岩石的基本物理力学性质

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1、第二章岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩石力学学科中研究最早、最完善的内容之一。第一节基本物理性质一、岩石的质量指标（一）密度和比重1、岩石的密度：单位体积内岩石的质量。岩石含：固相、液相、气相。三相比例不同而密度不同。（2）饱和密度：岩石中的孔隙被水充填时的单位体积质量（水中浸48小时）（1）天然密度：自然状态下，单位体积质量G——岩石总质量；V——总体积。VV——孔隙体积（3）干密度：岩块中的孔隙水全部蒸发后的单位体积质量（108℃烘24h）2、岩石的比重：岩石固体质量（G1）与同体积水在4℃时的

2、质量比VC——固体积；——水的比重G1——岩石固体的质量。（KN/m3）二、岩石的孔隙性：反映裂隙发育程度的指标（一）孔隙比VV——孔隙体积（水银充填法求出）（二）孔隙率V=VC+VVe~n关系天然状态下饱和状态下三、岩石的水理性质（一）含水性1、含水量：岩石孔隙中含水量GW与固体质量之比的百分数W=GW/G1（%）2、吸水率：岩石吸入水的质量与固体质量之比Wd=（%）吸水率是一个间接反映岩石内孔隙多少的指标（二）渗透性在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达西（Darcy）定律描述：（m3/s）——

3、水头变化率；qx——沿x方向水的流量；h——水头高度；A——垂直x方向的截面面积；k——渗透系数。四、岩石的抗风化指标（3类）(1)软化系数（表示抗风化能力的指标）Rcc——干燥单轴抗压强度、Rcd——饱和单轴抗压强度；（　　　）越小，表示岩石受水的影响越大。耐崩解性指数是通过对岩石试件进行烘干，浸水循环试验所得的指标。试验时，将烘干的试块，约500g，分成10份，放入带有筛孔的圆筒内，使圆筒在水槽中以20r／s速度连续转10分钟，然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重。如此反复进行两次，按下式计算耐崩解性指数：(2)岩石耐崩解性指数试验前的试件烘干质

4、量　；残留在筒内的试件烘干质量1、自由膨胀率：无约束条件下，浸水后胀变形与原尺寸之比轴向自由膨胀（%）H——试件高度径向自由膨胀（%）D——直径返回（三）岩石的膨胀性评价膨胀性岩体工程的稳定。第二节岩石的强度特性工程师对材料提出两个问题1最大承载力——许用应力[]？2最大允许变形－－许用应变[]？本节讨论[]问题强度：材料受力时抵抗破坏的能力。强度单向抗压强度单向抗拉强度剪切强度三轴压缩真三轴假三轴一岩石的单轴抗压强度1.定义：指岩石试件在无侧限的条件下，受轴向压力作用破坏时单位面积上承受的荷载。式中：P——无侧限的条件下的轴向破坏荷载A——试件界

5、面积2.试件方法：圆柱形试件：φ4.8－5.2cm，高H=（2－2.5)φ长方体试件：边长L=4.8－5.2cm,高H=（2－2.5)L试件两端不平度0.5mm；尺寸误差±0.3mm;两端面垂直于轴线±0.25o（1）试件标准：3.单向压缩试件的破坏形态破坏形态有两类：（1）圆锥形破坏原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），　　在工程中也会出现。（2）柱状劈裂破坏张拉破坏（岩石的抗拉强度远小于抗压强度）是岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应）消除试件端部约束的方法润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）加长试件破坏形态是表现破坏机理

6、的重要特征；其主要影响因素：①应力状态②试验条件4.影响单轴抗压强度的主要因素（1）承压板端部的摩擦力及其刚度（加垫块的依据）（2）试件的形状和尺寸形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工尺寸：大于矿物颗粒的10倍；φ50的依据高径比：研究表明；h/d≥(2－3)较合理（3）加载速度加载速度越大，表现强度越高(见图2－5)我国规定加载速度为0.5－1.0MPa/s（4）环境含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的2－3倍。见表2－2温度：180℃以下不明显：大于180℃，温度越高强度越小。二岩石的抗拉强

7、度1.定义：岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时的单位面积上所受的拉力。由于试件不易加工，除研究直接的拉伸的夹具外，研究了大量的间接试验方法。2.直接拉伸法抗拉强度关键技术①试件和夹具之间的连接②加力P与试件同心3.间接方法①岩石是各向同性的线弹性材料②满足平面假设的对称面内弯曲适用条件：（1）抗弯法（梁的三点弯曲试验）抗拉强度——三点弯曲梁内的最大拉应力；梁发生破坏时的就是M——作用在试件上的最大弯矩C——梁边缘到中性轴的距离I——梁截面绕中性轴的惯性矩（2）劈裂法（巴西法），对称径向压裂法由巴西人Hondros提出要求①荷载沿轴向均匀分

8、布②破坏面必须通过试件的直径注：①端部效应②并非完全单向应力试件：实心圆柱φ50mm；δ25mm试验：径向压缩破坏（张开）