岩石的工程地质特性.ppt

《岩石的工程地质特性.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩石的工程地质特性.ppt（15页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第七章第七章 岩石的工程地质特性岩石的工程地质特性1 岩石的物理及力学性质岩石的物理及力学性质 2岩石的水理性质岩石的水理性质 3 影响岩石工程地质性质的因素影响岩石工程地质性质的因素 1 岩石的物理及力学性质岩石的物理及力学性质一一.岩石的重力性质岩石的重力性质 1.岩石的比重岩石的比重 岩石固体部分的重度与同体积的岩石固体部分的重度与同体积的4C0的水的重度之比，的水的重度之比，一般在一般在2.65左右，大的可以达到左右，大的可以达到3.3 2.岩石的重度岩石的重度二二.岩石的孔隙性岩石的孔隙性 岩石中的空隙包括孔隙和裂隙岩石中的空隙包括孔隙和裂隙 岩石的空隙性是孔隙性和裂隙性的总称，用空

2、隙率、岩石的空隙性是孔隙性和裂隙性的总称，用空隙率、孔隙率和裂隙率来表示其发育。孔隙率和裂隙率来表示其发育。习惯用孔隙性代表空隙性习惯用孔隙性代表空隙性 孔隙率孔隙率 nVn/V100%Vn:岩石中的孔隙（含裂隙）体岩石中的孔隙（含裂隙）体积积 岩石中孔隙率的大小主要取决于岩石的结构和构造，岩石中孔隙率的大小主要取决于岩石的结构和构造，同时也受风化作用、岩同时也受风化作用、岩 浆作用、构造运动及变质作用的影浆作用、构造运动及变质作用的影响响常见岩石的物理力学指标 三三.岩石的变形岩石的变形变形定义：变形定义：岩石在外力作用下，其内部的应力状态发生变化，使各质点岩石在外力作用下，其内部的应力状态

3、发生变化，使各质点改变位置，引起岩石形状和尺寸的改变，称为变形改变位置，引起岩石形状和尺寸的改变，称为变形岩石变形的组成：岩石变形的组成：弹性变形、塑性变形弹性变形、塑性变形岩石变形的特点：岩石变形的特点：一般的固体材料的变形存在屈服点，其前为弹性变形，一般的固体材料的变形存在屈服点，其前为弹性变形，其后为塑性变形；岩石则是弹塑性伴生，没有明显的屈服点。其后为塑性变形；岩石则是弹塑性伴生，没有明显的屈服点。原因：原因：组成岩石的矿物成分其屈服点不同；岩石中存在孔隙、裂隙以及组成岩石的矿物成分其屈服点不同；岩石中存在孔隙、裂隙以及胶结物成分胶结物成分1.岩石的应力应变关系岩石的应力应变关系(1)

4、逐级加载应力应变关系逐级加载应力应变关系 a.压密阶段：压密阶段：主要是岩石的裂隙压密，包含弹性和塑性变形，以塑性变主要是岩石的裂隙压密，包含弹性和塑性变形，以塑性变形为主；形为主；b.直线阶段：直线阶段：应力应变关系基本上按比例增长，呈近似直线关系应力应变关系基本上按比例增长，呈近似直线关系,以以弹性变形为主弹性变形为主；C.破坏阶段：破坏阶段：荷载继续增大，应力应变呈明显非线形，应变比应力的荷载继续增大，应力应变呈明显非线形，应变比应力的增长率大的多；增长率大的多；2 岩块的变形性质岩块的变形性质加荷方式单轴加荷三轴加荷单轴压缩单轴拉伸连续加荷循环加荷逐级一次循环加荷反复循环加卸荷加剪力t

