岩石力学-岩石物理力学性质.pdf

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1、《岩石力学》主讲教师：王乐华副教授三峡大学土木与建筑学院2011年11月第1章岩石物理力学性质本章内容1.1概述1.2岩石的基本构成和地质分类1.3岩石的物理性质1.4岩石的力学性质1.5影响岩石力学性质的主要因素1.1概述岩石是构成地壳表层岩石圈的主体，岩石呈现明显的非线性、不连续性、不均质性和各向异性等复杂特性。对原型的研究程度和对模型力学参数取值的可靠性，归根结底取决于对岩石或岩体的认知能力。必须了解岩石的主要物理性质和力学性质及其影响这些性质的主要因素。1.2岩石的基本构成和地质分类岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。矿物：存在地壳中的具有一定化

2、学成分和物理性质的自然元素和化合物。结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。构造:组成成分的空间分布及其相互间排列关系这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。岩浆岩：强度高、均质性好岩石按成因分类沉积岩：强度不稳定，各向异性变质岩：不稳定与变质程度和原岩性质有关岩体=岩块+结构面岩体结构面不连续面：包括节理、岩块裂隙、孔隙、断面、孔洞、层面1.3岩石的物理性质1.3.1岩石的容重gWg=V岩石容重取决于组成岩石的矿物成分、孔隙发育程度及其含水量。一般地，岩石的容重愈大，其力学性质也愈好，反之则愈差。天然容重g量积法(直接法)干容重g水中法d饱和容重g蜡

3、封法w1.3.1.1量积法测定岩石的容重0g105-110C烘干24h重量s干容重g=dA·h被测岩样平均断面面积被测岩样平均高度1.3.1.2水中称重法测定岩石的容重1.3.1.3蜡封法测定岩石的容重g蜡封岩样浸没纯水质量天然含水率sg=dg-g12g1-g2-g=gd(1+0.01w)gn蜡封岩样质量蜡容重天然容重1.3.2岩石的比重Gs岩石固体部分的重量和40C时同体积纯水重量的比值。W岩石固体部分重量sG=sV×g0sw4C单位体积水重量岩石固体部分体积1.3.3岩石的孔隙性岩石的孔隙性系指岩石的孔隙和空隙发育程度。孔隙率是岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和对于试件总体积

4、之比。孔隙比是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件内固体矿物颗粒的体积之比。（一）孔隙比e=V/VVCV——孔隙体积（水银充填法求出）V（二）孔隙率V=V+VVd-rCVVsdn==´100%Vdse~n关系VVVVVV/VVne====VCVC/VV-VV1-nVn=1-g/GgcW1.3.4岩石的水理性岩石与水相互作用时所表现出来的性质。吸水性透水性软化性抗冻性1.3.4.1岩石的天然含水率天然状态下岩石中水的质量与岩石烘干质量比值。mww=´100%mrd1.3.4.2岩石的吸水性岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的的吸水性。表征岩石的吸水性的指标有吸水率、饱和吸

5、水率、饱水系数1.3.4.3岩石的透水性岩石能被水透过的性能称为岩石的透水性。1.3.4.4岩石的软化性岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性。scw饱水岩样的抗压强度软化系数hc=sc自然风干岩样的抗压强度1.3.4.5岩石的抗冻性岩石抵抗冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性。岩样冻融后的抗压强度s-sccf抗冻系数cf=´100%sc岩样冻融前的抗压强度岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因(1)构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时，由于矿物的胀、缩不均而导致岩石结构的破坏。(2)当温度降到0时，岩石孔隙中的水将结冰，体积最增大9％，会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生

6、改变，直至破坏。1.4岩石的力学性质1.4.1岩石的强度1.4.1.1岩石强度试验的基本要求岩石强度：岩石在各种荷载作用下达到破坏时所能承受的最大应力。进行岩石力学试验所选用的试件必须是完整岩样。峰值强度：是岩石在临近破坏时具有的最大承载能力。其值可以根据岩石的应力——应变全过程曲线上的峰值测出。这一强度称为极限强度或峰值强度。残余强度：是岩石在发生破坏后仍然具有的承载能力。其值可以在岩石的应力——应变全过程曲线的峰值右侧线段所对应的应力值测出。岩石的抗压强度、抗剪强度及抗拉强度：岩石在压缩、剪切或拉伸应力作用下表现出来的抗破坏能力各不相同，与之对应的强度值分别为抗压强度、抗剪强

7、度及抗拉强度。岩石强度不是岩石的固有性质，而是一种指标值。凡是不受试件的形状、尺寸、采集地、采集人等影响而保持不变的特征，如岩石的颜色、密度等都是岩石的固有性质。试件尺寸试件形状影响因素试件三维尺寸比例宽高比加载速率湿度1.4.1.2单轴抗压强度岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度。(uniaxialcompressivestrength)P破坏时最大轴向压力s=cA试件的横截面积X状共扼斜面剪切破坏单斜面剪切破坏拉伸破坏pfb=+42液压