01岩石性质与工程分级-hao

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1、1岩石性质与工程分级引子:井巷施工最基本的工程—破岩与井巷维护为什么要了解岩石与岩体的物理力学性质？为什么要对岩石进行工程分级？1.1概述（1）岩石：由一种或多种矿物组成，每种矿物都有一定的内部结构和比较固定的化学成分（2）岩石的性质：与它的矿物组成有关（3）岩石的结构与构造a、岩石的结构：岩石微观的组织特征,是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状之间的联结方式；b、岩石的构造：岩石宏观的组织特征。（4）岩体：地下工程周围较大范围内的自然地质体（5）弱面：层理、节理、断面及裂隙面与所研究岩体的岩抉比较,具有强度低、

2、易变形的特点,称为弱面（6）岩体与岩块的强度差异：各向同性与各向异性（7）表土：覆盖在地壳上部的第四纪沉积物,如黄土、粘土、流砂、淤泥、砾石的统称（8）基岩：表土以下的固结性岩石统称为基岩1.2岩石的物理性质*岩石的组成：由固体、水、空气三相组成,具有比重、密度、重度等指标（1）比重：岩石固体实体积的质量与同体积水的质量之比（不包含空隙）（2）密度：岩石单位体积〈包括岩石内孔隙体积在内〉的质量，又称质量密度：ρa、干密度：是单位体积岩石绝对干燥后的质量b、湿密度：是天然含水或饱和水状态下的密度，（3）重度：指单位体积

3、岩石所受的重力，又称重力密度γ1.2.2岩石的空隙性（1）岩石的空隙性：指岩石的孔隙和裂隙的发育程度，常用孔隙度n和孔隙比e来表示：a、孔隙度n：岩石试件内各种孔隙、裂隙的体积之和与试件总体积之比；b、孔隙比e：岩石试件内各种孔隙、裂隙的体积总和与试件内固体矿物体积之比。*为什么要研究岩石的空隙性？1.2.3岩石的吸水率（1）吸水率w：岩石试件在大气压力下吸入水的质量g与试件烘干质量G之比。*表1－1列出一些岩石的比重、密度等指标1.2.4岩石的碎胀性（1）碎胀性：岩石破碎后因孔隙增多而总体积增大；（2）碎胀系数：岩

4、石破碎后的总体积V1与原岩破碎前体积V之比*为什么要研究岩石的碎胀性？1.3岩石的变形特征*荷载（力）与应力：*变形与应变：*应力与应变：1.3.1.1静荷载下岩石变形特征岩石在室温和大气压条件下单向压缩试验曲线（图1—1）Ⅰ—OA段：σ～ε曲线斜率逐渐增大，称为裂隙压密闭合阶度Ⅱ—AB段：σ～τ曲线近似直线；称为“线弹性阶段”，Ⅲ—BC段：σ～ε曲线的斜率逐渐缩小；称为“裂隙发展阶段“，达到极限CⅣ—CD段：（刚性试验机），应力随应变而下降，直至D。说明什么情况？CD曲线的存在说明岩石在达到极限强度以后，仍然具有相

5、当的承载能力。1.3.1.2动载荷下岩石变形特征*动荷载—外荷载不是常数，而是时间的函数，如冲击凿岩和爆破落岩等，如图1－2所示为凿岩机活塞冲击钎尾时，作用力随时间变化的实测曲线。从图可见，作用力在几十微秒内零骤增到数万牛顿，再经数百微秒重新下降到零。*动荷载下岩石变形特征：a、在动荷载作用下，岩石变形不是整体的均匀变形;b、质点的运动速度也不是整体一致的。“变形和速度”都有一个传播的过程。*表1－3列出了几种材料的密度、纵波波速及波阻抗值。1.3.2岩石的强度特征*岩石强度—在外荷载作用下岩石抵抗破坏的能力，在静、

6、动荷载作用下的强度是不同的。1.3.2.1静荷载下岩石的强度性质（特征）（1）静荷载下岩石大多表现为脆性破坏；（2）同一种岩石的强度并非常数；（3）不同受力状态下岩石的各种强度极限相差悬殊：a、从荷载性质来看：单向抗压强度>单向抗剪强度>单向抗弯强度>单向抗拉强度；b、从应力状态来看：三向抗压强度>双向抗压强度>单向抗压强度；*瞬时强度—岩石在动荷载作用下的强度，又叫动荷载强度；*长时强度—岩石在静荷载作用下的强度的强度，又叫做静荷载强度；表1－5列出了几种岩石的动静荷载强度值。1.3.2.2动荷载下岩石的强度特征（

7、1）外动荷载解除，质点由运动恢复到静止状态需要一个持续过程，而非立即恢复到位；（2）岩石的动荷载强度（瞬时强度）大于静荷载强度（长时强度）。1.3.3岩石的硬度*硬度—抵抗他物侵入的能力根据试验方式分：1.3.4岩石的可钻性与可爆性岩石的可钻性—表示岩石钻眼难易程度，是岩石的物理力学性质在钻眼条件下的总和反映；岩石的可爆性—表示岩石爆破难易程度，是岩石的物理力学性质在爆破条件下的总和反映。岩石的可钻性和可爆性度量——常用工艺性指标来表示1.4岩石的工程分级（p12）工程分级的目的以便能正确地进行工程设计，合理地选用施

8、工方法、施工设备、机具与器材，准确的制定生产定额和材料消耗定额等。工程分级方法1）普氏分级法苏联M.M.普罗托奇雅克诺夫于1926年提出用“坚固性”作为岩石工程分级的依据，即用一个综合性指标“坚固性系数f”来表示岩石破坏的相对难易程度，f值是用岩石的单行抗压强度Ra（Mpa）除以10（Mpa）求得：根据f值（普氏岩石坚固性系数）的大小，将岩石分