岩石力学课程Chapter.pptx

岩石岩石岩石岩石/岩体性质岩体性质岩体性质岩体性质物理性质物理性质力学性质力学性质包括密度、容重、包括密度、容重、包括密度、容重、包括密度、容重、含水率、抗冻等性含水率、抗冻等性含水率、抗冻等性含水率、抗冻等性质质质质包括弹性包括弹性包括弹性包括弹性/变形模变形模变形模变形模量、抗拉、抗压、量、抗拉、抗压、量、抗拉、抗压、量、抗拉、抗压、抗剪强度等抗剪强度等抗剪强度等抗剪强度等第1页/共68页第二章第二章第二章第二章 岩石的物理性状（性质）岩石的物理性状（性质）岩石的物理性状（性质）岩石的物理性状（性质）Chapter 2 Physical Properties of RockChapter 2 Physical Properties of Rock第2页/共68页 目的及要求：了解工程实践中最关注的岩石的目的及要求：了解工程实践中最关注的岩石的工程性质（即物理性质、力学性质和水理性质）；工程性质（即物理性质、力学性质和水理性质）；要求熟悉各种岩石物理性质的具体含义和测试过程要求熟悉各种岩石物理性质的具体含义和测试过程与手段；掌握岩石物理性质的工程意义；岩石与岩与手段；掌握岩石物理性质的工程意义；岩石与岩体的工程分类；体的工程分类；重点：岩石的物理性质指标和岩石的渗透与水理重点：岩石的物理性质指标和岩石的渗透与水理性质。性质。难点：各类岩石物理参数的计算公式与测试方法、难点：各类岩石物理参数的计算公式与测试方法、裂隙统计方面的内容。裂隙统计方面的内容。学习提示学习提示学习提示学习提示Learning HintsLearning Hints第3页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性第4页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩石（根据成因）可分为：岩石（根据成因）可分为：岩浆岩岩浆岩沉积岩沉积岩变质岩变质岩在已有岩石的基础上，经过变质混合作用在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后形成的；后形成的；海洋、湖泊沉积形成海洋、湖泊沉积形成特点：层状，同一特点：层状，同一时期时期性质相近；性质相近；岩浆喷发、坚硬、均一；也叫火成岩岩浆喷发、坚硬、均一；也叫火成岩第5页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体的组成岩体的组成岩体是由岩体是由结构面网络结构面网络结构面网络结构面网络及其所围限的及其所围限的岩块岩块岩块岩块(结构体结构体结构体结构体)所组成。所组成。具有一定的具有一定的结构结构结构结构是岩体的是岩体的显著特征显著特征显著特征显著特征之一。之一。岩体中存在着复杂的岩体中存在着复杂的天然应力状态天然应力状态天然应力状态天然应力状态和和地下水地下水地下水地下水，这是，这是岩体与其他材料的岩体与其他材料的根本区别根本区别根本区别根本区别之一。之一。第6页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体的结构岩体的结构岩体结构（岩体结构（rockmassstructure）指岩体中）指岩体中结构结构结构结构面面面面与与结构体结构体结构体结构体的的排列组合排列组合排列组合排列组合关系。关系。p结构体结构体(structuralelement)指岩体中被结构面切割围限的岩石块体。它不同于岩指岩体中被结构面切割围限的岩石块体。它不同于岩块的概念。块的概念。p结构体的规模取决于结构面的密度，密度愈小，结构体的规模愈大结构体的规模取决于结构面的密度，密度愈小，结构体的规模愈大,与结构面对应与结构面对应,划分为五级。划分为五级。p常用块度模数（单位体积内的常用块度模数（单位体积内的级结构体数级结构体数)或结构体体积来表示结构体规模。或结构体体积来表示结构体规模。第7页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体的结构岩体的结构结构结构体形体形状图状图结构体常见的形状结构体常见的形状:柱状、板状、楔形、菱形柱状、板状、楔形、菱形形状不同，稳定性不同。形状不同，稳定性不同。