第七章__巖石的工程地質(zhì)特性

1、.1 巖石的物理及力學(xué)性質(zhì)巖石的物理及力學(xué)性質(zhì) 2巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì) 3 影響巖石工程地質(zhì)性質(zhì)的因素影響巖石工程地質(zhì)性質(zhì)的因素 .一一.巖石的重力性質(zhì)巖石的重力性質(zhì) 1.巖石的比重巖石的比重 巖石固體部分的重度與同體積的巖石固體部分的重度與同體積的4C0的水的重度之比，的水的重度之比，一般在一般在2.65左右，大的可以達(dá)到左右，大的可以達(dá)到3.3 2.巖石的重度巖石的重度二二.巖石的孔隙性巖石的孔隙性 巖石中的空隙包括孔隙和裂隙巖石中的空隙包括孔隙和裂隙 巖石的空隙性是孔隙性和裂隙性的總稱，用空隙率、巖石的空隙性是孔隙性和裂隙性的總稱，用空隙率、孔隙率和裂隙率來表示其發(fā)育?？紫堵屎土?/p>

2、隙率來表示其發(fā)育。習(xí)慣用孔隙性代表空隙性習(xí)慣用孔隙性代表空隙性 孔隙率孔隙率 nVn/V100% Vn:巖石中的孔隙（含裂隙）體巖石中的孔隙（含裂隙）體積積 巖石中孔隙率的大小主要取決于巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，巖石中孔隙率的大小主要取決于巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，同時也受風(fēng)化作用、巖同時也受風(fēng)化作用、巖 漿作用、構(gòu)造運(yùn)動及變質(zhì)作用的漿作用、構(gòu)造運(yùn)動及變質(zhì)作用的影響影響常見巖石的物理力學(xué)指標(biāo) .三三.巖石的變形巖石的變形變形定義：變形定義：巖石在外力作用下，其內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，使各質(zhì)點(diǎn)巖石在外力作用下，其內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，使各質(zhì)點(diǎn)改變位置，引起巖石形狀和尺寸的改變，稱為變形改變位置，引起巖石形狀和

3、尺寸的改變，稱為變形巖石變形的組成：巖石變形的組成：彈性變形、塑性變形彈性變形、塑性變形巖石變形的特點(diǎn)：巖石變形的特點(diǎn)：一般的固體材料的變形存在屈服點(diǎn)，其前為彈性變形，一般的固體材料的變形存在屈服點(diǎn)，其前為彈性變形，其后為塑性變形；巖石則是彈塑性伴生，沒有明顯的屈服點(diǎn)。其后為塑性變形；巖石則是彈塑性伴生，沒有明顯的屈服點(diǎn)。原因：原因：組成巖石的礦物成分其屈服點(diǎn)不同；巖石中存在孔隙、裂隙以及組成巖石的礦物成分其屈服點(diǎn)不同；巖石中存在孔隙、裂隙以及膠結(jié)物成分膠結(jié)物成分1. 巖石的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系巖石的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(1)逐級加載應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系逐級加載應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 a.壓密階段：壓密階段：主要是巖石的裂隙壓

4、密，包含彈性和塑性變形，以塑性變主要是巖石的裂隙壓密，包含彈性和塑性變形，以塑性變形為主；形為主； b.直線階段：直線階段：應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本上按比例增長，呈近似直線關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本上按比例增長，呈近似直線關(guān)系, 以以彈性變形為主彈性變形為主 ； C. 破壞階段：破壞階段：荷載繼續(xù)增大，應(yīng)力應(yīng)變呈明顯非線形，應(yīng)變比應(yīng)力的荷載繼續(xù)增大，應(yīng)力應(yīng)變呈明顯非線形，應(yīng)變比應(yīng)力的增長率大的多；增長率大的多；.加荷方式單軸加荷三軸加荷單軸壓縮單軸拉伸連續(xù)加荷循環(huán)加荷逐級一次循環(huán)加荷反復(fù)循環(huán)加卸荷加剪力tpptpt.（一）（一） 連續(xù)加載連續(xù)加載 1、變形階段、變形階段（1）空隙壓密階段）空隙壓密階段(OA

