n01 岩石物理力学性质报告.doc

1 岩石的物理力学性质 岩石是由固体相、液体相和气体相组成的多相体系。理论认为，岩石中固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用决定了岩石的性质。在研究和分析岩石受力后的力学表现时，必然要联系到岩石的某些物理性质指标。 岩石物理性质：岩石由于其固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用所表现出来的性质。主要包括基本物理性质和水理性质。 岩石在受到外力作用下所表现出来的性质称为岩石的力学性质。岩石的力学性质主要有变形性质和强度性质，在静荷载和动荷载作用时，岩石的力学性质是有所不同的，表现在性质指标的差异上。 岩石的力学性质通常通过岩石力学性质测试才能确定。 1.1 岩石的基本物理性质指标 反映岩石组分及结构特征的物理量称为岩石的物理性质指标，这里主要是指一些基本属性：密度、比重、孔隙性、水理性等。反映了岩石的组分和三相之间的比例关系。 为了测定这些指标，一股都采用岩样在室内作试验，，必要时也可以在天然露头上或探洞(井)中进行现场试骀。在选用岩样时应考虑到它们对所研究地质单元的代表性并尽可能地保持其天然结构。最好采用同一岩样逐次地测定岩石的各种物理性质指标。下面分述各种物理性质指标。 1.1.1 岩石的密度和重度(容重) 1、定义 密度：单位体积岩石(包括岩石内空隙体积在内)所具有的质量。 重度(容重)：单位体积岩石所受的重力。 2、计算式 密度：(g/cm3，t/m3) 容重度：(kN/m3) 密度与重度的关系：(=(g。 上述各式中，M—岩石质量；W—岩石重量；V—岩石体积(包括空隙在内)；g为重力加速度，g=9.8m/s2，工程上一般取10m/s2。 密度与容重的种类：天然密度(、干密度(d、饱和密度(sat。 天然密度与干密度的关系：(=(d(1+0.01()((为含水率，以百分数计)。 3、影响因素 影响岩石密度大小的因素：矿物成分、孔隙及微裂隙发育程度、含水量。 4、测定方法 岩石密度的测定方法：量积法；水中称重法；蜡封法等。 、工程意义 岩石的重度可在一定程度上反映出岩石的力学性质情况。通常，岩石的重度越大，则它的性质越好，反之越差。图是各种碳酸盐类岩石的单轴抗压强度与重度的相关关系曲线图。从图上可以看出，随着岩石重度的增加，极限抗压强度也相应地增大。在岩石力学计算中，经常用到重度这个指标。岩石的重度一般在26.5~28.0(kN/m3)的范围内变化(表1-1)。 表1-1 常见岩石的容重、比重、孔隙率1.1.2 岩石颗粒密度 1、定义 岩石颗粒密度：单位体积岩石颗粒(固体部分)所具有的质量。 2、计算式 (g/cm3，t/m3) 其中，Ms—为岩石固体颗粒的质量，Vs—为固体颗粒的体积。 3、比密度(过去称为比重)： 有时为了单位换算的方便，可采用比密度的概念：岩石固体部分的质量与同体积4(C时纯水的质量之比值。即 (无单位) 其中，((为4(C时纯水的密度，((=1g/cm3。在数值上(s与(s相等。 4、影响因素 影响岩石颗粒密度的因素：岩石颗粒密度取决于矿物成分及其在岩石中的含量。一般岩石是由多种矿物组成的，因此，岩石颗粒密度实际上是组成岩石的矿物密度的加权平均值。大部分岩石的比密度在2.50~2.80之间，而且随着岩石中重矿物含量的增加而提高。因此，基性和超基性岩石的比密度可达3.00~3.40甚至更高，酸性岩石如花岗岩的比密度仅为2.50~2.84。某些岩石的比密度见表1-1。 5、测定方法 岩石颗粒密度的测定：比重瓶法。 1.1.3 岩石的孔隙性 岩石中存在各种各样的孔隙和细微裂隙，称为孔隙性。孔隙的发育极大地影响岩石的工程性质。岩石孔隙发育程度一般以孔隙率表示。 1、定义 岩石的(总)孔隙率n是指岩石孔隙的体积Vn与岩石总体积V(包括岩石固体颗粒体积与孔隙体积)的比值。以百分数表示。 2、计算式 3、其他孔隙率 总开孔隙率n0：所有与大气相连同的孔隙裂隙体积占岩石总体积的比值。 大开孔隙率nb：大开孔隙裂隙体积占岩石总体积的比值。 小开孔隙率ns：小开孔隙裂隙体积占岩石总体积的比值。 闭孔隙率nc：封闭的、与大气不相连同的孔隙占岩石总体积的比值。 如此划分是与岩石的水理性质有关。 4、孔隙率的研究意义 衡量岩石致密程度和工程质量的重要物理性质指标。图为几种碳酸盐类岩石的孔隙率与极限抗压强度的相关关系曲线。孔隙率n越大，岩石中孔隙和细微裂隙越发育，工程性质越差。 5、影响因素 组成成分、成因类型、形成条件、形成时代、后期变化。 某些岩石的隙率见表1-1。1.2 岩石的水理性质 水理性质是岩石与水相互作用而表现出来的性质，即与水有关的岩石性质。主要有岩石的吸水性、透水性、软化性和抗冻性。 1.2.1 岩石的天然含水率( 1、定义 天然状态下岩石中所含有的水的质量M(与岩石的烘干质量Mrd的比