第8页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩石（根据成因）可分为：岩石（根据成因）可分为：淤积淤积地质体地质体(岩体岩体)结构面结构面结构体结构体结构面少，连续性差，闭合结构面少，连续性差，闭合结构面少，连续性差，闭合结构面少，连续性差，闭合 巨型（原型）结构巨型（原型）结构巨型（原型）结构巨型（原型）结构结构面较发育结构面较发育结构面较发育结构面较发育 块状结构块状结构块状结构块状结构结构面极发育结构面极发育结构面极发育结构面极发育 破裂（散体）结构破裂（散体）结构破裂（散体）结构破裂（散体）结构根据相根据相对组合对组合关系划关系划分岩体分岩体的结构的结构第9页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体结岩体结构类型构类型岩体地质类型岩体地质类型主要主要结构结构形状形状结构面发育情况结构面发育情况岩土工程特征岩土工程特征可能发生的岩土可能发生的岩土工程问题工程问题整体状整体状结结构构均质，巨块状岩浆均质，巨块状岩浆岩、变质岩，巨厚岩、变质岩，巨厚层沉积岩、正变质层沉积岩、正变质岩岩巨块巨块状状以原生构造节理为主，多呈闭合以原生构造节理为主，多呈闭合型，裂隙结构面间距大于型，裂隙结构面间距大于15m，一般不超过，一般不超过12组，无危险结组，无危险结构面组成的落石掉块构面组成的落石掉块整体性强度高，岩体稳定，整体性强度高，岩体稳定，可视为均质弹性各向同性可视为均质弹性各向同性体体不稳定结构体的不稳定结构体的局部滑动或坍塌，局部滑动或坍塌，深埋洞室的岩爆深埋洞室的岩爆块状结块状结构构厚层状沉积岩、正厚层状沉积岩、正变质岩、块状岩浆变质岩、块状岩浆岩、变质岩岩、变质岩块状、块状、柱柱状状只具有少量贯穿性较好的节理裂只具有少量贯穿性较好的节理裂隙，裂隙结构面间距隙，裂隙结构面间距0.71.5m。一般为一般为23组，有少量分离体组，有少量分离体整体强度较高，结构面互整体强度较高，结构面互相牵制，岩体基本稳定，相牵制，岩体基本稳定，接近弹性各向同性体接近弹性各向同性体层状结层状结构构多韵律的薄层及中多韵律的薄层及中厚层状沉积岩、副厚层状沉积岩、副变质岩变质岩层状、层状、板状、板状、透镜透镜体体有层理、片理、节理，常有层间有层理、片理、节理，常有层间错动面错动面接近均一的各向异性体，接近均一的各向异性体，其变形及强度特征受层面其变形及强度特征受层面及岩层组合控制，可视为及岩层组合控制，可视为弹塑性体，稳定性较差弹塑性体，稳定性较差不稳定结构体可不稳定结构体可能产生滑塌，特能产生滑塌，特别是岩层的弯张别是岩层的弯张破坏及软弱岩层破坏及软弱岩层的塑性变形的塑性变形碎裂状碎裂状结构结构构造影响严重的破构造影响严重的破碎岩层碎岩层块状块状断层、断层破碎带、片理、层理断层、断层破碎带、片理、层理及层间结构面较发育，裂隙结构及层间结构面较发育，裂隙结构面间距面间距0.250.5m，一般在，一般在3组以组以上，由许多分离体形成上，由许多分离体形成完整性破坏较大，整体强完整性破坏较大，整体强度很低，并受断裂等软弱度很低，并受断裂等软弱结构面控制，多呈弹塑性结构面控制，多呈弹塑性介质，稳定性很差介质，稳定性很差易引起规模较大易引起规模较大的岩体失稳，地的岩体失稳，地下水加剧岩体失下水加剧岩体失稳稳散体状散体状结构结构构造影响剧烈的断构造影响剧烈的断层破碎带，强风化层破碎带，强风化带，全风化带带，全风化带碎屑碎屑状颗状颗粒状粒状断层破碎带交叉，构造及风化裂断层破碎带交叉，构造及风化裂隙密集，结构面及组合错综复杂，隙密集，结构面及组合错综复杂，并多充填粘性土，形成许多大小并多充填粘性土，形成许多大小不一的分离岩块不一的分离岩块完整性遭到极大破坏，稳完整性遭到极大破坏，稳定性极差，岩体属性接近定性极差，岩体属性接近松散体介质松散体介质易引起规模较大易引起规模较大的岩体失稳，地的岩体失稳，地下水加剧岩体失下水加剧岩体失稳稳岩体的结构类型岩体的结构类型第10页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体结构面的特征岩体结构面的特征结构面的成因类型结构面的成因类型地质成因类型地质成因类型力学成因类型力学成因类型原生结构面原生结构面构造结构面构造结构面次生结构面次生结构面张性结构面张性结构面剪性结构面剪性结构面第11页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体结构面的特征岩体结构面的特征结构面的成因类型结构面的成因类型沉积结构面沉积结构面沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、软弱夹沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。层、沉积间断面和不整合面等。岩浆结构面岩浆结构面岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节理等。岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节理等。变质结构面变质结构面岩体在变质作用过程中形成，分为残留结构面和重结晶结岩体在变质作用过程中形成，分为残留结构面和重结晶结构面。构面。构造结构面构造结构面岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。