5、)峰值峰值前變前變形階形階段段峰峰值值后后變變形形階階段段oABCDE(+) (-) L V d （5）破壞后階段）破壞后階段(DE)全過程曲線前過程曲線（4）非穩(wěn)定發(fā)展階段）非穩(wěn)定發(fā)展階段(CD) D點(diǎn)點(diǎn):峰值強(qiáng)度峰值強(qiáng)度（3）微裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段）微裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段 (BC) C點(diǎn)點(diǎn):屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度（2）彈性變形階段）彈性變形階段(AB) B點(diǎn)點(diǎn):彈性極限彈性極限.(二二). 衡量重復(fù)加載卸載應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系衡量重復(fù)加載卸載應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 特點(diǎn)：特點(diǎn)：前期呈曲線關(guān)系，不能恢復(fù)的塑性變形較大；往后塑性變形逐前期呈曲線關(guān)系，不能恢復(fù)的塑性變形較大；往后塑性變形逐 漸變小，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線越接近于直

6、線，說明經(jīng)過多次漸變小，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線越接近于直線，說明經(jīng)過多次 循環(huán)以后，愈益呈現(xiàn)彈性變形；相鄰前后級的曲線近似平行。循環(huán)以后，愈益呈現(xiàn)彈性變形；相鄰前后級的曲線近似平行。(三三). 變量重復(fù)加載卸載應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系變量重復(fù)加載卸載應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 特點(diǎn)：特點(diǎn)：前一級卸載和隨后一級加載間存在回滯環(huán)，說明彈性恢復(fù)的滯前一級卸載和隨后一級加載間存在回滯環(huán)，說明彈性恢復(fù)的滯 后現(xiàn)象；每次卸載后下一級加載量有規(guī)律的增加，則各級峰值后現(xiàn)象；每次卸載后下一級加載量有規(guī)律的增加，則各級峰值 應(yīng)力連線呈有規(guī)律的直線或者曲線并同逐級加載下的應(yīng)力應(yīng)力連線呈有規(guī)律的直線或者曲線并同逐級加載下的應(yīng)力 應(yīng)變曲線相似；最初

7、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線很彎曲，愈后愈呈直應(yīng)變曲線相似；最初應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線很彎曲，愈后愈呈直 線；相鄰前后級的曲線近似平行線；相鄰前后級的曲線近似平行 二二.巖石的變形指標(biāo)巖石的變形指標(biāo) 1. 彈性模量彈性模量 E=/r 其中：其中：為應(yīng)力為應(yīng)力 r為彈性應(yīng)變?yōu)閺椥詰?yīng)變 2. 變形模量變形模量 E0=/(0+ r ) 其中：其中： 、r同前；同前；0為塑性應(yīng)變?yōu)樗苄詰?yīng)變 3.泊松比泊松比 橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比 =1 / 取值：取值：0.20.4.三三.巖石的強(qiáng)度巖石的強(qiáng)度 定義：定義：巖石抵抗外力破壞的能力巖石抵抗外力破壞的能力 包括：包括：抗壓、抗剪、抗拉強(qiáng)度抗壓、抗剪、抗

8、拉強(qiáng)度1. 抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度 巖石在單向壓力作用下，抵抗壓碎破壞的能力巖石在單向壓力作用下，抵抗壓碎破壞的能力 R=P/A 其中：其中： P為巖石破壞時的壓力；為巖石破壞時的壓力；A為巖石受壓面積為巖石受壓面積 影響抗壓強(qiáng)度的因素：影響抗壓強(qiáng)度的因素： (1)巖石的礦物成分、顆粒大小、膠結(jié)程度以及巖石的層理、巖石的礦物成分、顆粒大小、膠結(jié)程度以及巖石的層理、片理等（垂直層理片理等（垂直層理平行層理，結(jié)晶平行層理，結(jié)晶非結(jié)晶，細(xì)晶非結(jié)晶，細(xì)晶粗晶）粗晶） （2）巖石的風(fēng)化和裂隙，大大降低其強(qiáng)度）巖石的風(fēng)化和裂隙，大大降低其強(qiáng)度 （3）試驗(yàn)條件的影響：飽和度、加載速率以及試件尺寸）試驗(yàn)條件的影響：

