第3章-岩石的力学性质与分级-讲稿.ppt

第三章 岩石的力学性质与分类 学习目的： 掌握岩石和岩体的基本力学性质； 掌握岩体的分类方法，特别是RMR和SMR方法； 掌握现场评价指标的获取方法（RQD）； 学会RMR法在矿山岩体分类中的具体应用。 五、采矿工程应用实例 实例1：埋深200m的包含三组弱面的泥岩。一组为层理面，强风化，表面稍粗糙，连续，方向为180∠10；另一组是节理面，微风化，稍粗糙，方向为185∠75；第三组也是节理面，微风化和稍粗糙，方向为90∠80。原岩强度为55MPa，RQD值60%，平均弱面间距是0.4m。 采用RMR系统对该岩体进行分类，并评价从东到西开挖的10m宽洞室的稳定性。 答： (1)岩体分类基础等级值 R1：原岩强度为55MPa，因此强度等级的保守值是6； R2：对于平均RQD值为60%，其等级值约为12； R3：平均弱面间距0.4m，其等级值约为10； R5：开挖位于200m深度的岩体为泥岩。在200m的深度，垂直应力分量为5MPa左右(假设岩石的单位重量为25kN.m-3)，这个应力可能足以使断裂面处于紧密闭合状态。加之泥岩具有很低的主、次渗透性，可以推断地下水条件可能在潮湿和湿润范围内，等级值范围为7~10。 将这四个等级值加在一起得到总的等级值为6+(7～10)+12+10 =35～38。 (2)用第一组层理面数据进行分类 R4：层理面强风化，表面稍粗糙，且分布有连续。这些特定性质的等级值分别是1、3和0。在开挖处原位应力状态的基础上可以对开挖进行评价，5MPa的应力意味着弱面的开度较低，因此合理的等级值为5。没有充填物的信息，也没有证据表明存在任何充填的物质，因此假设等级值为6。所以这些弱面的总的等级值为1+3+0+5+6=15。 R6：层理的倾斜方向是180°，开挖是沿着走向方向，这被认为是一般条件，相应的等级值调整为-5。 因而，基于第一组弱面的全部的RMR值是(35～38) + 15 = 50～53，考虑到弱面方向进行-5的等级调整，RMR值减少到45～48，该分类定为较好岩体，即Ⅲ类。 主 要 内 容 §1 岩石（岩体）的基本力学性质 §2 矿山工程岩体分类 ☆ 概述 ☆ 岩体坚固性分级 ☆ 工程地质RMR分类 ☆ 边坡稳定的SMR分级 ☆ 岩体分类实例 ☆ 作业 第一节 岩石（岩体）的基本力学性质 基本物理力学性质主要有强度、弹性、塑性、脆性、硬度、磨蚀性等。 一、强度 　 岩石的强度是指岩石承受载荷的能力，即开始破坏的极限临界应力值。岩石的强度有抗拉强度、抗剪强度、抗压强度等。 单向抗拉强度＜单向抗剪强度＜单向抗压强度＜二向抗压强度＜三向抗压强度。 岩体内存在节理等构造，它们的存在使强度降低；岩石的各向异性造成加载方向不同，其强度也不同。 二、弹性、塑性和脆性 　　弹性是岩石除去外力后，恢复其原来形状和体积的性能。弹性大的岩石，在凿岩爆破时不易破坏。 在破坏前具有明显残余变形的岩石称为塑性岩石，几乎没有残余变形的岩石叫脆性岩石。金属矿山经常遇到的岩石大多数属于脆性岩石。 　　岩石的变形性质不仅与岩石种类有关，而且与受力条件有关。在三向受压或高温条件下，塑性会显著增加，在常态下具有脆性的岩石，在上述条件下也可能变成塑性体。在冲击载荷作用下，岩石脆性会显著增加，如岩石在凿岩、爆破等冲击载荷作用下，大多数呈脆性破坏。 三、硬度 　　硬度是岩石抵抗工具侵入的能力。凡是用刃具切削或挤压的方法凿岩，首先必须使工具侵入岩石才能达到钻进的目的。因此，研究硬度具有重要意义。岩石的硬度取决于岩石的组成，即取决于矿物颗粒的硬度、形状、大小、晶体结构以及颗粒间胶结物的情况等，硬度越大凿岩越困难。 四、磨蚀性 磨蚀性一般是指岩石表面与工具作用过程中，岩石对工具的磨损。磨蚀性越大，对工具的磨损越大，对凿岩工作越不利。影响磨蚀性的主要因素有： （1）岩石成分。岩石中石英的含量、粒度的大小及分布对磨蚀性影响很大。一般来说，石英的含量越高，磨蚀性越大。 （2）岩石的结构。这主要表现为岩石的不均匀性，它对岩石磨蚀性有明显的影响。由于不同矿物可能在岩石中形成软硬相间的不均匀状态，造成局部应力集中，使其磨蚀性增大。 （3）岩石的强度。岩石的强度越高，磨蚀性越强。 主 要 内 容 §1 岩石（岩体）的基本力学性质 §2 矿山工程岩体分类 ☆ 概述 ☆ 岩体坚固性分级 ☆ 工程地质RMR分类 ☆ 边坡稳定的SMR分级 ☆ 岩体分类实例 ☆ 作业 第二节 矿山工程岩体分类 一、概述 　 （一）工程岩体分类的目的 工程类比