层、节理、劈理和层间错动面等。次生结构面次生结构面岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括卸荷裂隙、岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。第12页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体结构面的特征岩体结构面的特征结构面的成因类型结构面的成因类型张性结构面张性结构面由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张及横张破裂面、由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等岩浆岩中的冷凝节理等特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起伏度大及破碎带较宽伏度大及破碎带较宽,易被充填易被充填,常含水丰富，导水性强常含水丰富，导水性强剪性结构面剪性结构面剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑移，如逆断剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。层、平移断层以及多数正断层等。特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等。特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等。第13页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体结构面的特征岩体结构面的特征结构面的成因类型结构面的成因类型成因类型成因类型地质类型地质类型主主要要特特征征工程地质评价工程地质评价产产状状分分布布性性质质原原生生结结构构面面沉积结沉积结构面构面1层理层面层理层面2软弱夹层软弱夹层3不整合面、假整合面不整合面、假整合面4沉积间断面沉积间断面一般与岩层产状一般与岩层产状一致，为层间结一致，为层间结构面构面海相岩层中此类结构海相岩层中此类结构面分布稳定，陆相岩面分布稳定，陆相岩层中呈交错状，易尖层中呈交错状，易尖灭灭层面、软弱夹层等结构面较为平层面、软弱夹层等结构面较为平整；不整合面及沉积间断面多由整；不整合面及沉积间断面多由碎屑泥质物构成，且不平整碎屑泥质物构成，且不平整国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此类结构面所造成的，如奥斯汀、圣此类结构面所造成的，如奥斯汀、圣弗朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依弗朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水库附近的巨大滑坡昂水库附近的巨大滑坡岩浆岩岩浆岩结构面结构面1侵入体与围岩接触面侵入体与围岩接触面2岩脉岩墙接触面岩脉岩墙接触面3原生冷凝节理原生冷凝节理岩脉受构造结构岩脉受构造结构面控制，而原生面控制，而原生节理受岩体接触节理受岩体接触面控制面控制接触面延伸较远，比接触面延伸较远，比较稳定，而原生节理较稳定，而原生节理往往短小密集往往短小密集与围岩接触面可具熔合及破碎两与围岩接触面可具熔合及破碎两种不同的特征，原生节理一般为种不同的特征，原生节理一般为张裂面，较粗糙不平张裂面，较粗糙不平一般不造成大规模的岩体破坏，但有一般不造成大规模的岩体破坏，但有时与构造断裂配合，也可形成岩体的时与构造断裂配合，也可形成岩体的滑移，如有的坝肩局部滑移滑移，如有的坝肩局部滑移变质结变质结构面构面1片理片理2片岩软弱夹层片岩软弱夹层产状与岩层或构产状与岩层或构造方向一致造方向一致片理短小，分布极密，片理短小，分布极密，片岩软弱夹层延展较片岩软弱夹层延展较远，具固定层次远，具固定层次结构面光滑平直，片理在岩层深结构面光滑平直，片理在岩层深部往往闭合成隐蔽结构面，片岩部往往闭合成隐蔽结构面，片岩软弱夹层具片状矿物，呈鳞片状软弱夹层具片状矿物，呈鳞片状在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对工堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对工程及地下洞体稳定也有影响程及地下洞体稳定也有影响构造结构面构造结构面1节理（节理（X型节理、张型节理、张节理）节理）2断层（冲断层、捩断断层（冲断层、捩断层、横断层）层、横断层）3层间错动层间错动4羽状裂隙、劈理羽状裂隙、劈理产状与构造线呈产状与构造线呈一定关系，层间一定关系，层间错动与岩层一致错动与岩层一致张性断裂较短小，剪张性断裂较短小，剪切断裂延展较远，压切断裂延展较远，压性断裂规模巨大，但性断裂规模巨大，但有时为横断层切割成有时为横断层切割成不连续状不连续状张性断裂不平整，常具次生充填，张性断裂不平整，常具次生充填，呈锯齿状，剪切断裂较平直，具呈锯齿状，剪切断裂较平直，具羽状裂隙，压性断层具多种构造羽状裂隙，压性断层具多种构造岩，成带状分布，往往含断层泥、岩，成带状分布，往往含断层泥、糜棱岩糜棱岩对岩体稳定影响很大，在上述许多岩对岩体稳定影响很大，在上述许多岩体破坏过程中，大都有构造结构面的体破坏过程中，大都有构造结构面的配合作用。