5、pptpt 一、单轴压缩条件下的岩块变形一、单轴压缩条件下的岩块变形一、单轴压缩条件下的岩块变形一、单轴压缩条件下的岩块变形（一）（一）连续加载连续加载 1、变形阶段、变形阶段（1）空隙压密阶段）空隙压密阶段(OA)峰值峰值前变前变形阶形阶段段峰峰值值后后变变形形阶阶段段oABCDE(+)(-)L V d（5）破坏后阶段）破坏后阶段(DE)全过程曲线前过程曲线（4）非稳定发展阶段）非稳定发展阶段(CD)D点点:峰值强度峰值强度（3）微裂隙稳定发展阶段）微裂隙稳定发展阶段 (BC)C点点:屈服强度屈服强度（2）弹性变形阶段）弹性变形阶段(AB)B点点:弹性极限弹性极限(二二).衡量重复加载卸载应

6、力应变关系衡量重复加载卸载应力应变关系 特点：特点：前期呈曲线关系，不能恢复的塑性变形较大；往后塑性变形逐前期呈曲线关系，不能恢复的塑性变形较大；往后塑性变形逐 渐变小，其应力应变关系曲线越接近于直线，说明经过多次渐变小，其应力应变关系曲线越接近于直线，说明经过多次 循环以后，愈益呈现弹性变形；相邻前后级的曲线近似平行。循环以后，愈益呈现弹性变形；相邻前后级的曲线近似平行。(三三).变量重复加载卸载应力应变关系变量重复加载卸载应力应变关系 特点：特点：前一级卸载和随后一级加载间存在回滞环，说明弹性恢复的滞前一级卸载和随后一级加载间存在回滞环，说明弹性恢复的滞 后现象；每次卸载后下一级加载量有规

7、律的增加，则各级峰值后现象；每次卸载后下一级加载量有规律的增加，则各级峰值 应力连线呈有规律的直线或者曲线并同逐级加载下的应力应力连线呈有规律的直线或者曲线并同逐级加载下的应力 应变曲线相似；最初应力应变关系曲线很弯曲，愈后愈呈直应变曲线相似；最初应力应变关系曲线很弯曲，愈后愈呈直 线；相邻前后级的曲线近似平行线；相邻前后级的曲线近似平行 二二.岩石的变形指标岩石的变形指标 1.弹性模量弹性模量 E=/r 其中：其中：为应力为应力 r为弹性应变为弹性应变 2.变形模量变形模量 E0=/(0+r )其中：其中：、r同前；同前；0为塑性应变为塑性应变 3.泊松比泊松比 横向应变与纵向应变之比横向应

8、变与纵向应变之比 =1/取值：取值：0.20.4三三.岩石的强度岩石的强度 定义：定义：岩石抵抗外力破坏的能力岩石抵抗外力破坏的能力 包括：包括：抗压、抗剪、抗拉强度抗压、抗剪、抗拉强度1.抗压强度抗压强度 岩石在单向压力作用下，抵抗压碎破坏的能力岩石在单向压力作用下，抵抗压碎破坏的能力 R=P/A 其中：其中：P为岩石破坏时的压力；为岩石破坏时的压力；A为岩石受压面积为岩石受压面积 影响抗压强度的因素：影响抗压强度的因素：(1)岩石的矿物成分、颗粒大小、胶结程度以及岩石的层岩石的矿物成分、颗粒大小、胶结程度以及岩石的层理、片理等（垂直层理理、片理等（垂直层理平行层理，结晶平行层理，结晶非结晶

9、，细晶非结晶，细晶粗晶）粗晶）（2）岩石的风化和裂隙，大大降低其强度）岩石的风化和裂隙，大大降低其强度 （3）试验条件的影响：饱和度、加载速率以及试件尺寸）试验条件的影响：饱和度、加载速率以及试件尺寸2.抗剪强度抗剪强度 岩石抵抗剪切破坏的能力，以岩石被剪切破坏时的极限应岩石抵抗剪切破坏的能力，以岩石被剪切破坏时的极限应力表示；决定着建筑物基础的抗滑稳定性力表示；决定着建筑物基础的抗滑稳定性(1).抗剪断强度抗剪断强度 在轴向压力作用下的岩石抗剪断强度在轴向压力作用下的岩石抗剪断强度 =ctan 其中其中 为破坏面上的法向应力；为破坏面上的法向应力；为岩石的内摩擦角；为岩石的内摩擦角；c为岩石