9、飽和度、加載速率以及試件尺寸.2. 抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度 巖石抵抗剪切破壞的能力，以巖石被剪切破壞時的極限應(yīng)巖石抵抗剪切破壞的能力，以巖石被剪切破壞時的極限應(yīng)力表示；決定著建筑物基礎(chǔ)的抗滑穩(wěn)定性力表示；決定著建筑物基礎(chǔ)的抗滑穩(wěn)定性(1).抗剪斷強(qiáng)度抗剪斷強(qiáng)度 在軸向壓力作用下的巖石抗剪斷強(qiáng)度在軸向壓力作用下的巖石抗剪斷強(qiáng)度 =ctan 其中其中 為破壞面上的法向應(yīng)力；為破壞面上的法向應(yīng)力；為巖石的內(nèi)摩擦角；為巖石的內(nèi)摩擦角； c為巖石的內(nèi)聚力為巖石的內(nèi)聚力 (2).抗滑移強(qiáng)度抗滑移強(qiáng)度 沿已有破裂面發(fā)生剪切滑動的指標(biāo)沿已有破裂面發(fā)生剪切滑動的指標(biāo) =tan (3).抗切強(qiáng)度抗切強(qiáng)度在法向壓力為零時

10、的巖石抗剪斷強(qiáng)度在法向壓力為零時的巖石抗剪斷強(qiáng)度=c3.抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 巖石單向拉伸時抵抗拉斷破壞的能力巖石單向拉伸時抵抗拉斷破壞的能力t=P/A P為巖石破壞時的拉力；為巖石破壞時的拉力；A為試件的截面積為試件的截面積 一般情況下：一般情況下： 抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度；巖石越堅(jiān)硬抗拉強(qiáng)度；巖石越堅(jiān)硬差別越大差別越大.巖石的水理性質(zhì)主要指巖石與水作用時表現(xiàn)的性質(zhì)，主要包巖石的水理性質(zhì)主要指巖石與水作用時表現(xiàn)的性質(zhì)，主要包括：括：吸水性、透水性、溶解性、軟化性、抗凍性吸水性、透水性、溶解性、軟化性、抗凍性一一.巖石的吸水性巖石的吸水性 巖石吸附水分的能力巖石吸附水分的能力 1

11、.巖石的吸水率巖石的吸水率 在常壓下巖石吸附水分的能力，以巖石所吸水分的重量與在常壓下巖石吸附水分的能力，以巖石所吸水分的重量與干燥巖石的重量之比干燥巖石的重量之比 1 =G1 /Gs100% 其中其中 G1巖石常壓下所吸附水分的重量巖石常壓下所吸附水分的重量 Gs干燥巖石的重量干燥巖石的重量2.巖石的飽水率巖石的飽水率: 巖石在高壓巖石在高壓(15MPa)或者真空條件的吸水能或者真空條件的吸水能力，其計(jì)算同巖石的吸水率力，其計(jì)算同巖石的吸水率 飽水系數(shù)：飽水系數(shù)：巖石的吸水率與巖石的飽水率之比，一般認(rèn)為巖石的吸水率與巖石的飽水率之比，一般認(rèn)為其值其值0.8時巖時巖 石抗凍石抗凍.二二.巖石的

12、透水性巖石的透水性 巖石的透水性是指巖石允許水通過的能力；以滲透系數(shù)巖石的透水性是指巖石允許水通過的能力；以滲透系數(shù)來衡量；與巖石孔隙、裂隙的大小及多少有關(guān)系來衡量；與巖石孔隙、裂隙的大小及多少有關(guān)系三三.巖石的溶解性巖石的溶解性 巖石的溶解性是指巖石溶解于水的能力。取決于其化學(xué)成巖石的溶解性是指巖石溶解于水的能力。取決于其化學(xué)成分，也與水的性質(zhì)有關(guān)分，也與水的性質(zhì)有關(guān) 常見的可溶性巖石有：石灰石、白云石、石膏、巖鹽常見的可溶性巖石有：石灰石、白云石、石膏、巖鹽四四.巖石的軟化性巖石的軟化性 指巖石在水的作用下強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低的性質(zhì)。主要取決指巖石在水的作用下強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低的性質(zhì)。主要取決于

13、：于：礦物成分礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造結(jié)構(gòu)構(gòu)造等；等； 衡量指標(biāo)：軟化系數(shù)衡量指標(biāo)：軟化系數(shù)（飽水狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度與風(fēng)干（飽水狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度與風(fēng)干狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度之比）狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度之比） 25非抗凍）非抗凍）.一一.巖石的礦物組成巖石的礦物組成巖石的礦物組成對巖石的物理力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生直接的影響巖石的礦物組成對巖石的物理力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生直接的影響輝長巖的（主要含輝長石和角閃石）的比重比花崗巖（主要含石英和正長輝長巖的（主要含輝長石和角閃石）的比重比花崗巖（主要含石英和正長石）大石）大 石英巖的抗壓強(qiáng)度高于大理巖，由于石英的強(qiáng)度比方解石高石英巖的抗壓強(qiáng)度高于大理巖，由于石英的強(qiáng)度比方解石

