第1章岩石的物理力学性质及工程分级.doc

凿 岩 爆 破 工 程  PAGE 26  PAGE 25 第一章 岩石的物理力学性质及工程分级 第一章 岩石的物理力学性质及工程分级 第一节 概 述 凿岩爆破是隧道施工的基本方法，其工作对象是岩石，也就是说，在具体施工时，凿岩方法、钻机类型、钻眼工作参数、炸药类型、爆破参数的选择，首先取决于岩石的组成、结构、构造及其物理力学性质。 隧道施工的基本过程就是把岩石从岩体上破碎下来，形成设计所要求的各种用途的地下空间，在此过程中，还需对这些地下空间进行必要的维护，以防止围岩产生过大的变形和坍塌。因此，有效地破碎岩石和维护围岩就成为隧道等地下工程施工中的主要问题。为了有效合理地进行破岩和维护围岩，就必须对岩石和岩体的物理力学性质有所了解，并在此基础上制定出岩石的工程分级方法。只有这样，才能在不同的条件下，使所选用的破岩和围岩维护方法有科学依据。 第二节 岩石和岩体的基本概念 岩石和岩体是描述岩石的两个不同概念，它们既相互联系，同时又有较大的区别。 1. 岩石 岩石是指由一种或多种矿物组成的集合体，其物理力学性质与组成该岩石的矿物成分及其含量、岩石结构和构造特征有密切关系。 2. 岩体与岩块 岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。岩体结构的基本要素包括结构面和结构体。 结构面指褶皱、断层、节理、劈理等，结构体指有不同产状的结构面组合切割而成的单元块体。 岩块是指从天然岩体中取出的较为标准的样块，人为地排除了大部分天然的软弱面。在研究岩体问题时，可以把岩块视为均质的、各向同性的连续介质；而岩体一般均属于非均质的各向异性的不连续介质。 3. 岩体与岩块的区别 岩体与岩块的主要区别表现在： （1）岩体具有明显的弱面，因此具有显著的非均质性和各向异性。而岩块不包含显著的弱面，可以相对地把岩块近似地视为均质、各向同性的连续介质； （2）岩体强度低，易变形； （3）岩体和岩块的渗透性也存在显著差异。 第三节 岩石的物理性质 岩石的物理力学性质指标包括岩石的重量指标、孔隙性和吸水性。 一、岩石的重量指标 岩石由固体、水、空气三相组成，具有比重和容重等重量指标。 1. 比重 岩石的比重是指岩石固体实体积的重量与同体积水的重量之比。所谓固体实体积，是指不包括孔隙体积在内的实在体积，即： 　 　　　　　　　　（1-1） 式中：Δ——岩石的比重； G——绝对干燥时体积为VC的岩石的重量，g； VC——岩石固体实在体积，cm3； ?W——水的容重，g/cm3。 岩石的比重取决于组成岩石的矿物的比重。一般在已鉴定出岩石矿物成分后，岩石的比重就可以粗略地进行估计。例如，石灰石的比重与方解石的相近，砂岩的比重接近于石英。 2．容重 单位体积岩石的重量称为岩石的容重。所谓单位体积是指包括孔隙体积在内的体积。岩石的容重又分为干容重和湿容重。 干容重：单位体积岩石绝对干燥后的容重，用?C表示； 湿容重：岩石在天然含水或饱和状态下的容重，用表示。 ， （1-2） 式中：?C——岩石的干容重，g/cm3； G——岩石试件干燥后的重量，g； V——岩石试件的体积，cm3； ?——岩石的湿容重，g/cm3； G1——岩石试件的重量（天然含水或饱和），g。 一般地，?C与?差别不大，但对粘土来说则差别很大；?取决于岩石的矿物成分、孔隙大小及含水量，在其它条件相同时，?还与岩石的埋深有关，埋深浅的容重小，埋深大的容重大。 二、 岩石的孔隙性 岩石的孔隙性是指岩石的裂隙发育程度，通常用孔隙度n和孔隙比e来表示。孔隙度指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与岩石试件总体积的比值。孔隙比指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与岩石试件内固体矿物颗粒体积VC的比值，用式(1-3)和式(1-4)表示 （1-3） （1-4） n和e通常是根据岩石的比重?和干容重γC计算求得。 岩石的孔隙性对岩石的其它性质有显著的影响。一般地，随着岩石孔隙度n的增大，岩石的整体性降低，比重和强度降低，而透水性提高；同时，岩石中的孔隙加快了风化的速度，进一步增大了岩石的透水性，降低了其力学强度。 三、岩石的吸水率 吸水率W是指岩石试件在大气压力下吸入水的重量GW与岩石干重量GS之比，即。一般地，岩石吸水率W的大小取决于岩石中所含孔隙、裂隙的数量和大小、孔隙和裂隙的开闭程度及分布状况，且与试验条件有关；整体岩石试件