矿上压力及测控第2讲

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1、矿山压力及岩层控制§1资源与环境工程学院主讲人：刘志军第一章矿山岩石和岩体的基本性质岩石的物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩石力学中研究最早、最完善的内容之一。本章介绍：岩石的地质构成及分类；岩石物理、力学性质及测定；岩石的破坏机理和强度理论；岩体及其力学特征。第一节岩石的基本物理性质一、岩石：矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集形成的自然物体。（岩石=矿物颗粒+胶结物+孔隙+水）二、岩石分类1、按矿物颗粒结合特征：固结性、粘结性、流动性、散粒状2、按强度：坚硬岩石、松软岩石岩浆岩：强度高、均质性好3、岩石地质分类沉积岩：强度不稳定

2、，各向异性变质岩：不稳定，与变质程度和岩性有关三、沉积岩石的力学特性：①不连续性；（物质不能充满空间，有空隙存在）②各向异性；（任一点的物理、力学性质沿不同方向均不相同）③不均匀性；（由不同物质组成，各点物理力学性质都不相同）④岩块单元的可移动性；⑤地质因素影响特性（水、气、热、初应力）（上述特性导致岩石力学的研究方法以实验测试为主）第二节岩石的物理性质一、岩石的密度与体积力（容重）岩石含：固相、液相、气相。Vo三相比例不同而密度不同。VcV1、岩石的真密度ρ：真密度——单位体积岩石（不包含空隙）的质量：其中：ρ—岩石真密度，kg/m3—岩石实体干

3、质量（不含水分），kg—岩石实体体积（不含孔隙），m32、岩石的视密度ρ′：视密度——单位体积岩石（包括孔隙）的质量式中：ρ′—岩石的视密度，kg/m3—岩石的质量，kg—岩石的体积（含孔隙），m33、岩石的容重γ：容重——岩石单位体积（含孔隙体积）内的质量所受的重力，kN/m3式中：W——被测岩样的重量,（）kN；V——被测岩样的体积，m3天然容重——天然含水状态下,γ干容重———105—110℃烘干24小时（至恒重）,γd饱和容重——岩石孔隙吸水饱和（水浸48小时）状态下,γw4、岩石的相对密度（比重）Δ：比重——岩石固体部分的重量和4℃同体积

4、纯水重量的比值。式中：WS——体积为V的岩石，固体部分重量，kNVC——岩石固体部分（不含孔隙）体积，m3γW——4℃单位体积纯水重量，kN/m3二、岩石的孔隙性——反映裂隙赋存与发育状态。1、孔隙度（率）n——孔隙体积占总体积的百分比。2、孔隙比e——岩石中各类孔隙总体积与岩石实体体积之比。n—e关系：岩石的孔隙性对围岩强度、变形、含水影响很大。三、岩石的碎胀性——岩石破碎后自然堆积体积大于原体积的性质。1、初始碎胀系数——破碎后样自然堆积体积与原体积之比。2、残余碎胀系数——破碎并被压实后的体积与原体积之比。式中：分别为原体积/破碎自然堆积体积

5、/被压实体积。岩石碎胀性对地下采矿围岩控制、矿产及土石方运输等有重要意义。四、岩石的软化性——岩石浸水后强度降低的性质。软化系数——饱水岩样抗压强度与自然风干岩样抗压强度的比值。（）越小，表示岩石受水的影响越大。岩石软化性在地下开采围岩管理、地面边坡管理等方面有重要意义。（现场问题）五、岩石的膨胀性——岩石浸水后体积膨胀的性质。（用于评价膨胀性岩体工程稳定性）自由膨胀率——无约束条件下浸水后膨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——直径第三节岩石的变形性质工程师对工程材料提出两个问题：1最大承载力——许用应力[]

6、？2最大允许变形－－许用应变[]？在岩石工程中要使：实际参数≤允许指标岩石的力学性质包括：变形性质：研究岩石在受力情况下的变形规律。强度特性：研究岩石受力破坏的规律。一、岩石的弹性和塑性：变形分析的重要性（直观、易测、建立模型、准则）1、弹性变形：（缩短为正，压应力为正）线弹性非线弹性滞弹性(Linearelasticity)(perfectlyelasticity)(timedependentelasticity)线弹性———直线型；当岩石致密，强度大，压力不高时，为此状态。非线弹性——单向曲线型；基本没有。滞弹性———双向曲线型，岩石多属滞弹性

7、：滞弹性——应力应变不是唯一的对应关系，应变的产生（变化）较应力的变化有一段时间的滞后。原因：物理学认为，当作用在滞弹性体上的力发生改变时，由于受力体内部物质的粘性或内摩擦的原因，引起变形效应滞后和迟延。滞弹性体具有两个重要性质：弹性滞后——由于内摩擦原因，岩石随应力变化出现的变形滞后。弹性后效——由于热传导等原因，外力停止变化，而变形仍随时间而缓慢变化。理想塑性具有应变硬化的塑性2、塑性变形：岩石塑性普遍存在；岩石塑性与岩石的组成、结构、构造及外界环境有关。（颗粒及胶结物物质成分、排列结合、含水、温度、应力等）理想塑性——超过弹性极限，进入完全塑

8、性状态（极少）；应变硬化——超过弹性极限，承载能力随应变增加而增加。3、一般岩石的变形：瞬时弹性变形后效弹性变形塑性变形岩