14、高但這種關(guān)系不是唯一的，強(qiáng)度高的礦物要互相接觸形成牢固的骨架才行但這種關(guān)系不是唯一的，強(qiáng)度高的礦物要互相接觸形成牢固的骨架才行二二.巖石的結(jié)構(gòu)巖石的結(jié)構(gòu) 巖石的結(jié)構(gòu)特征是影響巖石物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素巖石的結(jié)構(gòu)特征是影響巖石物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素 結(jié)晶巖類：大部分的巖漿巖、變質(zhì)巖和一部分沉積巖結(jié)晶巖類：大部分的巖漿巖、變質(zhì)巖和一部分沉積巖 膠結(jié)物聯(lián)結(jié)的巖石：碎屑巖等膠結(jié)物聯(lián)結(jié)的巖石：碎屑巖等結(jié)晶聯(lián)結(jié)：是由巖漿或者溶液中結(jié)晶或者重結(jié)晶形成。礦物晶體靠直接接結(jié)晶聯(lián)結(jié)：是由巖漿或者溶液中結(jié)晶或者重結(jié)晶形成。礦物晶體靠直接接 觸的力牢固的固結(jié)在一起。結(jié)晶晶粒的大小對巖石的強(qiáng)度有明顯的影響觸的力牢固的固

15、結(jié)在一起。結(jié)晶晶粒的大小對巖石的強(qiáng)度有明顯的影響膠結(jié)連接：包括基地膠結(jié)（孔隙小，強(qiáng)度和穩(wěn)定性取決于膠結(jié)物的成分）膠結(jié)連接：包括基地膠結(jié)（孔隙小，強(qiáng)度和穩(wěn)定性取決于膠結(jié)物的成分） 孔隙膠結(jié)：其強(qiáng)度與碎屑和膠結(jié)物的成分都有關(guān)系孔隙膠結(jié)：其強(qiáng)度與碎屑和膠結(jié)物的成分都有關(guān)系 接觸膠結(jié)：孔隙度大、重度低、吸水率高、強(qiáng)度低、易透水接觸膠結(jié)：孔隙度大、重度低、吸水率高、強(qiáng)度低、易透水 .三三. 巖石的構(gòu)造巖石的構(gòu)造巖石的構(gòu)造對其物理性質(zhì)的影響主要由巖石的各組成部分的空巖石的構(gòu)造對其物理性質(zhì)的影響主要由巖石的各組成部分的空間分布及其相互排列關(guān)系所確定的。間分布及其相互排列關(guān)系所確定的。一般來說垂直層面的抗壓強(qiáng)

16、度大于平行層面的抗壓強(qiáng)度，平行一般來說垂直層面的抗壓強(qiáng)度大于平行層面的抗壓強(qiáng)度，平行層面的透水性大于垂直巖面。層面的透水性大于垂直巖面。四四.水的作用水的作用 巖石被水飽和后會使巖石的強(qiáng)度降低，影響成都與巖石的孔巖石被水飽和后會使巖石的強(qiáng)度降低，影響成都與巖石的孔隙度密切相關(guān)，孔隙度大飽水后強(qiáng)度降低越多隙度密切相關(guān)，孔隙度大飽水后強(qiáng)度降低越多五五.風(fēng)化作用風(fēng)化作用 概念：巖石長期暴露在地表或者淺埋在地下，在太陽輻射、概念：巖石長期暴露在地表或者淺埋在地下，在太陽輻射、水、大氣及生物的作用下，使巖石的結(jié)構(gòu)逐漸破碎、疏松水、大氣及生物的作用下，使巖石的結(jié)構(gòu)逐漸破碎、疏松或者礦物發(fā)生次生變化。它是在溫度、水、空氣、生物等或者礦物發(fā)生次生變化。它是在溫度、水、空氣、生物等綜合因素影響下，改變巖石狀態(tài)、性質(zhì)的物理化學(xué)過程綜合因素影響下，改變巖石狀態(tài)、性質(zhì)的物理化學(xué)過程.復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題1.巖石的變