井巷工程_岩石的性质及其工程分级.pptVIP

1.岩石的性质与工程分级 1.岩石性质与工程分级 井巷施工基本过程：破岩→形成空间→维护 1.1 概述 1.2 岩石的物理性质 1.3 岩石的力学性质 1.4 岩石的工程分级 * 1.岩石性质与工程分级 1.1 概述 影响岩石性质的因素 矿物 结构和构造 岩石、岩体和岩块，弱面的影响，层理、节理、断层和裂隙面。各向异性、非均质性和不连续性。 表土和基岩，煤系地层常见石灰岩、砂岩、砂质页岩和页岩等，局部岩浆岩。 * 1.2 岩石物理性质 一、相对密度和密度 相对密度：实体积（不包括空隙）质量与同体积水之比。 密度又可分为干、湿两种密度。干→指单位体积岩石绝对干燥时密度，湿→天然含水或饱水状态下密度 重度指单位体积岩石所受的重力，又称重力密度，用γ表示。 * 岩石物理性质 二、岩石的孔隙性 岩石中裂隙和孔隙的发育程度，指标为孔隙比和孔隙度。 孔隙度：各种裂隙、孔隙的体积总和与总体积V之比； 孔隙比：各种裂隙、孔隙的体积总和与固体矿物颗粒体积Vc之比。常根据相对密度d和干密度ρc计算求得。 * 岩石物理性质 三、岩石的水理性质 吸水性：吸水率ω→在大气压力下吸入水的质量g与试件烘干质量G之比值。 透水性：岩石能被水透过的性能，指标为渗透系数。 溶蚀性：由于水的化学作用而把岩石中某些组成物质带走的现象。围岩为石灰岩的矿井中常见。 软化性：常用软化系数来表示，水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥试件之比。 膨胀性和崩解性：膨胀应力和膨胀率、耐崩解指数 * 岩石物理性质 四、岩石的碎胀性 破碎以后的体积将比整体状态下增大，碎胀系数表示，Tab1.4 * 1.3 岩石的力学性质 * 岩石风化程度 A B D 岩石的变形特征 C 岩石的强度特性 弹性模量E 泊松比 ③抗剪强度 ①弹性 ②塑性 ③脆性 （Elastic modulus） （Poisson’s ratio） 力学性质 ①单轴抗压强度 ②单轴抗拉强度 一、岩石的变形特征 变形和破坏是岩石在荷载作用下的两个发展阶段。变形中包含着破坏的因素，而破坏是变形发展所致。 (一)静荷载下岩石的变形特征 I—0A段，曲线呈上凹型，这是原有裂隙和孔隙受压后逐渐闭合所致，称为裂隙压密闭合阶段。对于致密岩石这个阶段很小甚至没有。 Ⅱ—AB段，呈直线型，即斜率近似为常数，称为线弹性阶段。在I、Ⅱ段内，如果卸除荷载，变形能完全恢复。B点应力称为弹性极限或屈服应力，B点称为屈服点。 * (一)静荷载下岩石的变形特征 Ⅲ—BC段，呈下凹型，斜率逐渐减小，局部破损逐渐增大而导致岩石达到强度极限c点，称为破裂发展阶段。 刚性试验机，由于加载系统储存的弹性能量大大减少和试验机及时地减少荷载，则可以观察到应力应变曲线第Ⅳ阶段。如果在BC段内任一点P卸载，曲线按PQ变化；重新加载，曲线按QR变化。PQR称为塑性滞环。QS为弹性变形，卸载时可恢复；OQ为塑性变形，卸载时不能恢复。C点对应的应力称为极限抗压强度。 * (一)静荷载下岩石的变形特征 Ⅳ—CD段，为软化阶段。仍保持一整体继续抵抗荷载；直到D点才最终破裂；以后应力基本不变而应变无限增长。 D点应力为残余强度。 CD存在，说明在达到极限强度后，仍有承载能力。这符合一部分矿山工程的实际情况，如巷道围岩多数平稳地破裂，破裂后仍然具有一定的强度。因此，在岩体已经开裂破坏而尚未垮落的情况下，如能采取措施制止或缓和岩体变形，则岩体破坏就会停止而仍然保持相当大的承载能力。锚喷支护就是制止岩体变形的十分有效的措施。 * (一)静荷载下岩石的变形特征 岩石受单轴压缩时，体积变化一般规律是在弹性阶段体积减小而在塑性阶段体积膨胀。通常将体积改变量△v与原体积V的比值称为体积应变，也称体积改变率。 体积由减小到增大的转折点大约 处。 塑性阶段的体积膨胀称为扩容现象，主因为变形裂隙发展和张开。它对于研究巷道变形和围岩对支护造成的压力等问题有重要意义。 岩石受载后变形很小即破裂的性质称为脆性。小于3％为脆性，大于5％为塑性，3％～5％为过渡状态。 * (一)静荷载下岩石的变形特征 弹性、塑性和脆性随受力状态、加载速度、温度等条件变化而变化。 岩石在弹性和塑性变形中消耗能量，冲击凿岩和爆破不利。如果凿岩冲击功不大，弹性大的岩石会使钎杆在孔底跳动而影响钻进速度。爆破时，药包爆炸能量中有相当大的一部分要消耗在岩石的弹性震动上。相反，脆性较大时，变形所耗能量较小，对局部应力敏感而易于冲击破碎；脆性大易于爆破碎岩并适于选用高猛度炸药。塑性显著的岩石，对剪切应力抵抗能力差，宜使用旋转式钻眼法破岩，并可选用低猛度、低静力作用力炸药。 * (二) 三向静荷载下岩石变形特征 (1)弹性段与单轴压缩下基本相同。这一特性具有重要意义，因为可以通过简易的单轴试验