此外常造成边坡及地下工配合作用。此外常造成边坡及地下工程的塌方、冒顶程的塌方、冒顶次生结构面次生结构面1卸荷裂隙卸荷裂隙2风化裂隙风化裂隙3风化夹层风化夹层4泥化夹层泥化夹层5次生夹泥层次生夹泥层受地形及原结构受地形及原结构面控制面控制分布上往往呈不连续分布上往往呈不连续状，透镜状，延展性状，透镜状，延展性差，且主要在地表风差，且主要在地表风化带内发育化带内发育一般为泥质物充填，水理性质很一般为泥质物充填，水理性质很差差在天然及人工边坡上造成危害，有时在天然及人工边坡上造成危害，有时对坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦有对坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦有影响，但一般在施工中予以清基处理影响，但一般在施工中予以清基处理第14页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体结构面的特征岩体结构面的特征结构面的规模结构面的规模级级级级指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；直接影响工程岩体稳定性；级级级级指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。级级级级指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。面及层间错动等。级级级级指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、劈理面等。是构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响岩体理、劈理面等。是构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。的物理力学性质及应力分布状态。级级级级又称微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学又称微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。性质，控制岩块的力学性质。、级结构面控制着工程岩体力学级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件和破坏方式，它们的组合作用的边界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性胁工程安全稳定性级结构面主要控制着岩体的结构、级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计规律，需用统计方性，其分布规律具统计规律，需用统计方法进行研究。法进行研究。第15页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体结构面的特征岩体结构面的特征产状产状走向：指岩层层面与水平面交线的方位角，其表示岩层在空间延伸的方向，走向：指岩层层面与水平面交线的方位角，其表示岩层在空间延伸的方向，如图中如图中AB线。线。倾向：指垂直走向顺倾斜面向下引出的直线在水平面的投影的方位角，表示倾向：指垂直走向顺倾斜面向下引出的直线在水平面的投影的方位角，表示岩层在空间的倾斜方向，如图中岩层在空间的倾斜方向，如图中CD线。线。倾角：指岩层层面与水平面所夹的锐角，表示岩层在空间倾斜角度的大小，倾角：指岩层层面与水平面所夹的锐角，表示岩层在空间倾斜角度的大小，如图中如图中。可见，用岩层产状的三个要素，能表达经过构造变动后的构造形态在空间的可见，用岩层产状的三个要素，能表达经过构造变动后的构造形态在空间的位置。位置。第16页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体结构面的特征岩体结构面的特征产状产状第17页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体结构面的特征岩体结构面的特征产状产状第18页/共68页2.1岩体的结构特性岩体的结构特性岩体结构面的特征岩体结构面的特征产状产状测量走向时，使罗盘的长边紧贴层面，将罗盘放平，水准泡居中，读指北针所示的方位角，就是岩层的走向。