岩石工程与岩石工程分类.ppt
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1、第节第节 常见岩石工程性质评述及岩石的工程分类常见岩石工程性质评述及岩石的工程分类一、一、一、一、岩石的工程性质岩石的工程性质 二、岩石工程性质评述二、岩石工程性质评述 三、三、岩石的工程分类岩石的工程分类 一、岩石的工程性质一、岩石的工程性质物理性质物理性质 重量性质重量性质 孔隙性质孔隙性质吸水性吸水性 透水性透水性 软化性软化性 抗冻性抗冻性强度性质强度性质 变形性质变形性质 水理性质水理性质 力学性质力学性质 岩石的的工程性质包括物理性质、水理性质岩石的的工程性质包括物理性质、水理性质及力学性质,其中力学性质最要,物理性质与水及力学性质,其中力学性质最要,物理性质与水理性质对力学性质有
2、较大的影响理性质对力学性质有较大的影响。密度()和重度()r、rsat、rd(、sat、d)等 颗粒密度(s)和比重(ds)ds=s/w 孔隙比(e)与孔隙度(n)裂隙率(KT)1.物理性质、s,n、e,岩石的工程性,岩石的工程性质质296-4 孔隙度多用于松散土、石,而裂隙率多孔隙度多用于松散土、石,而裂隙率多用于结晶连接的坚硬岩石。用于结晶连接的坚硬岩石。2.水理性质吸水性岩石在浸水过程中具有的吸水性能 透水性岩石容许水透过的能力 软化性岩石浸水后强度降低的性能 抗冻性岩石抵抗冻融破坏的性能 可溶性岩石被水溶解的性能 膨胀性岩石吸水后体积增大引起岩石结构破坏的性能 崩解性岩石被水浸泡,内部
3、结构遭到完全破坏呈碎块状崩开散落的性能 3.力学性质强度性质岩石在外力作用下发生破坏时所能承受的最大应力 变形性质(1)强强度性度性质质干燥试样抗压强度 饱和试样抗压强度 冻融试样抗压强度t=sn tgj+c抗抗 压压 强强 度度(R)抗抗 拉拉 强强 度度(Rt)抗抗 剪剪 强强 度度()点荷点荷载载强强度度(Is)回回 弹弹 强强 度度(N)296-8 变形性质OA段:裂隙压密阶段 AB段:弹性变形阶段 BC段:塑性变形、裂隙扩展阶段变形模量 E0=s/e 弹性模量 E50=s50/eD 泊松比 n=e 横/e纵岩石岩石变变形性形性质质的指的指标标 二、常见岩石工程性质评述二、常见岩石工程
4、性质评述 岩石的成因、产状、结构、构造、矿物成分、岩石的成因、产状、结构、构造、矿物成分、节理发育程度及风化程度这七项地质特性就成为节理发育程度及风化程度这七项地质特性就成为评述其工程性质的基础。评述其工程性质的基础。(一)岩浆岩工程性质评价(一)岩浆岩工程性质评价 岩浆岩,一般把它视为均质、各向同性介质,岩浆岩,一般把它视为均质、各向同性介质,往往认为岩浆岩地区工程地质条件比较简单,但往往认为岩浆岩地区工程地质条件比较简单,但不同岩浆岩,因其成分、结构构造不同,工程性不同岩浆岩,因其成分、结构构造不同,工程性质是有差别。特别一些古老的岩浆岩,往往属多质是有差别。特别一些古老的岩浆岩,往往属多
5、期火成岩体,其岩石组合复杂,岩性、岩相变化期火成岩体,其岩石组合复杂,岩性、岩相变化大,火山岩类则更为特殊,决不能简单视之。大,火山岩类则更为特殊,决不能简单视之。矿物成分的影响矿物成分的影响:矿物种类影响:矿物种类影响:一般硬度大的粒状和柱状一般硬度大的粒状和柱状矿物含量愈高,则其强度越高,如石英、长石、矿物含量愈高,则其强度越高,如石英、长石、角闪石、辉石和橄榄石等矿物。硬度低,解理角闪石、辉石和橄榄石等矿物。硬度低,解理非常发育的矿物含量越高,则岩石强度越低,非常发育的矿物含量越高,则岩石强度越低,如云母特别是黑云母如云母特别是黑云母 。矿物化学稳定性影响矿物化学稳定性影响:石英、白云母