10、的内聚力为岩石的内聚力 (2).抗滑移强度抗滑移强度 沿已有破裂面发生剪切滑动的指标沿已有破裂面发生剪切滑动的指标 =tan(3).抗切强度抗切强度在法向压力为零时的岩石抗剪断强度在法向压力为零时的岩石抗剪断强度=c3.抗拉强度抗拉强度 岩石单向拉伸时抵抗拉断破坏的能力岩石单向拉伸时抵抗拉断破坏的能力t=P/A P为岩石破坏时的拉力；为岩石破坏时的拉力；A为试件的截面积为试件的截面积 一般情况下：一般情况下：抗压强度抗压强度抗剪强度抗剪强度抗拉强度；岩石越坚硬抗拉强度；岩石越坚硬差别越大差别越大2岩石的水理性质岩石的水理性质岩石的水理性质主要指岩石与水作用时表现的性质，主要包岩石的水理性质主要

11、指岩石与水作用时表现的性质，主要包括：括：吸水性、透水性、溶解性、软化性、抗冻性吸水性、透水性、溶解性、软化性、抗冻性一一.岩石的吸水性岩石的吸水性 岩石吸附水分的能力岩石吸附水分的能力 1.岩石的吸水率岩石的吸水率 在常压下岩石吸附水分的能力，以岩石所吸水分的重量与在常压下岩石吸附水分的能力，以岩石所吸水分的重量与干燥岩石的重量之比干燥岩石的重量之比 1=G1/Gs100%其中其中 G1岩石常压下所吸附水分的重量岩石常压下所吸附水分的重量 Gs干燥岩石的重量干燥岩石的重量2.岩石的饱水率岩石的饱水率:岩石在高压岩石在高压(15MPa)或者真空条件的吸水能或者真空条件的吸水能力，其计算同岩石的

12、吸水率力，其计算同岩石的吸水率 饱水系数：饱水系数：岩石的吸水率与岩石的饱水率之比，一般认为岩石的吸水率与岩石的饱水率之比，一般认为其值其值0.8时岩时岩 石抗冻石抗冻二二.岩石的透水性岩石的透水性 岩石的透水性是指岩石允许水通过的能力；以渗透系数岩石的透水性是指岩石允许水通过的能力；以渗透系数来衡量；与岩石孔隙、裂隙的大小及多少有关系来衡量；与岩石孔隙、裂隙的大小及多少有关系三三.岩石的溶解性岩石的溶解性 岩石的溶解性是指岩石溶解于水的能力。取决于其化学成岩石的溶解性是指岩石溶解于水的能力。取决于其化学成分，也与水的性质有关分，也与水的性质有关 常见的可溶性岩石有：石灰石、白云石、石膏、岩盐

13、常见的可溶性岩石有：石灰石、白云石、石膏、岩盐四四.岩石的软化性岩石的软化性 指岩石在水的作用下强度和稳定性降低的性质。主要取决指岩石在水的作用下强度和稳定性降低的性质。主要取决于：于：矿物成分矿物成分、结构构造结构构造等；等；衡量指标：软化系数衡量指标：软化系数（饱水状态下的极限抗压强度与风干（饱水状态下的极限抗压强度与风干状态下的极限抗压强度之比）状态下的极限抗压强度之比）25非抗冻）非抗冻）3 影响岩石工程地质性质的因素影响岩石工程地质性质的因素一一.岩石的矿物组成岩石的矿物组成岩石的矿物组成对岩石的物理力学性质产生直接的影响岩石的矿物组成对岩石的物理力学性质产生直接的影响辉长岩的（主要

