巖石力學(xué)性質(zhì)的影響因素

1、水、溫度、風(fēng)化程度、加載速率、圍壓大小、各向異性水、溫度、風(fēng)化程度、加載速率、圍壓大小、各向異性等等1)1)水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 水在巖石中兩種賦存方式：一種結(jié)合水或稱束縛水，一種為重力水或稱為自由水。主要作用體現(xiàn)在，連結(jié)作用、潤(rùn)滑作用、水楔作用、孔隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作用。前三種作用是結(jié)合水產(chǎn)生的。結(jié)合水是由于礦物對(duì)水分子的吸附力超過(guò)了其重力而被束縛在礦物表面的水。水分子運(yùn)動(dòng)主要受礦物表面勢(shì)能的控制，在礦物表面形成一層水膜，這種水膜產(chǎn)生前述的三種作用。2.4.2.7 影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素結(jié)合水：結(jié)合水：產(chǎn)生三種作用：連結(jié)作用、潤(rùn)滑作用、水楔作用。連結(jié)作用：將礦

2、物顆粒拉近、接緊，起連結(jié)作用。潤(rùn)滑作用：可溶鹽溶解，膠體水解，使原有的連結(jié)變成水膠連結(jié)，導(dǎo)致礦物顆粒間連結(jié)力減弱，摩擦力降低，水起到潤(rùn)滑劑的作用。水楔作用：當(dāng)兩個(gè)礦物顆粒靠得很近，有水分子補(bǔ)充到礦物表面時(shí)，礦物顆粒利用其表面吸著力將水分子拉到自己周圍，在兩個(gè)顆粒接觸處由于吸著力作用使水分子向兩個(gè)礦物顆粒之間的縫隙內(nèi)擠入。1)水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響當(dāng)巖石受壓時(shí)：n如壓應(yīng)力大于吸著力，水分子就被壓力從接觸點(diǎn)中擠出。反之如壓應(yīng)力減小至低于吸著力，水分子就又?jǐn)D入兩顆粒之間，使兩顆粒間距增大。n這樣便產(chǎn)生兩種結(jié)果：一是巖石體積膨脹，如巖石處于不可變形的條件，便產(chǎn)生膨脹壓力；二是水膠連結(jié)代替膠體及可溶鹽連

3、結(jié)，產(chǎn)生潤(rùn)滑作用，巖石強(qiáng)度降低。1)水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 重力水：重力水：對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在孔隙水壓力作用和溶蝕、潛蝕作用。（1）孔隙壓力作用：對(duì)于孔隙和微裂隙中含有重力水的巖石，當(dāng)其突然受載而水來(lái)不及排出時(shí)，產(chǎn)生孔隙壓力，減小了顆粒之間的壓應(yīng)力，從而降低了巖石的抗剪強(qiáng)度，甚至使巖石的微裂隙端部處于受拉狀態(tài)，從而破壞巖石的連結(jié)。1)水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響（2）溶蝕潛蝕作用：巖石中滲透水在其流動(dòng)過(guò)程中可將巖石中可溶物質(zhì)溶解帶走，有時(shí)將巖石中小顆粒沖走，使巖石強(qiáng)度大為降低，變形加大。 在巖體中有酸性或堿性水流時(shí)，極易出現(xiàn)溶蝕作用。 當(dāng)水力梯度很大時(shí)，對(duì)于孔隙度大，連結(jié)差的巖石易產(chǎn)生潛

4、蝕作用。（3）除了上述五種作用外，水在凍融時(shí)的脹縮作用對(duì)巖石力學(xué)強(qiáng)度破壞很大。1)水對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響巖漿巖沉積巖變質(zhì)巖巖石名稱軟化系數(shù)巖石名稱軟化系數(shù)巖石名稱軟化系數(shù)花崗巖0.720.97火山集塊巖0.60.8片麻巖0.750.97閃長(zhǎng)巖0.600.80火山角礫巖0.570.95石英片麻巖0.440.84閃長(zhǎng)玢巖0.780.81安山凝灰集塊巖0.610.74角閃片巖0.440.84輝綠巖0.330.90凝灰?guī)r0.520.86云母片巖0.530.69流紋巖0.750.95礫巖0.500.96綠泥石片巖0.530.69安山巖0.810.91石英砂巖0.650.97千枚巖0.670.96玄武巖0