6、的化:石英、白云母的化学稳定性高,特别是石英的抗风化能力特强,学稳定性高,特别是石英的抗风化能力特强,而长石,特别是黑云母、角闪石、辉石、橄榄而长石,特别是黑云母、角闪石、辉石、橄榄石等,在地表条件下,极易发生化学分解,形石等,在地表条件下,极易发生化学分解,形成次生的粘土矿物。因此,暗色矿物含量高的成次生的粘土矿物。因此,暗色矿物含量高的岩浆岩,其工程性质要差一些。岩浆岩,其工程性质要差一些。结构影响结构影响:结晶程度影响:结晶程度影响:结晶矿物的晶粒依靠直接结晶矿物的晶粒依靠直接接触的力牢固的联结一起,结合力强,孔隙小,接触的力牢固的联结一起,结合力强,孔隙小,孔隙度低,稳定性好,强度一般
7、较高。孔隙度低,稳定性好,强度一般较高。颗粒大小影响:颗粒大小影响:等粒结构比不等粒结构强度等粒结构比不等粒结构强度高,如细粒花岗岩抗压强度为高,如细粒花岗岩抗压强度为260 260 MPaMPa,粗粒花,粗粒花岗岩仅为岗岩仅为120 120 MPaMPa,等粒花岗岩抗拉强度为,等粒花岗岩抗拉强度为18 18 MPaMPa,斑状花岗岩则为,斑状花岗岩则为4 4 MPaMPa。构造影响构造影响:构造的不均匀性和裂隙发育降低岩石强度。构造的不均匀性和裂隙发育降低岩石强度。喷出岩流纹构造、杏仁状构造等,使岩石喷出岩流纹构造、杏仁状构造等,使岩石呈现非均质和各向异性。呈现非均质和各向异性。一些强度低、
8、易风化一些强度低、易风化的矿物多沿一定方向富集,成条带状分布,或的矿物多沿一定方向富集,成条带状分布,或局部聚集。局部聚集。气孔构造,各种裂隙等,均使岩石的连续性气孔构造,各种裂隙等,均使岩石的连续性和整体性受到影响。和整体性受到影响。在外力作用下,裂隙成为在外力作用下,裂隙成为岩石破坏突破口。同时,岩石裂隙和孔隙的发岩石破坏突破口。同时,岩石裂隙和孔隙的发育,增大了岩石孔隙度,促进风化作用进行,育,增大了岩石孔隙度,促进风化作用进行,为水的进入提供了通道,被水饱和的岩石,其为水的进入提供了通道,被水饱和的岩石,其粒间的联结力遭到削弱,其强度会大大降低。粒间的联结力遭到削弱,其强度会大大降低。
9、岩浆岩产状影响:岩浆岩产状影响:侵入岩侵入岩矿物结晶好,颗粒之间联接牢固,矿物结晶好,颗粒之间联接牢固,多呈块状构造。因此,侵入岩抗水性强、力学多呈块状构造。因此,侵入岩抗水性强、力学强度及弹性模量高,具有较好的工程性质。但强度及弹性模量高,具有较好的工程性质。但侵入岩矿物成分、结构构造不同,其工程性质侵入岩矿物成分、结构构造不同,其工程性质有较大的差别。有较大的差别。喷出岩喷出岩具有隐晶质结构、致密块状构造的具有隐晶质结构、致密块状构造的粗面岩、安山岩、玄武岩等,工程性质良好,粗面岩、安山岩、玄武岩等,工程性质良好,其强度甚至稍大于花岗岩,但当这类岩石具有其强度甚至稍大于花岗岩,但当这类岩石
10、具有明显的流纹、气孔构造或含有原生节理时,工明显的流纹、气孔构造或含有原生节理时,工程性质变差,孔隙度增加,抗水性降低,力学程性质变差,孔隙度增加,抗水性降低,力学强度及弹性模量减小。强度及弹性模量减小。(二)常见沉积岩的工程性质评述(二)常见沉积岩的工程性质评述矿物成分影响:矿物成分影响:石英:石英:砂岩砂岩的弹性与强度随石英含量增加而的弹性与强度随石英含量增加而增大,如石英砂岩和硬砂岩,工程性质就很好。增大,如石英砂岩和硬砂岩,工程性质就很好。云母:云母:含含云母云母较多的砂岩就易风化。较多的砂岩就易风化。碳酸盐类:碳酸盐类:方解石等可溶性矿物,在水流作方解石等可溶性矿物,在水流作用下易形
11、成岩溶,使得涌水、渗漏、塌陷等,成用下易形成岩溶,使得涌水、渗漏、塌陷等,成为碳酸盐岩中主要工程地质问题。如果碳酸盐岩为碳酸盐岩中主要工程地质问题。如果碳酸盐岩中的杂质,如泥质、硅质等含量高,则溶解速度中的杂质,如泥质、硅质等含量高,则溶解速度大大下降,致使岩溶不发育。石灰岩的弹性和强大大下降,致使岩溶不发育。石灰岩的弹性和强度随硅质混合物含量的增加而提高。度随硅质混合物含量的增加而提高。化学上不稳定矿物化学上不稳定矿物:如黄铁矿,及易溶于水的如黄铁矿,及易溶于水的盐类如石膏、石盐、钾盐、芒硝等,有易分解性盐类如石膏、石盐、钾盐、芒硝等,有易分解性与溶解性。岩盐溶解后往往循层形成规模较大的与溶
