第02讲--岩石的基本性质和强度理论.ppt

岩 土 工 程 2 岩石的基本性质与强度理论 主 要 内 容 岩石与岩体的基本概念 岩石的基本物理与水理性质 岩石的变形特性 岩石的强度特征 岩石的强度理论 基 本 要 求 掌握岩石的基本物理与水理性质 理解岩石的变形特性 掌握岩石的强度特征 理解岩石的强度理论 掌握库仑-莫尔强度理论 2.1 岩石与岩体 岩石力学 研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏规律的学科 岩石和岩体是岩石（体）力学的直接研究对象 ㈠ 岩石 是组成地壳的基本物质，由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然体 岩石与岩块 岩石的物理力学性能通过岩块来表达 岩块是由取自钻孔岩心或用其他方法获得的岩石碎块，经加工而成 是不含显著结构面的较均质的岩石块体 是构成岩体的最小岩石单元体 通常视为连续介质或均质体，在一定程度上代表岩石 ㈡ 岩体 一定工程范围内的自然地质体，经历了漫长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力长期作用下，在其内部保留了各种永久变形和各样不连续面 ㈢ 岩石与岩体的关系 岩体是指天然埋藏条件下，由岩石（块）组成的，通常包含一种以上弱面的复杂地质体 岩石是组成岩体的基本单元 许多工程实践表明，起决定作用的是岩体强度，而非岩石强度 不仅要深入研究岩石的物理力学性能，而且要深入研究岩体的物理力学性能 对岩体的理解 岩体是非均质各向异性体 一定范围内岩体由多种岩石构成，每种岩石的矿物成分、矿物颗粒形状/大小/空间排列方式等有很大差异，导致其物理力学性质相差甚远 岩体内存在着初始应力场（原岩应力场） 岩体在形成过程中和形成以后，受各种地质构造作用影响，存在构造应力；受地心吸引而形成重力。 原岩应力场的存在将直接影响岩体的应力状态和地压显现的规律 岩体内存在着裂隙系统 这些弱面将岩体切割成岩块，使其完整性和均匀性遭受破坏；弱面种类和成因不同，导致力学性质不同。因此，岩体是非常复杂的非均质各向异性体，是断裂与连续的统一体，可称为裂隙介质或准连续介质 岩体既不是理想的弹性体，又不是典型的塑性体；既不是连续介质，又不是松散介质，而是一种特殊的、复杂的地质体，这就造成了研究它的因难性和复杂性。因此，若只用一般的固体力学理论尚不能完善地解决岩体工程中的所有问题。 ㈣ 岩石（体）力学研究方法 根据认识不同，岩体的研究方法大致包括四个方面 ⑴ 将岩体视为松散体，用连续介质力学进行理论分析的土力学方法 代表作有太沙基著的《土力学》，在工程中广泛用于分析均质松软岩土中的边坡滑挡土墙及浅埋洞室支架的顶压及侧压等问题 ⑵ 岩体视为均质、连续的弹塑性体，并用连续介质力学方法进行理论分析的弹塑性力学方法 代表作法国的塔罗勃（J. Talobre）的《岩石力学》、卡斯特纳（H. Kastner）的《隧道与坑道静力学》，于学馥的《轴变论》等，工程中广泛用于分析均质、坚固岩体中的洞室地压问题 ⑶ 岩体视为结构面切割的非连续体，运用刚体力学原理进行块体极限平衡分析的工程地质力学方法 代表作有德国的缪勒（L. Muller）主编的《岩石力学》，谷德振、王思敬著的《岩体工程地质力学的原理与方法》等。在工程实践中被广泛用于露天边坡，以及分析被断层或结构面明显分割的岩块稳定问题 ⑷ 岩体被视为大大小小的裂隙或弱面分割的损伤体，运用损伤力学方法研究 2.2 岩石的基本物理与水理性质 岩石是由固体、液体和气体三相组成的 物理性质是指岩石由于三相组成的相对比例关系不同所表现的物理状态 与之相应的有：岩石重量指标、岩石孔隙指标和岩石水理指标 ㈠ 岩石的重量指标 ⑴ 相对密度（ds） 岩石固体实体积（Vs）的重量与同体积水的重量之比值 Gs——绝对干燥时的岩石重量； γw——水的重度. ⑵ 重度（γ） 单位体积（包含孔隙体积在内的体积）岩石的重量 干重度（γd）——单位体积岩石绝对干燥后的重量 湿重度（γ）——天然含水或饱水状态下的重度 Gs——试件烘干后的重量； G——天然含水或饱水试件重量 ㈡ 岩石的孔隙指标 岩石的孔隙性/度是岩石的裂隙和孔隙发育程度 衡量指标为孔隙率(n)或孔隙比（e） ⑴ 孔隙率n 岩石试件内孔隙体积与试件总体积之比 式中：V=Vs+Vc （孔隙、裂隙体积） ⑵ 孔隙比e 指岩石内孔隙体积与试件内固体矿物颗粒的体积之