第1、2节岩石的基本物理性质.ppt

第二章岩石的物理力学性质 授课内容 1、岩石的结构和构造 2、岩石的基本物理性质 3、岩石的强度 4、岩石的变形 5、岩石的流变 第一节岩石的结构和构造 岩石的结构:矿物颗粒的形状、大小和联接方式所决定的结构特征。 岩石的构造:指各种不同的矿物集合体的各种分布和排列方式。 结构是微观粒子而言；构造是较大部分。 岩石矿物颗粒间有牢固的联结是区别与土的主要原因。 分为结晶联结和胶结联结两种。 结晶联结如：岩浆岩、大部分变质岩和部分沉积岩。通过原子或离子使不同颗粒紧密联结。 胶结联结：矿物颗粒通过胶结物联结一起。 强度取决于胶结物成分和胶结类型。 如：硅质、铁质、钙质、泥质等。 第二节 岩石的基本物理性质 岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩石力学学科中研究最早、最完善的内容之一。 一、岩石的质量指标 （一）密度和比重 1、岩石的密度：单位体积内岩石的质量。 　岩石含：固相、液相、气相。 　　　　　三相比例不同而密度不同。 （3）干密度：岩块中的孔隙水全部蒸发后的单位体积质量（108℃烘24h） 饱水率：饱和吸水率，岩石在真空、煮沸或高压条件下，岩石最大吸入水的重量与岩石烘干重量的比值的百分率。 饱水系数：岩石吸水率与饱水率比值的百分率。 五.岩石的抗冻性 岩石的抗冻系数是指岩样在正负25度温度区间内,反复降温,冻结,升温,融解,其抗压强度有所下降,岩样抗压强度的下降值与冻融前的抗压强度比值,用百分率表示. 岩石的强度特性 工程师对材料提出两个问题 1 最大承载力——许用应力[ ] ？ 2 最大允许变形－－许用应变[ ]？ 本节讨论[ ]问题 强度：材料受力时抵抗破坏的能力。 岩石破坏的形式Broken form of rocks 一 岩石的单轴抗压强度 压缩情况下常见的破坏形式： 1、劈裂 2、单斜面剪切破坏 3、多个共轭面剪切破坏 常见的破坏形态圆锥形破坏: 原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），在工程中也会出现。 脆性柱状劈裂破坏为: 张拉破坏（岩石的抗拉强度远小于抗压强度） 是岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应） 消除试件端部约束的方法 润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部） 加长试件 三轴抗压强度 可分为常规三轴压力试验和真三轴压力试验。 三轴压力试验测得的岩石强度随围压的增加而提高。岩石的脆性随围压的增加而具有延性。 二 岩石的抗拉强度 1. 定义：岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时的单位面积上所受的拉力。 由于试件不易加工，除研究直接的拉伸的夹具外，研究了大量的间接试验方法。 2. 直接拉伸法 抗拉强度 3. 间接方法 　　　　 （2）劈裂法（巴西法），对称径向压裂法 由巴西人Hondros提出 （3）点荷载试验法 三 岩石的抗剪强度 1. 定义 指一定的应力条件下（主要指压应力），所能抵抗的最大剪应力常用τf 表示 2. 剪切试验方法： 2.楔形剪切试验 楔形剪切试验介绍： ①试验 楔形剪切仪，加载装置 ②计算公式 剪切破坏面上的正应力σ和剪应力τ为： 岩石的抗剪断σ－τ曲线（强度曲线） 改变夹具倾角α；α在30度到70度之间 做一组（大于5次）不同α的试验，记录所得的σ ，τ值；由该组值作曲线近似直线得方程 3 岩石在三向压缩应力作用下的强度 1. 定义 指在不同三向压缩应力作用下岩石抵抗外荷载的最大应力 三轴压缩试验的破坏类型 岩石三向压缩强度的影响因素 （1）侧压力的影响 围压越大，轴向压力越大 （2）加载途径对岩石三向压缩强度影响 A、B、C三条虚线是三个不同的加载途径，加载途径对岩石的最终三向压缩强度影响不大。 （3）孔隙水压力对岩石三向压缩强度的影响 孔隙水压力使有效应力（围压）减小 强度降低 关键技术 ①试件和夹具之间的连接 ②加力P与试件同心 岩石单轴抗压试验 1－岩样；2－球座；3－钢垫板 岩石单轴拉伸试验 1－岩样；2－夹头；图中尺寸单位：cm ①岩石是各向同性的线弹性材料