岩体力学3 [岩体的物理水理热学性质]

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1、第三章岩石的物理、水理与热学性质§3.1岩石的物理性质一、岩石的密度二、岩石的空隙性§3.2岩石的水理性质一、岩石的吸水性二、岩石的软化性三、岩石的抗冻性四、岩石的透水性§3.3岩石的热学性质§§3.13.1岩石的物理性质ò岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三相组成的。ò定义：物理性质是指岩石由于三相组成的相对比例关系不同所表现的物理状态。1、岩石的密度2、岩石的空隙性第三章岩石的物理、水理性质一一、、岩石的密度岩石的密度ò1、颗粒密度(ρs)ρs=ms/Vsò2、块体密度(ρ)ρ=m/Vò注意：（1）ρs与ρ的区别(ρs>ρ)（2）

2、ρs与ρ的单位（g/cm3kN/m3）（3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法）第三章岩石的物理、水理性质常见岩石的物理性质指标值第三章岩石的物理、水理性质二、岩石的空隙性大开空隙开空隙岩石的空隙小开空隙(裂隙、孔隙)闭空隙Vvρd总空隙率(n)n=×100%=(1−)×100%Vρs岩总开空隙率(n)Vv0o)n0=×100%石V大开空隙率(Vvb空大开空隙率(nb)nb=×100%V隙V小开空隙率(vana)na=×100%=n0−nb率V闭空隙率(Vvcnc)nc=×100%=n−n0VVVρs空隙比e==−1Vsρd第三

3、章岩石的物理、水理性质§§3.23.2岩石的水理性质定义：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：1.吸水性2.软化性3.抗冻性4.透水性第三章岩石的物理、水理性质一一、、岩石的吸水性岩石的吸水性定义：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。1.吸水率(W)：岩石试件在大气压力和室温条a件下自由吸入水的质量(m)与岩样干质量(m)w1s之比，用百分数表示mw1W=×100%amsVρWVbdanb=×100%==ρdWaVρw第三章岩石的物理、水理性质2.饱和吸水率岩石的饱和吸水率(W)是指岩石试件在高压

4、(一p般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量(m)w2与岩样干质量(m)之比，用百分数表示，即smw2Wp=×100%msVV0ρdWpn0=×100%==ρdWpVρw3.饱水系数岩石的吸水率(W)与饱和吸水率(W)之比，称为饱水系数。它反映了岩石中大a、小开空隙的相对p比例关系。第三章岩石的物理、水理性质几种岩石的吸水性指标值第三章岩石的物理、水理性质二二、、岩石的软化性岩石的软化性ò岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，ò软化系数(K)为岩石试件的饱和抗压强度(σ)Rcw与干抗压强度(σ)的比值cσcwKR=σcò岩石

5、中含有较多的亲水性和可溶性矿物，大开空隙较多，岩石的软化性较强，软化系数较小。òK＞0.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好RòK＜0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差R第三章岩石的物理、水理性质常见岩石的物理性质指标值第三章岩石的物理、水理性质三三、、岩石的抗冻性岩石的抗冻性ò岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。ò抗冻系数(R)：岩石试件经反复冻融后的干抗压强度d(σ)与冻融前干抗压强度(σ)之比，用百分数表示c2c1σc2Rd=×100%σc1ò质量损失率(K)：冻融试验前后干质量之差(mms1－m)与试验前干质量(m)之比

6、，以百分数表示s2s1ms1−ms2Km=×100%ms1òR＞75％，K＜2％，抗冻性高dmò吸水率W＜5％、软化系数K＞0.75，饱水系数小aR于0.8的岩石，抗冻性高。第三章岩石的物理、水理性质四、岩石的透水性ò在一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。ò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U=KJ第三章岩石的物理、水理性质几种岩石的渗透系数值第三章岩石的物理、水理性质§§3.33.3岩石的热学性质ò由于热交换的发生，导致岩石力学性质的变化，产生独特的岩石力

7、学问题。ò1、比热容ò2、导热系数ò3、热膨胀系数ò4、温度对岩石特性的影响第三章岩石的物理、水理性质一、岩石的比热容ò在岩石内部及其与外界进行热交换时，岩石吸收热能的能力，称为岩石的热容性。C为岩石的比热容(J／(kg·K))，其含义为使单位质量岩石的温度升高IK(开尔文)时所需要的热量。ΔQ=Cm(T−T)21ò设干重为xg的岩石中含有xg的水，则比热容为：12Cx+Cxd1w2C=x+x12òC，C为干燥岩石与水的比热容。dwò差示扫描量热法(DSC法)第三章岩石的物理、水理性质二、岩石的导热系数ò岩石传导热量的能力，称为热传导性

8、，常用导热系数表示。dTQ=−kAdtdxdTòk为导热系数(W／(m·K))，含义为当等于1时单位时间内通过单位面积岩石的热量dx。ò岩石的比热容(C)与导热系数(k)间存在如下关系：k=λρCòρ为岩石