岩石性质与工程分级课件.ppt

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1、随着世界经济的快速发展，全球能源需求的不断增加，煤炭在能源结构中30%，是全球经济发展的重要动力。我国是全球最大的煤炭消费国,能源消费结构中煤炭占70%(油气为20%,其它为10%)，2010年煤炭消费量达到31亿t,占全球消费总量的50%。据预测，2050年我国煤炭消费需求量将分别达到42亿t,仍将占居重要地位，具有不可替代性。因此，煤炭开采是关系到国家能源安全和国民经济持续发展的重要基础产业。第一章岩石的性质及工程分级岩体：指岩石工程周围较大范围内的自然地质体岩体=岩块+弱面（层理、节理、断层）第一节岩块、岩

2、体和岩石1.岩块、岩体和岩石岩块：从地壳岩层中切取出来的小块体，通常是指岩石材料。岩石：不分岩块与岩体时的泛称。岩块性质：矿物：矿物成分、颗粒大小、结构等；物理性质：密度、水理性、孔隙性等。强度：抗压强度、抗拉强度、剪切强度等；变形：弹性模量、泊松比；弱面性质弱面包括层理、节理、断层等。性质包括：剪切强度、方位、距离、硬度、张开度、充填性、风化性、粗糙性等岩石材料的性质对岩体性质影响很小，而弱面控制着岩体的性质例如：岩体压缩时，破坏是沿着已存在的弱面发生的；在拉伸时，由于弱面的存在，强度很小。2.岩体和一般建筑材

3、料的比较常用建筑材料的特性岩体的特性连续的不连续的均质的非均质的各向同性的各向异性的线弹性的非线弹性的第二节岩石物理性质一.岩石的比重与密度1.相对密度（比重）：2.密度（容重）（kN/m3）：一般地，岩石容重越大，其力学性质越好。G--干燥岩石质量，VC-----实体岩石体积ρWV水的密度ρC岩石干密度，ρ岩石湿密度，G1岩石试件质量，V岩石试件体积二.岩石的孔隙性-----密度与强度降低，风化速度加快1.孔隙度（率）n2.孔隙比e影响强度及风化速度1.吸水率2.透水性(Darcy定律)qx－沿x方向的流量；h

4、－水头的高度；A－垂直于x方向的截面面积；k－渗透系数。（水库、地热、储存等）三.岩石的水理性质-----孔隙量、大小、开闭及分布尺度、浸水时间地下水水头、应力场3.软化性Rcw－水饱和岩石的单向抗压强度；Rc－干燥岩石的单向抗压强度；4.膨胀性和崩解性强度越大，软化系数越大膨胀压力治水四.岩石的碎胀性-----选用装载、运输、提升等设备岩石名称砂、砾岩砂质粘土中硬岩石坚硬岩石煤碎胀系数k1.05~1.21.2~1.251.3~1.51.5~2.5<1.2坚硬程度、块度大小、堆积排列情况第三节岩石力学性质试验所需

5、的试件应该加工成标准的圆柱形，其高与直径之比应该介于2.0~3.0之间，试件的直径最好不要超过50mm。试件的直径应该至少是岩石最大颗粒直径的20倍。1.岩石的单轴压缩全应力—应变曲线单轴压缩试验设备静载岩石的变形特征（1）O-A段Ⅰ：裂隙压密闭合阶段，（2）A-B段Ⅱ：线弹性阶段，B点-屈服点（3）B-C段Ⅲ：破裂发展阶段，C点-极限抗压强度（4）C-D段Ⅳ、Ⅴ:软化阶段，为巷道支护作用阶段弹模值：E=20~50GPa，为软钢弹模（206GPa）的10~24%；泊松比：，理想塑性材料2.岩石在三轴压缩条件下的力

6、学性质从应力状态看：三向抗压强度＞双向抗压强度＞单向抗压强度3.岩石的强度（P10）研究岩石的强度的意义⑴岩石的强度是各种岩石分类（级）中的重要数量指标。⑵作为强度(安全)准则，判别所计算或测定的岩土工程是否稳定.岩石的强度特征⑴多数情况下，岩石表现为脆性破坏（小于3％的应变）；⑵强度影响因素：成分、颗粒大小、胶结、生成条件、层理结构、孔隙度、温度、湿度、重度、风化程度、受力状态和时间。⑶在不同的应力状态下，岩石的各种强度极限不同，相差悬殊从荷载性质看：单向抗压强度＞单向抗剪强度＞单向抗弯强度＞单向抗拉强度（单向

7、抗压强度≈10倍单向抗拉强度）。从应力状态看：三向抗压强度＞双向抗压强度＞单向抗压强度5、岩石的硬度静压入硬度----压入法，回弹硬度----物落法6、岩石的可钻性（钻头进尺、每米炮眼磨钝钻头数）7、岩石可爆性（单位体积岩石炸药消耗量）第四节岩体工程分类分级目的：评价围岩的稳定性，确定支护方案和支护参数，选择施工方法，进行施工预算。遵循的主要原则（1）分类形式要简单，含义要明确。（2）分类应具科学意义和实用价值。（3）分类指标不易过多并应容易获得。（4）分类表达出岩体的基本特性和影响岩体稳定性的主要因素。（5）分

8、类方案应体现超前预报性，提前了解巷道开挖后围岩稳定状态。分类指标：（1）岩石强度：单轴抗压强度为岩体稳定性评价的重要指标。（2）结构面：组数、密度、产状、延展性、结构面内物质成分等。（3）水对岩体的影响：岩体遇水后可以发生泥化、崩解、碎裂，致使岩体膨胀并大大降低强度。（4）原岩地应力状态：对岩体稳定性影响最大的是最大主应力。在缺乏地应力资料时，可选用γH值。普罗托奇亚可夫