巖土的物理性質(zhì)-巖石的性質(zhì)（工程巖土課件）

第五講巖石的水理性質(zhì)學(xué)習(xí)內(nèi)容一

地下水在巖石中的分布二巖石的水理性質(zhì)巖土體的水理性質(zhì)三（1）孔隙水：廣泛分布于第四紀(jì)松散的沉積物中。例如在砂巖中就有少量的孔隙水存在?？紫端拇嬖跅l件和特征取決于巖土的孔隙狀況，如果巖土體顆粒粗大而均勻。則孔隙含水層的透水性好，地下水儲量大、流速快、水質(zhì)好。（2）裂隙水：存在于基巖裂隙之中并沿著基巖裂隙滲流的地下水。分：風(fēng)化裂隙水、成巖裂隙水、構(gòu)造裂隙。

地下水按含水層性質(zhì)分類孔隙水裂隙水巖溶水（3）巖溶水：是水對巖石的溶解溶燭和再結(jié)晶作用，儲存并運(yùn)移于這些巖溶裂隙或巖溶溶洞中的地下水就稱為巖溶水。巖石的水理性質(zhì)（1）巖石的吸水率式中：w1——巖石吸水率，%mw1——巖石在常壓下所吸水分的質(zhì)量，g

ms——干燥巖石的質(zhì)量，g。巖石的水理性質(zhì)吸水性透水性溶解性軟化性抗凍性是指巖石與水作用時所表現(xiàn)的性質(zhì)1、吸水性:w1＝(mw1/ms)×100%（2）巖石的飽水率（ω2）是指在高壓（15Mpa）或真空條件下巖石吸水能力，仍以巖石所吸水分的重力與干燥巖石重力之比的百分?jǐn)?shù)表示。吸水率飽水率飽水系數(shù)巖石飽水因數(shù)的大小與巖石的抗凍性有關(guān)，一般飽水因數(shù)小于0.8的巖石是抗凍的。

w2＝(mw2/ms)×100%式中：w2

－巖石的飽水率；mw2－巖石在高壓或真空下所吸水分的質(zhì)量（g）；ms－干燥巖石的質(zhì)量（g）巖石名稱吸水率ω1/%飽水率ω2/%飽水因數(shù)/%花崗巖0.460.840.55玄武巖0.270.390.69云母片巖0.131.310.10砂巖7.0111.990.60石灰?guī)r0.090.250.36白云質(zhì)石灰?guī)r0.740.920.80巖石名稱巖石滲透系數(shù)K/(m·s-1)室內(nèi)實驗野外實驗花崗巖10-7~10-1110-4~10-9玄武巖10-1210-2~10-7砂巖3×10-3~8×10-810-3~3×10-8頁巖10-9~5×10-1310-8~10-11石灰?guī)r10-5~10-1310-3~10-7白云巖10-5~10-1310-3~10-7片巖10-82×10-7