14、含辉长石和角闪石）的比重比花岗岩（主要含石英和正长辉长岩的（主要含辉长石和角闪石）的比重比花岗岩（主要含石英和正长石）大石）大 石英岩的抗压强度高于大理岩，由于石英的强度比方解石高石英岩的抗压强度高于大理岩，由于石英的强度比方解石高但这种关系不是唯一的，强度高的矿物要互相接触形成牢固的骨架才行但这种关系不是唯一的，强度高的矿物要互相接触形成牢固的骨架才行二二.岩石的结构岩石的结构 岩石的结构特征是影响岩石物理力学性质的重要因素岩石的结构特征是影响岩石物理力学性质的重要因素 结晶岩类：大部分的岩浆岩、变质岩和一部分沉积岩结晶岩类：大部分的岩浆岩、变质岩和一部分沉积岩 胶结物联结的岩石：碎屑岩等胶

15、结物联结的岩石：碎屑岩等结晶联结：是由岩浆或者溶液中结晶或者重结晶形成。矿物晶体靠直接接结晶联结：是由岩浆或者溶液中结晶或者重结晶形成。矿物晶体靠直接接 触的力牢固的固结在一起。结晶晶粒的大小对岩石的强度有明显的影响触的力牢固的固结在一起。结晶晶粒的大小对岩石的强度有明显的影响胶结连接：包括基地胶结（孔隙小，强度和稳定性取决于胶结物的成分）胶结连接：包括基地胶结（孔隙小，强度和稳定性取决于胶结物的成分）孔隙胶结：其强度与碎屑和胶结物的成分都有关系孔隙胶结：其强度与碎屑和胶结物的成分都有关系 接触胶结：孔隙度大、重度低、吸水率高、强度低、易透水接触胶结：孔隙度大、重度低、吸水率高、强度低、易透水

16、 三三.岩石的构造岩石的构造岩石的构造对其物理性质的影响主要由岩石的各组成部分的空岩石的构造对其物理性质的影响主要由岩石的各组成部分的空间分布及其相互排列关系所确定的。间分布及其相互排列关系所确定的。一般来说垂直层面的抗压强度大于平行层面的抗压强度，平行一般来说垂直层面的抗压强度大于平行层面的抗压强度，平行层面的透水性大于垂直岩面。层面的透水性大于垂直岩面。四四.水的作用水的作用 岩石被水饱和后会使岩石的强度降低，影响成都与岩石的孔岩石被水饱和后会使岩石的强度降低，影响成都与岩石的孔隙度密切相关，孔隙度大饱水后强度降低越多隙度密切相关，孔隙度大饱水后强度降低越多五五.风化作用风化作用 概念：岩

17、石长期暴露在地表或者浅埋在地下，在太阳辐射、概念：岩石长期暴露在地表或者浅埋在地下，在太阳辐射、水、大气及生物的作用下，使岩石的结构逐渐破碎、疏松水、大气及生物的作用下，使岩石的结构逐渐破碎、疏松或者矿物发生次生变化。它是在温度、水、空气、生物等或者矿物发生次生变化。它是在温度、水、空气、生物等综合因素影响下，改变岩石状态、性质的物理化学过程综合因素影响下，改变岩石状态、性质的物理化学过程常见岩石的物理性质指标值几种岩石的渗透系数值复习思考题复习思考题1.岩石的变形特点及其原因；岩石的变形特点及其原因；2.画出岩石的应力应变曲线，并分析各阶段的画出岩石的应力应变曲线，并分析各阶段的变形特点；变形特点；3.了解岩石在衡量重复加载及变量重复加载下的了解岩石在衡量重复加载及变量重复加载下的应力应变关系的特点应力应变关系的特点4.了解岩石的几种强度指标了解岩石的几种强度指标5.岩石的抗压强度与什么因素有关？岩石的抗压强度与什么因素有关？6.岩石的吸水率、保水率、保水系数、软化系数岩石的吸水率、保水率、保水系数、软化系数7.影响岩石工程地质性质影响岩石工程地质性质的因素有哪些？