第五章岩石的工程地质研究.ppt

第五章 * * 岩石的工程地质研究 岩石矿物颗粒间具有牢固的连结--结晶和胶结。 岩石强度高，不易变形，整体性及抗水性好，但岩体存在有断裂结构面。 岩体具有较高的地应力。 §1 岩石与土工程地质性质的差别 岩石：有矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。 影响岩石力学和物理性质的三要素： 矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。 结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。 构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系。 岩 石 岩石分类 变质岩：不稳定与变质程度和原岩 性质有关 沉积岩：强度不稳定，各向异性 岩浆岩：强度高、均质性好 §2 岩石的物理性质 岩石的密度：指单位体积内岩石质量。 颗粒密度(ρs )：是指岩石固体相部分的质量与其 体积的比值。 块体密度：是指岩块单位体积的质量。 块体密度 干密度(ρd) 天然密度(ρ) 饱和密度(ρsat) 湿密度 岩石的孔隙性 定义：是岩石孔隙性和裂隙性的通称。 总孔隙率： 总开孔隙率： 大开孔隙率： 小开孔隙率： 闭孔隙率： 定义：岩石在一定条件下吸收水分的性能。 吸水率：岩石试件在一个大气压和室温条件下自由吸入水的质量与试件干质量的比值。 饱和吸水率：岩石试件在高压或真空条件下吸入水的质量与岩石干质量之比。 饱水系数：岩石的吸水率和饱和吸水率之比。 岩石的吸水性 用吸水率计算岩石的大开空隙率 用饱和吸水率计算岩石的总开空隙率 岩石的软化性 定义：岩石浸水后强度降低的性质，称为软化性。 软化系数：岩石饱水抗压强度与干抗压强度的比值 KR值越小则岩石的软化性越强。当KR ＞0.75时，岩石的软化性很弱，同时这也说明了岩石抗冻性和抗风化的能力强。 岩石的抗冻性 定义：岩石抵抗冻融破坏的性质。 抗冻系数：岩石冻融实验后干抗压强度与冻融前干抗 压强度的比值。 质量损失率：冻融前后岩样干质量之差与冻融前干质 量的比值。 岩石的透水性 定义：岩石能被水透过的性质。 它反映了岩石中裂隙相互连通的程度，大多渗透性可用达西定律描述： 水头变化率； qx——沿X方向水的流量； h——水头高度； A——垂直X方向的截面面积；K——渗透系数； 岩石的热学性 岩石的比热容 定义：1克岩石物质的温度升高1℃所需的热量。质量为m的岩石温度由θ1 升至θ2所需的热量。 比热容在室内可采用差示扫描量热法测定 岩石的热导率 假定截面面积为F的平面上热流量与温度梯度以及流动时间成正比。 热导率在室内可采用非稳定法测定 岩石的热扩散率 岩石的力学性质：是指岩石在外力作用下所表现的性质。 §3 岩石的力学性质 单向压缩下的变形 岩石的变形主要由岩石内部质点位置改变引起。分为两种。 弹性变形：物体受力发生相应的全部变形，在外力解 除时，变形立即消失。（可逆变形） 塑性变形：物体受力变形，在外力解除后，变形也不 恢复。（永久变形或残余变形） 1—扩胀 2—压缩 岩石的应力－应变曲线特征 岩石的应变分为： 轴向应变（εL） 横向应变（εd） 体积应变（εV） 微裂隙及孔隙闭合阶段（A） 主要为张开性微结构面或微裂隙闭合。曲线呈上凹型，斜率逐渐增大。本阶段变形对裂隙发育的岩石明显。 可恢复弹性变形阶段（B） 该段σ——εa与σ——εV为直线关系，B点应力为弹性极限（约等于峰值强度的30%—40%）。 部分弹性变形至微裂隙扩展阶段（C） 该段σ——εa为直线关系σ——εV曲线关系，出现塑性变形，随应力增加而增加。C为屈服极限 非稳定裂隙扩展至岩石结构破坏阶段（D） 本阶段，微破裂面出现造成局部应力集中，导致某些薄弱部位首先破坏，应力重分布，再引起次薄弱部位破坏，直至完全破坏。体积变形由压缩转为膨胀。 微裂隙聚结与扩展阶段（E） 应力达到峰值，岩石内部结构完全破坏，岩石基本整体状。本阶段，裂隙快速发展，交叉且相互联合，形成宏观断裂面。 沿破裂面滑移阶段（F） 岩石基本成碎块，沿宏观断裂面做块体滑移，岩石承载力随变形增大迅速下降，岩石仍有一定承载力（残余强度）。 加荷时应力－应变曲线特征 直线型：弹脆性，坚硬而致密的岩石； 弹-塑性：先弹后塑，屈服极限不明显，为非均质软岩石，因非均质，破坏不是同步的，各部分不是同时达到屈服； 塑-弹性：先塑后弹，为中硬以上的脆性岩石； 塑－弹－塑性：塑弹塑性，中部很陡的S