岩体力学 教学课件 作者 阳生权 第2章.ppt

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1、第2章2.1　概述2.2　岩石的物理性质2.3　岩石的水理性质2.1　概述岩石的物理性质是岩体力学的主要研究内容之一。表征与描述岩石的物理性质的指标与参数主要包括岩石的质量指标、水理性质指标、抗风化指标以及其他指标。岩石的物理性质与岩石结构和构造密切相关。岩石的结构是指矿物颗粒的形状、大小和联结方式所决定的结构特征，岩石的构造则是指各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式。矿物颗粒间具有牢固的联结是岩石介质区别于土介质并使其具有一定强度的主要原因。岩石颗粒间联结分为结晶联结和胶结联结两大类。结晶联结是矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大

2、部分变质岩和部分沉积岩具有这种联结，一般强度较高。胶结联结是矿物颗粒通过胶结物联结在一起，胶结联结的岩石的强度取决于胶结物成分和胶结类型。岩石的矿物颗粒胶结物质主要是硅质、铁质、钙质、泥质等，硅质胶结的岩石强度最高，铁质和钙质胶结的次之，泥质胶结的岩石强度最差，且抗水性差。2.2　岩石的物理性质2.2.1　岩石的密度2.2.2　岩石的空(孔)隙性2.2.1　岩石的密度1.岩石密度2.岩石的颗粒密度1.岩石密度(1)天然密度(ρ)(2)干密度(ρd)(3)饱和密度(ρsat)(1)天然密度(ρ)天然密度是指岩石在天然含水状态下的单位体积内的质量(2)

3、干密度(ρd)干密度是指岩石孔(空)隙中的液相物质全部被蒸发，仅剩固体与气体物质的单位体积的质量(3)饱和密度(ρsat)饱和密度是指岩石在饱水状态下单位体积内的质量2.岩石的颗粒密度表2-1　常见岩石密度与颗粒密度2.2.2　岩石的空(孔)隙性表2-2　常见岩石的空隙率与吸水率2.3　岩石的水理性质2.3.1　岩石的吸水性2.3.2　岩石的软化性2.3.3　岩石的崩解性2.3.4　岩石的膨胀性2.3.5　岩石的抗冻性2.3.6　岩石的渗透性2.3.1　岩石的吸水性1.含水率2.吸水率1.含水率岩石的含水率是指岩石空隙中含水的质量与固体质量之比有百

4、分数2.吸水率(1)自由吸水率(ωa)(2)饱和吸水率(ωsat)(3)饱水系数(ηw)(1)自由吸水率(ωa)表2-3　几种常见岩石的吸水性指标值(2)饱和吸水率(ωsat)指岩石试件在高压(一般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量与岩石固体质量之比，又称之为饱水率(3)饱水系数(ηw)岩石饱水系数是指岩石的吸水率与饱和吸水率之比2.3.2　岩石的软化性表2-4　常见岩石的软化系数2.3.3　岩石的崩解性岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能。岩石的崩解主要是可溶盐与粘土质胶结的沉积岩由于水化过程中削

5、弱了岩石内部的结构联络所致。岩石的崩解性用岩石的耐崩解指数(Id)表示。2.3.4　岩石的膨胀性岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。这是因为粘土矿物遇水促使其颗粒间的水膜增厚所致。某些含有粘土矿物(如蒙脱石、高岭土等)成分的软质岩石，经水化作用后在粘土矿物的晶格内部或细的分散颗粒的周围生成结合水膜(水化膜)，并且在相邻的颗粒间产生楔劈效应，只要楔劈作用力大于结构联结力，岩石显示膨胀性。岩石的膨胀性用膨胀力与膨胀率来表示。膨胀力即膨胀压力，指岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。膨胀率是指膨胀变形量与试件原始尺寸的比值。2.3.5

6、　岩石的抗冻性岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的能力。一般用岩石抗冻性系数来反映岩石的抗冻性特性。抗冻性系数是指岩石试件经反复冻融后的饱和单轴抗压强度与冻融前的饱和单轴抗压强度之比，用百分数表示2.3.6　岩石的渗透性岩石的渗透性是指岩石在一定的水力梯度(I)或压力差作用下，水渗透或穿透岩石的能力。它间接反映了岩石中的裂隙相互连通的程度。岩石的渗透性可用渗透系数(K)来衡量，表2-5即为某些岩石的渗透系数值。渗透系数取决于岩石孔隙的大小、方向以及相互连通情况。水在岩石裂隙、孔(空)隙中的流动时，多表现为层流状态，可视为线性渗流，因此服从Darcy定

7、律(渗透速率v=KI)，但岩石中水的渗流规律尚不完全清楚，研究方法也不够完善。2.3.6　岩石的渗透性表2-5　某些岩石的渗透系数K值