矿山岩石和岩体的基本性质

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1、矿山压力与岩层控制主讲：王旭宏太原理工大学阳泉学院1第一章矿山岩石和岩体的基本性质2主要研究内容：矿山压力的形成与巷硐开掘后围岩的力学性质有密切关系。介绍矿山岩石、岩体的基本概念；岩石的基本物理性质；岩石的破坏机理和强度理论；岩体的基本特征和类型.3本章的重点1、岩石与岩体的区别2、岩石的碎胀性和压实性3、岩体结构的类型本章的难点：无4第一节矿山岩石的基本概念第二节岩石的基本理性质第三节岩石的破坏机理和第四节岩体的基本特征和类型本章目录5第一节矿山岩石的基本概念岩石:构成岩体的基本单位岩体=岩石+结构面岩块:从岩体

2、中取出,尺寸不大的岩石岩体结构面岩块不连续面：包括节理、裂隙、孔隙、断面、孔洞、层面6岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。构造:组成成分的空间分布及其相互间排列关系矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素：7岩石分类变质岩：不稳定与变质程度和原岩性质有关岩浆岩：强度高、均质性好沉积岩：强度不稳定，各向异性（煤矿多见）8第二节岩石的基本物理性质一、岩石的碎胀性和压实性岩石破

3、碎以后的体积将比整体状态下增大，这种性质称为岩石的碎胀性。岩石的碎胀性可用岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比来表示，该值称为碎胀系数，即式中Kp——岩石的碎胀系数；V′——岩石破碎膨胀后的体积，V——岩石处于整体状态下的体积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。9岩石的碎胀系数对矿压控制，尤其是对回来工作面的顶板管理有重要意义。碎胀系数与岩石的物理性质、破碎后块度的大小及其排列状态等因素有关。例如坚便岩石破碎后块度较大且排列整齐

4、时，碎胀系数较小，反之，如破碎后块度较小且排列较杂乱，则碎胀系数较大。煤矿中常见的岩石碎胀系数见表。10岩石破碎后，在其自重和外加裁荷的作用下会逐渐压实，体积随之减少，碎胀系数比初始破碎时相应地变小，这种性质称为岩石的压实性。压实后的体积与破碎前原始体积之比，称为残余碎胀系数Kp′。在工作面后方50-60m处，矸石带的总压缩量达到了其原始高度40-50%11二、密度与比重岩石的密度：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）

5、（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12（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）岩石的比重：岩石固体质量（G1）与同体积水在4℃时的质量比VC——固体体积；——水的比重G1——岩石固体的质量。（KN/m3）13三、岩石的软化性岩石浸水后其强度明显降低，通常用软化系数来表示水分对岩石强度的影响程度。软化系数是指水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度之比，可表示为式中ηc——岩石的软化系数，Rc．W——水饱和岩石试件的单向抗压

6、强度，MPa；Rc——干燥岩石试件的单向抗压强度，MPa。研究岩石的软化系数对于用高压注水软化岩体方法去控制坚硬难冒落项板有重要意义。煤矿中几种常见岩石的软化软化系数都小于l，说明岩石普遍具有软化性,软化系数的变动幅度很大，对于强度较小的岩石其变化幅度更大。1415第三节岩石的破坏机理和强度理论岩石在不同受载条件下可能出现不同的破坏形式，在工程实践中就要求了解岩石的破坏条件，即处于什么样的应力状态下岩石要发生破坏，出此提出了各种不同的岩石强度理论.由于岩石的特点，常采用以下两种强度理论。莫尔强度理论格里菲斯强度理论16莫

7、尔强度理论莫尔(Mohr)强度理论认为，材料的破坏主要是与该点处的剪应力τ及正应力σ有关，在极限状态其关系为：此曲线由试验而得，曲线上的每一点表示该处的τ与σ值是处于破坏的极限状态，因而此曲线称为岩石的强度曲线，也称莫尔包络线。经过实验，此曲线有人认为是抛物线、也有人认为可按双曲线或摆线考虑。库伦(coulomb)则认为采用斜直线型包络线足以供实践中应用，其关系式为：式中c、ψ----岩石的内聚力与内摩擦角。上述关系式又称为“库伦—莫尔”强度条件1718根据实验煤矿岩层各种岩石的c、ψ值如表。19格里菲斯强度理论对于脆性

8、材料，格里菲斯(A．A．Griffith)提出的破坏机理与“库伦—莫尔”准则不同，他认为，不论物体受力状态如何(压、拉都可)，本质上最终是由于拉伸应力引起材料破坏。该理论认为物体内均匀地、随机地分布着许多窄缝形的微裂隙。当物体受力时在微裂隙的端部产生高度的应力集中，超出了计算出的理论抗拉强度，于是裂隙就沿其长度方向扩