5、.300.95泥質(zhì)砂巖，粉砂巖0.210.75硅質(zhì)板巖0.750.79泥巖0.400.60泥質(zhì)板巖0.390.52頁(yè)巖0.240.74石英巖0.940.96石灰?guī)r0.700.94泥灰?guī)r0.440.54水對(duì)巖石的軟化作用按一般地?zé)嵩鰷乜矗吭黾?00米深度，溫度升高3。2)溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響平洞平洞 小立井內(nèi)貯存核廢料罐小立井內(nèi)貯存核廢料罐u高硫礦山、自燃礦物溫度高u地下深部研究、核廢料處理研究u一般來(lái)說(shuō)，隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點(diǎn)降低，強(qiáng)度降低。 玄武巖玄武巖 花崗巖花崗巖 白云巖白云巖 2)溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響如圖所示即為三種不同巖石在圍壓為500MPa，溫度由25升高

6、到800時(shí)應(yīng)力應(yīng)變特征。多數(shù)巖石在地表表現(xiàn)為脆性；趨向地下，隨著溫度和圍壓的增加，到一定深度就會(huì)從脆性向延性過(guò)渡。因此，巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常把圍壓和溫度一起來(lái)考慮。 溫度升高產(chǎn)生延性的原因是由于巖石內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，因此，削弱了它們之間的內(nèi)聚力，使晶粒面更容易產(chǎn)生滑移。n加載速率愈大，彈性模量愈大；n加荷速率愈小，彈性模量愈小。n加載速率越大，獲得的強(qiáng)度指標(biāo)值越高。n國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)（ISRM）建議：n加載速率為0.50.8MPa/秒，一般從開(kāi)始試驗(yàn)直至試件破壞的時(shí)間為510分鐘。3)加載速率對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響由三軸壓縮試驗(yàn)可知：n巖石的脆性和塑性并非巖石固有的性質(zhì)，它與其受力狀態(tài)有關(guān)，隨著

7、受力狀態(tài)的改變，其脆性和塑性是可以相互轉(zhuǎn)化的。n在三軸壓縮條件下，巖石的變形、強(qiáng)度和彈性極限都有顯著增大。n例如：歐洲阿爾卑斯山的山嶺隧道穿過(guò)很堅(jiān)硬的花崗巖，由于山勢(shì)陡峭，花崗巖處于很高的三維地應(yīng)力狀態(tài)下，表現(xiàn)出明顯的塑性變形。4)圍壓對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 風(fēng)化作用：風(fēng)化作用：是一種表生的自然營(yíng)力和人類作用的共同產(chǎn)物，是一種很復(fù)雜的地質(zhì)作用，將涉及到氣溫、大氣、水分、生物、原巖的成因、原巖的礦物成分、原巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等諸因素的綜合作用。 風(fēng)化作用降低巖體的物理力學(xué)性質(zhì)：風(fēng)化作用降低巖體的物理力學(xué)性質(zhì)：n降低巖體結(jié)構(gòu)面的粗糙程度，產(chǎn)生新的裂隙，破壞巖體的完整性。巖石結(jié)構(gòu)連結(jié)被削弱,堅(jiān)硬巖石變?yōu)榘?/p>

8、堅(jiān)硬巖石、疏松土。n在化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中，礦物成分發(fā)生變化，原生礦物經(jīng)受水解、水化、氧化等作用，逐漸為次生礦物，特別是產(chǎn)生粘土礦物（如蒙脫石、高嶺石等）。n成分結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的變化,導(dǎo)致抗水性降低、親水性增高（如膨脹性、崩解性、軟化性增強(qiáng)）；力學(xué)強(qiáng)度降低，壓縮性加大。5)風(fēng)化對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響n風(fēng)化對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響可通過(guò)對(duì)巖石風(fēng)化程度的評(píng)價(jià)來(lái)進(jìn)行。風(fēng)化程度可通過(guò)室內(nèi)巖石物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)評(píng)定的方法，也可能用聲波及超聲波的方法。n1964年以來(lái)，水電部成都勘察設(shè)計(jì)研究院科研所提出用巖石風(fēng)化程度系數(shù)(Ky)來(lái)評(píng)定巖石的風(fēng)化程度。n Ky ( Kn Kr Kw )/3式中： Kn=n1/n2 (孔隙率系數(shù))； Kr=r2/r1 (強(qiáng)度系數(shù))； Kw=1/ 2 (吸水率系數(shù))； n1，r1，1新鮮巖石的孔隙率、抗壓強(qiáng)度、吸水率； n2，r2，2風(fēng)化巖石的孔隙率、抗壓強(qiáng)度、吸