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时间:2019-06-28
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1、第一章岩石的性质及工程分级井巷工程的最基本工作就是破岩与维护。因此,在这一章主要讲述岩石的一些基本性质,包括岩石的物理性质和力学性质,为破岩与维护的基础知识;另外,围岩的工程分级一直是工程设计的基本依据之一,将在本章的最后进行讲授。本章的重点应是岩石的力学性质与围岩分级。岩体(RockMass):指岩石工程周围较大范围内的自然地质体岩体=岩块(岩石材料)+弱面(层理、节理、断层)第一节岩块、岩体和岩石1.岩块、岩体和岩石岩块(Rock):从地壳岩层中切取出来的小块体,通常是指岩石材料(RockMaterials)。岩石:不分岩块与岩体时的泛称。Ro
2、ckmass=Rockmaterial+Rockdiscontinuities岩块(Rock)性质:强度:抗压强度、抗拉强度、剪切强度等;变形:弹性模量、泊松比;矿物:矿物成分、颗粒大小、结构等;物理性质:密度、水理性、孔隙性等。弱面(Discontinuities)性质弱面包括层理、节理、断层等。性质包括:剪切强度、方位、距离、硬度、张开度、充填性、风化性、粗糙性等岩石材料的性质对岩体性质影响很小,而弱面控制着岩体的性质例如:岩体压缩时,破坏是沿着已存在的弱面发生的;在拉伸时,由于弱面的存在,强度很小。2.岩体和一般建筑材料的比较常用建筑材料的特
3、性连续的Continuous均质的Homogeneous各向同性的Isotropic线弹性的LineralyElasticC.H.I.L.E.岩体的特性(具有尺度效应)不连续的Discontinuous非均质的Inhomogeneous各向异性的Anisotropic非线弹性的Non-LineralyElasticD.I.A.N.E.第二节岩石物理性质一.岩石的比重与密度1.相对密度(比重):2.密度(容重)(kN/m3):一般地,岩石容重越大,其力学性质越好。G--干燥岩石质量,VC-----实体岩石体积ρWV水的密度ρC岩石干密度,ρ岩石湿密度
4、,G1岩石试件质量,V岩石试件体积二.岩石的孔隙性-----密度与强度降低,风化速度加快1.孔隙度(率)n2.孔隙比e影响强度及风化速度1.吸水率2.透水性(Darcy定律)qx-沿x方向的流量;h-水头的高度;A-垂直于x方向的截面面积;k-渗透系数。(水库、地热、储存等)三.岩石的水理性质-----孔隙量、大小、开闭及分布尺度、浸水时间地下水水头、应力场3.软化性Rcw-水饱和岩石的单向抗压强度;Rc-干燥岩石的单向抗压强度;4.膨胀性和崩解性强度越大,软化系数越大膨胀压力治水四.岩石的碎胀性-----选用装载、运输、提升等设备岩石名称砂、砾岩
5、砂质粘土中硬岩石坚硬岩石煤碎胀系数k1.05~1.21.2~1.251.3~1.51.5~2.5<1.2坚硬程度、块度大小、堆积排列情况第三节岩石力学性质Strength,DeformationandFailureofRockMaterial试验所需的试件应该加工成标准的圆柱形,其高与直径之比应该介于2.0~3.0之间,试件的直径最好不要超过50mm。试件的直径应该至少是岩石最大颗粒直径的20倍。1.岩石的单轴压缩全应力—应变曲线单轴压缩试验设备静载岩石的变形特征(1)O-A段Ⅰ:裂隙压密闭合阶段,(2)A-B段Ⅱ:线弹性阶段,B点-屈服点(3)B
6、-C段Ⅲ:破裂发展阶段,C点-极限抗压强度(4)C-D段Ⅳ、Ⅴ:软化阶段,为巷道支护作用阶段弹模值:E=20~50GPa,为软钢弹模(206GPa)的10~24%;泊松比:,理想塑性材料2.岩石在三轴压缩条件下的力学性质首先,破坏前岩石的应变随围压增大而增加;另外,随围压增大,岩石的塑性也不断增大,且由脆性逐渐转化为延性。围压增加时,试件承载力则随围压稳定增长,出现所谓应变硬化现象。围压是影响岩石力学属性的主要因素之一。从图分析围压对岩石变形影响,得出如下结论:①随着围压的增大,岩石的抗压强度显著增加;②随着围压的增大,岩石的变形显著增大;③随着围
7、压的增大,岩石的弹性极限显著增大;④随着围压的增大,岩石的应力一应变曲线形态发生明显改变,岩石的性质发生了变化:由弹脆性一弹塑性一应变硬化3.岩石的强度(P10)研究岩石的强度的意义⑴岩石的强度是各种岩石分类(级)中的重要数量指标。⑵作为强度(安全)准则,判别所计算或测定的岩土工程是否稳定.⑶在简单的工程条件下,可作为极限平衡条件(塑性条件),求解弹塑性问题的塑性区范围、弹性区和塑性区应力与应变。岩石的强度特征⑴多数情况下,岩石表现为脆性破坏(小于3%的应变);⑵同一种岩石的强度并非常数;强度影响因素:成分、颗粒大小、胶结、生成条件、层理结构、孔隙
8、度、温度、湿度、重度、风化程度、受力状态和时间。⑶在不同的应力状态下,岩石的各种强度极限不同,相差悬殊从荷载性质看:单向抗
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