测量倾向时，将罗盘的短边紧贴层面，注意将罗盘的北端朝向岩层的倾斜方向，水准泡居中，读指北针所示的方位角，就是岩层的倾向。测量倾角时，需将罗盘横着竖起来，使长边与岩层的走向垂直，紧贴层面，等倾斜器上的水准泡居中后，读悬锤所示的角度，就是岩层的倾角。一组走向为北西320，倾向南西230，倾角35的岩层产状，可写成：N320W，S230W，35 由于岩层的走向与倾向相差90，所以在野外测量岩层的产状时，往往只记录倾向和倾角。如上述岩层的产状，可记录为SW23035形式。如需知道岩层的走向时，只需将倾向加减90即可。第19页/共68页2.2岩石的不连续性、不均匀性及各向异岩石的不连续性、不均匀性及各向异性性由于岩石中存在各种规模的由于岩石中存在各种规模的结构面结构面（断裂带（断裂带、断层、节理、裂隙）、断层、节理、裂隙）致使岩石的物理力学性质致使岩石的物理力学性质不连续、不均匀不连续、不均匀、各向异性、各向异性因此，有必要引入刻划因此，有必要引入刻划不均一程度不均一程度的参数。的参数。第20页/共68页2.2岩石的不连续性、不均匀性及各向异岩石的不连续性、不均匀性及各向异性性2.2.1岩石的裂隙性岩石的裂隙性 通常采用通常采用裂隙率裂隙率作为定量评作为定量评价价(描述描述)裂隙切割的程度。裂隙切割的程度。第21页/共68页2.2.1岩石的裂隙性岩石的裂隙性q单向裂隙单向裂隙a)沿一组裂隙面法向统计沿一组裂隙面法向统计含义：单位长度上裂隙条含义：单位长度上裂隙条数（条数（条m）。）。显然：显然：岩体切割越破碎。岩体切割越破碎。2.2岩石的不连续性、不均匀性及各向异岩石的不连续性、不均匀性及各向异性性第22页/共68页2.2岩石的不连续性、不均匀性及各向异岩石的不连续性、不均匀性及各向异性性2.2.1岩石的裂隙性岩石的裂隙性q单向裂隙单向裂隙b)沿裂隙面方向沿裂隙面方向（连通率）（连通率）a裂隙面长度；裂隙面长度；b岩桥长度；岩桥长度；第23页/共68页2.2岩石的不连续性、不均匀性及各向异岩石的不连续性、不均匀性及各向异性性2.2.1岩石的裂隙性岩石的裂隙性q平面裂隙率平面裂隙率概念：指岩石单位面积上各类裂隙面积所占比重。概念：指岩石单位面积上各类裂隙面积所占比重。第第i i条裂隙长度；条裂隙长度；第第i i条裂隙宽度；条裂隙宽度；讨论讨论 的两种极限情况：的两种极限情况：(1)时，无裂隙；时，无裂隙；(2)时，全部被裂隙充满；时，全部被裂隙充满；第24页/共68页2.2岩石的不连续性、不均匀性及各向异岩石的不连续性、不均匀性及各向异性性2.2.2各向异性各向异性q正交各向异性（三个材料主轴、定义材料参数）正交各向异性（三个材料主轴、定义材料参数）概念：岩石的强度、变形指标（力学性质）随空间方位不同而概念：岩石的强度、变形指标（力学性质）随空间方位不同而异的特性。异的特性。(从岩石的不同方向施加荷载，其抵抗破坏的能力不从岩石的不同方向施加荷载，其抵抗破坏的能力不同同)三个材料主轴方向三个材料主轴方向力学性质不力学性质不同同表征各向异性材料的参数表征各向异性材料的参数9个！个！第25页/共68页2.2岩石的不连续性、不均匀性及各向异岩石的不连续性、不均匀性及各向异性性2.2.2各向异性各向异性概念：岩石的强度、变形指标（力学性质）随空间方位不同而概念：岩石的强度、变形指标（力学性质）随空间方位不同而异的特性。异的特性。q横观各向同性（层状）横观各向同性（层状）层面内层面内力学性质相同（多向同性面）；力学性质相同（多向同性面）；层层间间力学性质差异；力学性质差异；涉及涉及5个参数：个参数：第26页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标在前面说到，岩石力学问题的研究首先应从在前面说到，岩石力学问题的研究首先应从岩石的基本物理力学性质研究入手，本节介岩石的基本物理力学性质研究入手，本节介绍岩石（块）的基本物理性质的主要指标及绍岩石（块）的基本物理性质的主要指标及测试方法。测试方法。中华人民共和国水利部中华人民共和国水利部.水利水电工程岩石试验规程水利水电工程岩石试验规程SL264-2001S.中华人民共和国行业标准中华人民共和国行业标准,2001年第27页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标物理性质物理性质水理性质水理性质容重容重/密度密度空隙性空隙性吸水性吸水性软化性软化性抗冻性抗冻性抗冻性抗冻性第28页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标岩体属于三相体岩体属于三相体（固（固Solid、液、液Liquid、气、气Gas）孔隙（含水、空气等）孔隙（含水、空气等）矿物颗粒矿物颗粒第29页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标2.3.1岩石的容重岩石的容重指单位体积岩石的重量。