2、巖石的透水性：是指巖石允許水通過的能力。巖石的透水性大小，主要取決于巖石孔隙、裂隙的大小和連通情況。巖石的透水性用滲透系數(shù)（K）來表示。巖石的溶解性：是指巖石溶解于水的性質(zhì)。常見的可溶性巖石有石灰?guī)r、白云巖、石膏、巖鹽等。巖石的溶解性，主要取決于巖石的化學(xué)成分，但和水的性質(zhì)有密切關(guān)系，如富含CO2的水，則具有較大的溶解能力?？λ固氐孛矌r石的軟化性：是指巖石在水的作用下，強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低的性質(zhì)。巖石的軟化性主要取決于巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征。巖石中粘土礦物含量高、孔隙率大、吸水率高、則易于與水作用而軟化，使其強(qiáng)度和穩(wěn)定性大大降低甚至喪失。巖石的軟化性指標(biāo)為軟化因數(shù)，它等于巖石在飽水狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度與巖石風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強(qiáng)度的比值。未受風(fēng)化影響的巖石，軟化因數(shù)接近于1，軟化因數(shù)小于0.75的巖石，為強(qiáng)軟化的巖石，工程性質(zhì)較差。巖石名稱軟化因數(shù)巖石名稱軟化因數(shù)花崗巖0.72~0.97泥質(zhì)砂巖、粉砂巖0.21~0.75閃長巖0.60~0.80泥巖0.40~0.60閃長玢巖0.78~0.81頁巖0.24~0.74輝綠巖0.33~0.90石灰?guī)r0.70~0.94礫巖0.50~0.96硅質(zhì)板巖0.75~0.79砂巖0.93泥質(zhì)板巖0.39~0.52巖石的抗凍性：是指巖石抵抗冰凍作用的能力。巖石的抗凍性，與巖石的飽水因數(shù)、軟化因數(shù)有著密切關(guān)系。一般是飽水因數(shù)愈小，巖石的抗凍性愈強(qiáng)。易于軟化的巖石，其抗凍性也低。溫度變化劇烈，巖石反復(fù)凍融，則降低巖石的抗凍能力。巖石的抗凍性，一般用巖石在抗凍試驗前后抗壓強(qiáng)度的降低率表示?？箟簭?qiáng)度降低率小于20%~25%的巖石，為抗凍的；大于25%的巖石，為非抗凍的。給水性：是指被水飽和的巖土體在重力作用下釋出水的能力。透水性巖土體允許水流透過的性能稱為其滲透性。三.巖土體的水理性質(zhì)巖土體的水理性質(zhì)是指巖土體與水接觸時，存儲和運(yùn)移水分的性質(zhì)。巖土體的水理性質(zhì)主要包括巖土體的容水性、持水性、給水性和滲透性。容水性：是指巖土體容納水分的能力。持水性：是指在重力作用下巖土體依靠顆粒電場力和毛細(xì)吸力在孔隙、裂隙中保持一定量水分的性能。謝謝第四講巖石的物理性質(zhì)學(xué)習(xí)內(nèi)容一巖石的密度二巖石的空隙性常見巖石的物理性質(zhì)指標(biāo)三意義一評價巖基承載力二計算邊坡穩(wěn)定系數(shù)選配建筑材料三由巖石結(jié)構(gòu)中礦物顆粒的排列形式及顆粒間孔隙的連通情況所反映出來的特性。巖石物理性質(zhì)巖石的“三相組成”

巖石的相對密度：一般巖石的相對密度約在2.65左右，相對密度大的可達(dá)3.3。對于同一種巖石，若密度大的結(jié)構(gòu)致密、孔隙性小，強(qiáng)度和穩(wěn)定相對較高。

巖石的密度巖石相對密度巖石固體部分（不含孔隙）的重力與同體積水在4oC時重力的比值飽和密度巖石中的孔隙全部被水充滿時的密度干密度巖石孔隙中完全沒有水存在時的密度巖石的飽和密度：是指巖石的空隙完全被水充滿時的密度。

Vn=Vw巖石的干密度：是指巖石空隙中完全沒有水存在時的密度。Vn=0巖石的孔隙率（或稱孔隙度）是指巖石中孔隙體積與巖石總體積之比值，常以百分?jǐn)?shù)表示空隙指巖石的孔隙和裂隙的總稱。即巖石的空隙性反映巖石中孔隙、裂隙的發(fā)育程度。二、巖石的空隙性： 巖石的空隙性巖石的孔隙性巖石的裂隙性孔隙率、孔隙比巖石的孔隙率，%。巖石中孔隙的體積，cm3巖石的總體積，cm3裂隙率

巖石孔隙率的大小，主要取決于巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，同時也受風(fēng)化作用、巖漿作用、構(gòu)造運(yùn)動及變質(zhì)作用的影響。由于巖石中孔隙、裂隙發(fā)育程度變化很大，其孔隙率的變化也很大。隨著孔隙率的增大，透水性增大，巖石的強(qiáng)度降低。巖石的孔隙比是指巖石中孔隙體積與巖石固體體積之比值。巖石的孔隙比巖石中孔隙的體積，cm3巖石的固體體積，cm3

