岩体力学 教学课件 作者 刘佑荣 唐辉明 主编第2章 岩石的物理力学性质.ppt

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1、§2.1岩石的物理性质§2.2岩石的热学性质§2.3岩块的变形性质§2.4岩块的强度性质第二章岩石的物理力学性质研究岩块力学性质的意义：1.当岩体性质接近岩块性质时，可以通过研究岩块的性质来外推岩体的性质，解决有关的岩体力学问题；2.岩块是岩体的组成部分，当研究岩体的性质时，不能忽视岩块的性质；3.评价石材的性能时，必须研究相关岩块的性质；4.评价岩石的可钻性和可破碎性时，要研究岩块的性质；5.进行工程岩体分类时，岩块强度和变形模量被作为重要分类指标，此时也要研究岩块的物理力学性质。§2.1岩石的物理性质岩石也是由固体、液

2、体和气体三相组成的。定义：物理性质是指岩石三相组成部分的相对比例关系不同所表现的物理状态。岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。岩石的密度岩石的空隙性吸水性软化性抗冻性透水性msmwo水气V0VWVSVV固一、岩石密度1、颗粒密度ρs（比重Gs）ρs=ms/Vs岩石的比重(Gs)岩石固体部分的重量和4°C时与同体积纯水重量的比值。无单位msmwo水气V0VWVSVV固岩石固体部分的体积岩石固体部分的重量4°C时单位体积水的重量ρs的单位（g/cm3）ρs测试方法—比重瓶法；单位：干容重饱和容重天然容重岩石容重2、

3、块体密度(岩石密度)－－岩块单位体积内的质量。与矿物组成、岩石的孔隙性及含水状态有关。测试方法：量积法（规则试样）水中法或蜡封法（不规则试样）容重是工程岩体稳定性分析计算及岩体压力计算的基本参数干密度饱和密度天然密度按试件含水状态分单位：105～110°C,烘24h常见岩石的物理性质指标值(部分)颗粒密度与块体密度不一样：(ρs>ρ)颗粒密度不包括孔隙，其大小只与矿物密度及其含量有关。块体密度，不仅与矿物组成有关，还与岩石的空隙性及含水状态密切相关。总空隙率(n)总开空隙率(no)大开空隙率(nb)小开空隙率(na)闭空隙

4、率(nc)岩石的空隙(裂隙、孔隙)闭空隙开空隙大开空隙小开空隙隙比岩石空隙率二、空隙性工程意义：是岩石物理性质的一个重要指标。对岩块和岩体的水理、热学性质及力学性质影响很大。空隙率愈大→岩石中的孔隙和裂隙愈多→岩石的力学性质越差(岩石的强度愈小、塑性变形越大），渗透性愈大，抗风化能力愈差等。三、吸水性定义：岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。1.吸水率(Wa)是指岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示，即2.饱和吸水率岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩

5、石试件在高压(一般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量(mw2)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示，即3.饱水系数岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(Wp)之比，称为饱水系数。它反映了岩石中大、小开空隙的相对比例关系。四、软化性软化系数(KR)为岩石试件的饱和抗压强度(σcw)与干抗压强度(σc)的比值，即岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含大开空隙较多时，岩石的软化性较强，软化系数较小。软化系数KR＞0.75时，岩石的软化性弱，同时也说明岩石的抗冻性和抗风化能力强。而KR＜0.75的岩石则是软化性较强和工程地

6、质性质较差的岩石岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，工程意义：岩石的软化系数愈小，说明岩石吸水饱和后其抗压强度降低的越多,岩石软化性愈强。如粘土岩和泥质胶结的岩石，其KR一般为0.4～0.6。对水下建筑影响大。另外，软化系数是评价岩石力学性质的一个重要物理性质指标。五、抗冻性岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。抗冻系数(Rd)是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度(σc2)与冻融前干抗压强度(σc1)之比，用百分数表示，即质量损失率(Km)是指冻融试验前后干质量之差(ms1－ms2)与试验前干质量(ms1)之比，以百

7、分数表示，即Rd＞75％，Km＜2％时，为抗冻性高的岩石；六、岩石的透水性在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过的性质，称为透水性。常用渗透系数来表征。一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流动一样，也服从于线性渗流规律——达西定律，即：渗透系数－－数值上等于水力梯度为1时的渗透流速，cm/s或m/d水力梯度渗透流速渗透系数大小主要取决于岩石空隙的数量、大小、方向及其连通性等，水只能通过连同的空隙渗透。因此，裂隙岩体的渗透系数（透水性）远大于岩块的渗透系数，一、热容性二、导热性三、热膨胀性四、温度对岩石性质的影响

8、§2.2岩石的热学性质一、热容性在岩石内部及其外部进行热交换时，岩石吸收热能的能力，称为岩石的热容性。式中：C为岩石的比热（J/(kg.K)）二、导热性岩石传导热的能力，称为岩石的热传导性。用导热系数表示。式中：k为导热系数（w/(m.K））式中：λ为岩石的热扩散率（cm2/s）三、热膨胀性岩石在温度升