指单位体积岩石的重量。由于岩样中含有水分，根据由于岩样中含有水分，根据由于岩样中含有水分，根据由于岩样中含有水分，根据“w w w w”的的的的不同含义，可分为：不同含义，可分为：不同含义，可分为：不同含义，可分为：q干容重（烘干状态）干容重（烘干状态）体积体积V的确定：标准件的确定：标准件直接量直接量A、H；非标准件非标准件用阿基米德原理用阿基米德原理q天然容重天然容重天然状态（大气压力室温条件下含水量）天然状态（大气压力室温条件下含水量）第30页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标2.3.1岩石的容重岩石的容重q饱和容重饱和容重测定方法：煮沸或测定方法：煮沸或抽真空抽真空充分饱和充分饱和称重称重Ws岩石的容重在一定程度上反映岩石岩石的容重在一定程度上反映岩石的力学性质情况。通常，岩石的容的力学性质情况。通常，岩石的容重越大，则它的性质越好，反之越重越大，则它的性质越好，反之越差。差。第31页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标2.3.2比重比重指岩石干重量指岩石干重量指岩石干重量指岩石干重量WdWd除以岩石的实体积（不含孔隙体积）除以岩石的实体积（不含孔隙体积）除以岩石的实体积（不含孔隙体积）除以岩石的实体积（不含孔隙体积）VsVs的干的干的干的干容重与容重与容重与容重与4c4c水的容重的比值。水的容重的比值。水的容重的比值。水的容重的比值。式中：式中：式中：式中：绝对干燥时体积为绝对干燥时体积为绝对干燥时体积为绝对干燥时体积为V V的岩石重量（的岩石重量（的岩石重量（的岩石重量（kNkN）；）；）；）；岩石的实体体积（不包含孔隙体积）（岩石的实体体积（不包含孔隙体积）（岩石的实体体积（不包含孔隙体积）（岩石的实体体积（不包含孔隙体积）（mm3 3）；）；）；）；水的容重（在水的容重（在水的容重（在水的容重（在4 4时等于时等于时等于时等于1010）（）（）（）（kN/mkN/m3 3）；）；）；）；第32页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标2.3.3孔隙率孔隙率指岩石内孔隙体积与总体积之比。用下式表示：指岩石内孔隙体积与总体积之比。用下式表示：指岩石内孔隙体积与总体积之比。用下式表示：指岩石内孔隙体积与总体积之比。用下式表示：根据干容重根据干容重根据干容重根据干容重 s s和比重和比重和比重和比重GGs s也可以推导出孔隙率：也可以推导出孔隙率：也可以推导出孔隙率：也可以推导出孔隙率：第33页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标2.3.3孔隙率孔隙率第34页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标2.3.4天然含水量天然含水量指指指指天然状态天然状态天然状态天然状态下，岩石的含水量与岩石干重比值的百分比。用下下，岩石的含水量与岩石干重比值的百分比。用下下，岩石的含水量与岩石干重比值的百分比。用下下，岩石的含水量与岩石干重比值的百分比。用下式表示：式表示：式表示：式表示：式中：式中：式中：式中：岩石的烘干前质量；岩石的烘干前质量；岩石的烘干前质量；岩石的烘干前质量；水的质量（一个大气压和室温条件）；水的质量（一个大气压和室温条件）；水的质量（一个大气压和室温条件）；水的质量（一个大气压和室温条件）；岩石烘干前的质量（天然质量）；岩石烘干前的质量（天然质量）；岩石烘干前的质量（天然质量）；岩石烘干前的质量（天然质量）；第35页/共68页2.3 岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标2.3.5自然吸水率自然吸水率指岩石在指岩石在指岩石在指岩石在常温条件常温条件常温条件常温条件下浸水下浸水下浸水下浸水4848小时后，岩石内的含水量与岩石干小时后，岩石内的含水量与岩石干小时后，岩石内的含水量与岩石干小时后，岩石内的含水量与岩石干容重的比值。用下式表示：容重的比值。用下式表示：容重的比值。用下式表示：容重的比值。用下式表示：式中：式中：式中：式中：岩石的干重量；岩石的干重量；岩石的干重量；岩石的干重量；浸水浸水浸水浸水4848小时后岩石的重量；小时后岩石的重量；小时后岩石的重量；小时后岩石的重量；第36页/共68页2.3 岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标2.3.6饱和吸水率饱和吸水率指岩样在指岩样在指岩样在指岩样在强制状态（真空、煮沸或高压）强制状态（真空、煮沸或高压）强制状态（真空、煮沸或高压）强制状态（真空、煮沸或高压）下，岩样最大吸水量下，岩样最大吸水量下，岩样最大吸水量下，岩样最大吸水量与岩石干重量比值。