岩石的水理性质岩体工程分类既是工程岩体稳定性分析的基础，也是评价岩体工程岩体工程分类既是工程岩体稳定性分析的基础，也是评价岩体工程地质条件的一个重要途径。岩体工程分类实际上是通过岩体的一些简地质
13、条件的一个重要途径。岩体工程分类实际上是通过岩体的一些简单和容易实测的指标，把工程地质条件和岩体的力学性质联系起来，单和容易实测的指标，把工程地质条件和岩体的力学性质联系起来，并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，对并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，对岩体进行归类的一种工作方法。其目的是通过分类，概括地反映各类岩体进行归类的一种工作方法。其目的是通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题。为工程设计、工程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题。为工程设计、加固、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据。加固、建筑物选型
14、和施工方法选择等提供参数和依据。目前国内外已提出的岩体分目前国内外已提出的岩体分类方案得到大家共方案得到大家共识的有数十种之多，的有数十种之多，多以考多以考虑地下洞室地下洞室围岩岩稳定性定性为主。有定性的，也有定量或半定量的，主。有定性的，也有定量或半定量的，有有单一因素分一因素分类，也有考，也有考虑多种因素的多种因素的综合分合分类。各种方案所考。各种方案所考虑的的原原则和因素也不尽相同，但岩体的完整性和成和因素也不尽相同，但岩体的完整性和成层条件、岩条件、岩块强强度、度、结构面构面发育情况和地下水等因素都不同程度地考育情况和地下水等因素都不同程度地考虑到了。下面主要介到了。下面主要介绍几种国
15、内外在水工建几种国内外在水工建设工程中工程中应用用较广、影响广、影响较大的分大的分类方法。方法。 1.4.1 1.4.1 岩体的工程分类岩体的工程分类美国伊利诺斯大学用岩体质量指标美国伊利诺斯大学用岩体质量指标RQDRQD来表示岩石的完整性。来表示岩石的完整性。采用直径为采用直径为75mm75mm的双层岩心管金刚石钻进，提取直径为的双层岩心管金刚石钻进，提取直径为54mm54mm的岩心，的岩心，将长度小于将长度小于10cm10cm的破碎岩心及软弱物质剔除，然后测量大于或等于的破碎岩心及软弱物质剔除，然后测量大于或等于10cm10cm长柱状岩心的总长度长柱状岩心的总长度( (L Lp p) )。
16、用这一有效的岩心长度与采集岩心段用这一有效的岩心长度与采集岩心段的钻孔总进尺的钻孔总进尺( (L L) )之比，取其百分数就是之比，取其百分数就是RQDRQD。按照按照RQDRQD值大小可把岩石分成五个质量等级值大小可把岩石分成五个质量等级 按岩体质量指标分级按岩体质量指标分级：1.4.1 1.4.1 岩体的工程分类岩体的工程分类由由比比尼尼卫斯斯基基（BienawskiBienawski，19731973）提提出出，后后经多多次次修修改改，于于19891989年年发表在表在工程岩体分工程岩体分类一一书中。中。该分分类系系统由由岩岩块强强度度、RQDRQD值、节理理间距距、节理理条条件件及及地
17、地下下水水5 5类指指标组成成。分分类时，根根据据各各类指指标的的数数值，按按表表1-7A1-7A的的标准准评分，求和得分，求和得总分分RMRRMR值。然然后后按按表表1-7B1-7B和和表表1-81-8的的规定定对总分分作作适适当当的的修修正正，即即再再根根据据节理理裂裂隙隙的的产状状变化化对初初值加加以以修修正正。最最后后用用修修正正后后的的总分分对照照表表1-1-7C7C求求得得所所研研究究岩岩体体的的类别及及相相应的的无无支支护地地下下洞洞的的自自稳时间和和岩岩体体强强度指度指标（c,c,）值。 岩体质量评分岩体质量评分(RMR)(RMR)地质力学围岩分类地质力学围岩分类：1.4.1
18、1.4.1 岩体的工程分类岩体的工程分类1 1）岩石按坚硬程度分类：）岩石按坚硬程度分类：岩岩土土工工程程勘勘察察规范范（GB50021GB5002120012001）规定定岩岩石石的的坚硬硬程程度度可可按按表表1-91-9分分类。 岩石的工程分类岩石的工程分类1.4.2 1.4.2 岩石的工程分类岩石的工程分类坚硬程度坚硬程度坚硬岩坚硬岩较硬岩较硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩饱 和 单 轴 抗 压 强 度（MPa）fr6060fr3030fr1515fr5fr52 2）岩石按风化程度分类）岩石按风化程度分类国国标岩土工程勘察岩土工程勘察规范范（GB500212002GB50021200
19、2）中提出岩石按中提出岩石按风化化程度分程度分类见表表1-101-10。 岩石的工程分类岩石的工程分类1.4.2 1.4.2 岩石的工程分类岩石的工程分类风化程度野外特征风化程度参数指标压缩波速度vp(m/s)波速比kv风化程度kt未风化岩质新鲜，偶见分化痕迹50000.91.00.91.0微风化结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色。有少量风化裂隙400050000.80.90.80.9中等风化结构部分破坏，沿节理面有次生矿物。风化裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难挖，岩芯钻方可钻进200040000.60.80.40.8强风化结构大部分破坏，矿物成分显著变化，分化裂隙发育，岩体破碎。用镐可挖掘，干钻不易钻进100020000.40.60.4全风化结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进50010000.20.4-残积土组织结构已全部破坏，已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性5000.2-
