水工地质7(岩石工程性质).ppt

第七章???????? 岩石工程性质 * * 第一节???????? 岩石地质及力学指标 ?参与岩石工程地质水文地质性质描述的主要物理指标包括两类： 1．物理指标 2．水理指标 一、岩石的物理性质指标 1．物理指标 （1）质量： 比重(special gravity)：单位体积岩石固体部分的重量与同体积水之比; 容重(volume-weight)：单位体积岩石的重量（含空隙）; （2）空隙性：岩石构成除了固体颗粒外，其间还分布有孔隙、裂隙，这称为岩石的空隙性，以空隙率(porosity)来表达。 而一般来讲，n（沉积岩） n（变质岩） n（新鲜岩浆岩） (2）透水性(permeability)：水份可通过岩石移动的性能，以渗透系数k来衡量。 透水层（含水层）：k≥0.001m/24hr 隔水层（不透水层）：k0.001m/24hr 2．水理指标 （1）??? 吸水性(water-absorb character)：一定条件下岩石可吸纳水份的性能，常以饱水率表达。 ? Ww2：岩石在1500atm下吸水的质量。Ws：岩石的干重。 （4）抗冻性(frosty)：岩石抵抗冻融破坏的性能（抗冻胀性），以强度损失率表达（冻融25次，在±25℃间反复,西北高寒区考虑。 ）。 Rs1=冻融后的岩石抗压强度（饱和） Rs2=冻融前的饱水岩石抗压强度。 （3）软化性(softy)：岩石浸水后强度降低的性能，多以软化系数Kd表示。 Rw——岩石饱水条件下的抗压强度。 Rd——岩石干燥条件下的抗压强度。 1．岩石的变形特性 岩石是标准的弹塑性体，即瞬时高压作用下表现为弹脆性体，而长期慢施高压下表现为塑性体，其变形可分为4个阶段。 二、岩石的力学性质 *依单轴应力——应变曲线，自然材料可分为： ? ? ? a.线性弹性材料 b.完全弹性材料 c.带滞回环的弹性材料 d.弹塑性材料 δ ε （3）裂隙发展和破坏阶段：新裂隙产生并发展，δ增加不多，而ε快速增加，直至最高点，岩石发生整体破坏，此点的δ值称单轴极限抗压强度。 （1）微裂隙压密阶段：岩石中微裂隙在荷重下压密，此阶段δ变化小而ε变化大 （2）弹性变形阶段：裂隙进一步密合，不产生新裂隙，δ、ε近乎同步增加（曲线外切线近45°，最高点称弹性极限抗压强度，亦称屈服点）。 （4）峰值后阶段：岩石大变形，δ下降至稳定。 δ ε （2）泊松比 单轴压缩条件下，横向应变与纵（轴）向应变之比（过屈服点后） 2．岩石的变形特性指标 （1）弹性模量（modulus of elasticity,认为岩石是准弹性体） 单轴压缩条件下，轴向压应力与轴向应变之比。 （1Pa=1N/m2） 强度分抗压(compressive Strength)，抗拉(tensile Strength )和抗剪强度(shear Strength)三类，对岩石材料而言， 抗压强度＞抗剪强度＞抗拉强度。 地基与边坡的处理与设计就是使岩石中尽量消除拉应力，一般而言，三类强度一致有： 细晶岩浆岩＞变质岩＞沉积岩 3．岩石的强度(Strength) 岩石抵抗外力破坏的能力。 应力δ(stress)不变的情况下岩石变形（deformation,或应变ε）随时间增大的现象，是岩层中形成褶皱构造的根本原因，结构越松软的岩石蠕变的量越大，可能性越高，如100kg/cm2应力下： ε页岩ε砂岩ε细晶γ 三、岩石的蠕变 第二节 岩体的工程地质特性及工程地质分类 岩体( Rock mass)：是工程影响范围内的地质体，由处于一定应力状态的被各种结构面所切割的岩石组成。 在各种类型各种规模的地质构造作用下，完整的岩石被切割成支离破碎的小块，所以同体积下的完整岩石与破碎岩石其力学性质肯定是不同的，在工程建筑中，不能完全以岩石的力学性质来作为其工程地质性质。而这种影响到建筑安全稳定性的，受各类结构面切割的破碎岩块就是岩体。具体来说： 3．软弱结构面：是一类特殊的结构面，特指岩体中具有一定厚度的结构面。它可以是原生的，也可以是次生的，工程地质勘察中应予以特别重视。如砂岩中的泥岩夹层，花岗岩中的裂隙风化带等。 一、岩体结构面类型 指切割岩石的所有地质界面，如岩层面、断层面、节理面等。依据结构面成因将其分为三种类型。 1．原生结构面：与岩石同时形成，如层面、片理，收缩裂隙。 2．次生结构面：岩石形成后叠加形成的，节理面，断层面等。 二、岩体结构类型（岩块特点+岩块组合特点） 是岩体力学（1951—奥地利学派诞生起）研究的重点内容。 1．结构体形式 依据岩石碎块的面、角特点可分为五种： （1）锥形：即由4个面构成的岩