用下式表示：与岩石干重量比值。用下式表示：与岩石干重量比值。用下式表示：与岩石干重量比值。用下式表示：式中：式中：式中：式中：岩石的干质量；岩石的干质量；岩石的干质量；岩石的干质量；岩石在强制条件下的质量（吸入水岩石干重）；岩石在强制条件下的质量（吸入水岩石干重）；岩石在强制条件下的质量（吸入水岩石干重）；岩石在强制条件下的质量（吸入水岩石干重）；测定方法：煮沸法或测定方法：煮沸法或真空抽气法，用高压真空抽气法，用高压法可能会提高饱和程法可能会提高饱和程度，但设备复杂度，但设备复杂第37页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标2.3.7饱水系数饱水系数指岩石吸水率与饱水率的比值百分率。用下式表示：指岩石吸水率与饱水率的比值百分率。用下式表示：指岩石吸水率与饱水率的比值百分率。用下式表示：指岩石吸水率与饱水率的比值百分率。用下式表示：（一般饱水系数介于（一般饱水系数介于（一般饱水系数介于（一般饱水系数介于0.50.50.80.8之间）之间）之间）之间）第38页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标2.3.7饱水系数饱水系数K91时：冻结过程中，水结成冰的相变现象会对时：冻结过程中，水结成冰的相变现象会对岩石中的孔隙和裂隙产生岩石中的孔隙和裂隙产生“冰劈冰劈”作用，造成岩石胀作用，造成岩石胀烈破坏。烈破坏。饱水系数对饱水系数对岩石抗冻性岩石抗冻性具有重要影响，试验证明：具有重要影响，试验证明：KK1。第53页/共68页2.3.10渗透性渗透性q 渗透系数的实验室测定渗透系数的实验室测定渗透系数的实验室测定渗透系数的实验室测定或或或或应用了水力学中的达西应用了水力学中的达西应用了水力学中的达西应用了水力学中的达西(Darcy)(Darcy)定律定律定律定律2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标第54页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标2.3.10渗透性渗透性q 渗透系数的现场测定渗透系数的现场测定渗透系数的现场测定渗透系数的现场测定现场抽水试验现场抽水试验BoreholePumpingTest稳定流抽水试验稳定流抽水试验非稳定流抽水试验非稳定流抽水试验自由振荡法试验自由振荡法试验第55页/共68页2.3岩石的物理性质指标岩石的物理性质指标2.3.10渗透性渗透性q 渗透系数的现场测定渗透系数的现场测定渗透系数的现场测定渗透系数的现场测定中华人民共和国电力部中华人民共和国电力部.水利水电工程钻孔抽水试验规程（水利水电工程钻孔抽水试验规程（DL/T5213-2005S.中华人民共和国行业标准中华人民共和国行业标准,2005年第56页/共68页2.4 岩体的工程分类岩体的工程分类前面对岩石性质的研究均是采用实验室或现场试验前面对岩石性质的研究均是采用实验室或现场试验的方法，偏向于的方法，偏向于“点点”上研究，然而实际工程所面上研究，然而实际工程所面对的是大范围、大体积的岩石工程，更注重于对的是大范围、大体积的岩石工程，更注重于“面面”/“体体”上的研究，实际上现场工程师对岩体性质上的研究，实际上现场工程师对岩体性质的把握也无法细到很具体的程度，因此，针对设计的把握也无法细到很具体的程度，因此，针对设计而言，有必要根据对岩体各方面性质的系统研究，而言，有必要根据对岩体各方面性质的系统研究，对工程区域研究进行整体把握，适当进行分类。对工程区域研究进行整体把握，适当进行分类。第57页/共68页2.4 岩体的工程分类岩体的工程分类岩体工程分类既是工程岩体稳定性分析的基础，也是评岩体工程分类既是工程岩体稳定性分析的基础，也是评价岩体工程地质条件的一个重要途径。价岩体工程地质条件的一个重要途径。岩体工程分类实际上是通过岩体的一些简单和容易实测岩体工程分类实际上是通过岩体的一些简单和容易实测的指标，把工程地质条件和岩体的力学性质联系起来，的指标，把工程地质条件和岩体的力学性质联系起来，并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败的经验教训，对岩体进行归类的一种工作方法。经验教训，对岩体进行归类的一种工作方法。目的是通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量好坏目的是通过分类，概括地反映各类工程岩体的质量好坏，预测可能出现的岩体力学问题。为工程设计、加固、，预测可能出现的岩体力学问题。