（1）單向裂隙a)沿一組裂隙面法向統(tǒng)計

含義：單位長度上裂隙條數(shù)（條∕m）。顯然：↑→巖體切割越破碎。

通常采用裂隙率作為定量評價(描述)裂隙切割的程度。（1）單向裂隙b)沿裂隙面方向→（連通率）a-裂隙面長度；b-巖橋長度；（2）平面裂隙率概念：指巖石單位面積上各類裂隙面積所占比重?！趇條裂隙長度；→第i條裂隙寬度；討論的兩種極限情況：(1)時，無裂隙；(2)時，全部被裂隙充滿；謝謝第六講巖石的力學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)內(nèi)容一巖石的抗壓強(qiáng)度二巖石的抗拉強(qiáng)度巖石的抗剪切強(qiáng)度三主要包括變形和強(qiáng)度。巖石在外力作用下首先是變形，當(dāng)外力繼續(xù)增加，達(dá)到或超過某一極限時，便開始破壞。巖石的變形與破壞是巖石受力后發(fā)生變化的兩個階段。巖石抵抗外荷而不破壞的能力稱巖石的強(qiáng)度，荷載過大并超過巖石能承受的能力時，便造成破壞。按外力作用方式不同將巖石強(qiáng)度分抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度1、抗壓強(qiáng)度巖石單向受壓時，抵抗壓碎破壞的最大軸向壓應(yīng)力稱為巖石的極限抗壓強(qiáng)度，簡稱抗壓強(qiáng)度（R)。R=P/AP-試樣破壞時的總壓力A—巖石受壓截面面積壓力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)巖石單軸壓縮試驗芯樣

缺點(diǎn)：系統(tǒng)剛度低，試驗中自身變形大，吸收大量能量，在巖樣屈服，承載力下降時，系統(tǒng)釋放大量能量，急速巖樣破壞，使巖樣在瞬間破壞（0.1-0.5s），這種失穩(wěn)破壞造成試驗的不完整性，很難獲得理想的全應(yīng)力～應(yīng)變曲線。普通巖石壓力機(jī)剛性壓力機(jī)MTS1、配置先進(jìn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)2、能獲得理想的全應(yīng)力～應(yīng)變曲線影響抗壓強(qiáng)度的因素：（1）巖石礦物成分、顆粒大小、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的影響；（2）受巖石風(fēng)化程度影響；（3）飽和條件下巖石抗壓強(qiáng)度小于天然狀態(tài)或干燥條件下巖石的抗壓強(qiáng)度；（4）試驗條件的影響：試件尺寸、加載速率等。

2.抗拉強(qiáng)度巖石試件在單向拉伸條件下試件達(dá)到破壞的極限值，它在數(shù)值上等于破壞時的最大拉應(yīng)力，稱為抗拉強(qiáng)度（σL)

σL=P／A抗拉強(qiáng)度試驗一般有軸向拉伸法和劈裂法，實際常利用其與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系間接確定。一般來說，抗拉強(qiáng)度主要決定于巖石礦物組成之間的粘聚力的大小。軸向拉伸法劈裂法據(jù)巖石受剪時的條件不同把抗剪切強(qiáng)度分為抗剪強(qiáng)度：兩塊巖樣在垂直接合面上一定壓應(yīng)力的作用下，巖樣接觸面之間所能承受的最大剪切力。抗切強(qiáng)度：巖石剪斷面上無正壓應(yīng)力下，剪斷時的最大剪應(yīng)力值，它是測定巖石粘聚力的一種方法?？辜魯鄰?qiáng)度：巖石剪斷面上有一定的壓應(yīng)力作用時，被剪斷時的最大剪應(yīng)力值。3.抗剪斷強(qiáng)度（τ）

巖石在一定的壓力條件下，被剪破時的極限剪切應(yīng)力值。（1）巖石直剪儀失穩(wěn)階段，晶格滑移裂紋發(fā)展、增長階段彈性階段，裂紋產(chǎn)生巖石直剪試驗結(jié)果曲線優(yōu)點(diǎn)：簡單方便、無需特殊設(shè)備，采用普通巖石壓力機(jī)即可。缺點(diǎn)：試件較小，不易反映巖石裂縫、層理等結(jié)構(gòu)面；剪切面上的受力不均勻等。（2）楔形剪切（交角剪）儀

采用不同的α角進(jìn)行試驗，則每個α對應(yīng)一組σ和τf。先將試件施加側(cè)壓力σ’3逐漸增加垂直壓力σ1；試件破壞，得到大主應(yīng)力σ’1，即獲破壞應(yīng)力圓；改變側(cè)壓力σ’3，獲得對應(yīng)的σ’1，和破壞應(yīng)力圓；（3）三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗結(jié)果

繪制試驗對應(yīng)σ’1