12、解性。岩盐溶解后往往循层形成规模较大的层间褶皱扭曲破碎带,其工程地质条件往往很差,层间褶皱扭曲破碎带,其工程地质条件往往很差,常会因承载力不够而发生塌陷。常会因承载力不够而发生塌陷。在破碎带及其影响范围内,地下水中的氯离在破碎带及其影响范围内,地下水中的氯离子(子(l l-)和硫酸根离子)和硫酸根离子(SO(SO4 42-2-)含量往往很高,含量往往很高,有极强的腐蚀性,渗入混凝土中后,由于盐类的有极强的腐蚀性,渗入混凝土中后,由于盐类的结晶与腐蚀,导致混凝土逐渐疏松呈豆腐渣状,结晶与腐蚀,导致混凝土逐渐疏松呈豆腐渣状,经经 年,甚至年,甚至 年后,就可使混凝土结构年后,就可使混凝土结构遭到彻
13、底破坏,无水石膏在这种条件下,还会产遭到彻底破坏,无水石膏在这种条件下,还会产生体积膨胀,导致岩体变形破坏。生体积膨胀,导致岩体变形破坏。粘土矿物含量及种类:粘土矿物含量及种类:例如石灰岩和砂岩,当例如石灰岩和砂岩,当粘土矿物含量粘土矿物含量20%20%时,就会直接影响岩石的强度时,就会直接影响岩石的强度和稳定性。和稳定性。由高岭石、蒙脱石、伊利石、拜来石等粘土由高岭石、蒙脱石、伊利石、拜来石等粘土矿物构成的膨胀土、硅藻土、铝钒土等粘土岩,矿物构成的膨胀土、硅藻土、铝钒土等粘土岩,其工程性质,包括与水相互作用表现的一些性质其工程性质,包括与水相互作用表现的一些性质(如塑性、胀缩性、崩解性)、岩
14、石的体积变化、(如塑性、胀缩性、崩解性)、岩石的体积变化、强度和应力应变性能、岩石的渗透性等,在很大强度和应力应变性能、岩石的渗透性等,在很大程度上都取决于粘土矿物成分。比较而言,高岭程度上都取决于粘土矿物成分。比较而言,高岭石的工程性质较伊利石、拜来石等粘土矿物要好,石的工程性质较伊利石、拜来石等粘土矿物要好,而蒙脱石、斑脱石的工程性质最差。而蒙脱石、斑脱石的工程性质最差。结构影响结构影响 碎屑结构受胶结物成分及胶结类型影响。碎屑结构受胶结物成分及胶结类型影响。胶结物成分:胶结物成分:按硅质、钙质、铁质、石膏质、按硅质、钙质、铁质、石膏质、泥质的顺序,强度依次降低。硅质胶结强度最高,泥质的顺
15、序,强度依次降低。硅质胶结强度最高,稳定性也很好;钙质胶结不耐酸,铁质胶结强度稳定性也很好;钙质胶结不耐酸,铁质胶结强度也较高,但易风化,而泥质胶结强度最低,稳定也较高,但易风化,而泥质胶结强度最低,稳定性也最差。下表我国西南某地砂岩的胶结物成分性也最差。下表我国西南某地砂岩的胶结物成分与强度的关系。应当注意,当碎屑岩为因凝灰质与强度的关系。应当注意,当碎屑岩为因凝灰质胶结时工程性质一般都较差。胶结时工程性质一般都较差。胶胶胶胶 结结结结 物物物物硅质硅质硅质硅质钙质钙质钙质钙质铁质铁质铁质铁质泥质泥质泥质泥质抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度(MPaMPaMPaMPa)干干干干211.6211
16、.6211.6211.6108.0108.0108.0108.084.084.084.084.056.756.756.756.7湿湿湿湿137.6137.6137.6137.677.577.577.577.572.572.572.572.542.642.642.642.6胶结方式:胶结方式:基底式胶结,颗粒之间不直接接触,基底式胶结,颗粒之间不直接接触,完全被胶结物包围,胶结紧密,强度较高,受胶完全被胶结物包围,胶结紧密,强度较高,受胶结物成分控制;孔隙式胶结,其工程性质与碎屑结物成分控制;孔隙式胶结,其工程性质与碎屑颗粒成分、形状及胶结物成分有关,变化很大;颗粒成分、形状及胶结物成分有关,变
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