为工程设计、加固、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据。建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据。第58页/共68页2.4 岩体的工程分类岩体的工程分类2.4.1岩体质量指标岩体质量指标RQD分类分类RQD(RockQualityRQD(RockQualityDesignation)Designation)的岩石质量指标是迪尔的岩石质量指标是迪尔的岩石质量指标是迪尔的岩石质量指标是迪尔19641964年提出的。年提出的。年提出的。年提出的。RQDRQD是根据修正岩芯采取率进行计算的。其中：是根据修正岩芯采取率进行计算的。其中：是根据修正岩芯采取率进行计算的。其中：是根据修正岩芯采取率进行计算的。其中：第59页/共68页2.4 岩体的工程分类岩体的工程分类2.4.1岩体质量指标岩体质量指标RQD分类分类显然，显然，显然，显然，RQDRQD值的大小反映了岩体的完整程度，可将岩体分为值的大小反映了岩体的完整程度，可将岩体分为值的大小反映了岩体的完整程度，可将岩体分为值的大小反映了岩体的完整程度，可将岩体分为 类。类。类。类。等级等级等级等级岩石质量描述岩石质量描述岩石质量描述岩石质量描述RQDRQD值值值值(%)(%)极好的极好的极好的极好的9090100100好的好的好的好的75759090不足的不足的不足的不足的50507575劣的劣的劣的劣的25255050极劣的极劣的极劣的极劣的0 02525NOTENOTE：岩体的质量不仅涉及：岩体的质量不仅涉及：岩体的质量不仅涉及：岩体的质量不仅涉及RQDRQD，还涉及如节理数组、粗糙，还涉及如节理数组、粗糙，还涉及如节理数组、粗糙，还涉及如节理数组、粗糙程度、地下水发育程度等。程度、地下水发育程度等。程度、地下水发育程度等。程度、地下水发育程度等。第60页/共68页2.4 岩体的工程分类岩体的工程分类2.4.2岩体质量评分岩体质量评分(RMR)地质力学围岩分类地质力学围岩分类RMRRMR（RockMassRockMassRatingRating）由比尼卫斯基（）由比尼卫斯基（）由比尼卫斯基（）由比尼卫斯基（BienawskiBienawski，19731973）提出，后经多次）提出，后经多次）提出，后经多次）提出，后经多次修改，于修改，于修改，于修改，于19891989年发表在年发表在年发表在年发表在工程岩体分类工程岩体分类工程岩体分类工程岩体分类一书中。一书中。一书中。一书中。该分类系统由岩块强度、该分类系统由岩块强度、该分类系统由岩块强度、该分类系统由岩块强度、RQDRQD值、节理间距、节理条件及地下值、节理间距、节理条件及地下值、节理间距、节理条件及地下值、节理间距、节理条件及地下水水水水5 5类指标组成。具体做法为：类指标组成。具体做法为：类指标组成。具体做法为：类指标组成。具体做法为：1)1)根据各类指标的数值，逐次计分，求和得总分根据各类指标的数值，逐次计分，求和得总分根据各类指标的数值，逐次计分，求和得总分根据各类指标的数值，逐次计分，求和得总分RMRRMR值（值（值（值（P27P27页页页页表表表表2-102-10）2)2)根据节理、裂隙的产状变化对根据节理、裂隙的产状变化对根据节理、裂隙的产状变化对根据节理、裂隙的产状变化对RMRRMR的初值进行修正（的初值进行修正（的初值进行修正（的初值进行修正（P27P27页表页表页表页表2-112-11），以强调节理、裂隙对岩体稳定的不利影响。，以强调节理、裂隙对岩体稳定的不利影响。，以强调节理、裂隙对岩体稳定的不利影响。，以强调节理、裂隙对岩体稳定的不利影响。第61页/共68页2.4 岩体的工程分类岩体的工程分类2.4.2岩体质量评分岩体质量评分(RMR)地质力学围岩分类地质力学围岩分类岩体工程分类的参数及评价标准岩体工程分类的参数及评价标准1完整岩石的强度完整岩石的强度(Mpa)点荷载指数点荷载指数104102412此低值区最好采用单轴抗此低值区最好采用单轴抗压强度压强度单轴抗压强度单轴抗压强度250100250501002550525151评分评分1512742102RQD值值9010075905075255025评分评分201713833节理间距（节理间距（cm)2006020020606206评分评分201510854节理状态节理状态裂开面很粗糙节理裂开面很粗糙节理不连通，未张开，不连通，未张开，两壁岩石未风化两壁岩石未风化裂开面稍粗裂开面稍粗糙裂开宽度糙裂开宽度1mm两壁两壁轻度风化轻度风化裂开面稍粗裂开面稍粗糙裂开宽度糙裂开宽度1mm两壁两壁高度风化高度风化裂开面夹泥厚度裂开面夹泥厚度小于小于5mm或裂开或裂开宽度宽度15mm，节理连通节理连通裂开面夹泥厚度大于裂开面夹泥厚度大于5mm或裂开宽度大于或裂开宽度大于5mm，节节理连通理连通评分评分3025201005地下水