第二节 岩石的水理性质.ppt

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1、第二节第二节 岩石的水理性质岩石的水理性质 定义：定义：岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。水理性质。主要有含水性、吸水性、软化性、抗冻性和主要有含水性、吸水性、软化性、抗冻性和透水性。透水性。一、岩石的含水性一、岩石的含水性1.1.天然含水率天然含水率天然状态下岩石的孔隙中含水的质量与固体质量之天然状态下岩石的孔隙中含水的质量与固体质量之比的百分数。比的百分数。2.饱和含水率饱和含水率饱和状态下岩石的孔隙中含水的质量与固体质量饱和状态下岩石的孔隙中含水的质量与固体质量之比的百分数。之比的百分数。3.表示岩石中含水程度的指标表示岩石中含水程度的

2、指标表示岩石中水含量的指标除含水量外，还有饱和度：表示岩石中水含量的指标除含水量外，还有饱和度：饱和度饱和度岩石孔隙中所含水的体积与孔隙体积的岩石孔隙中所含水的体积与孔隙体积的比值称为饱和度，以百分数表示。比值称为饱和度，以百分数表示。饱和度可以说明岩石孔隙中充水的程度。饱和度可以说明岩石孔隙中充水的程度。含水率的工程意义：含水率的工程意义：岩石遇水强度有所降低，特别是岩石遇水强度有所降低，特别是含粘土矿物较多的岩石，遇水软化，直接影响岩石的含粘土矿物较多的岩石，遇水软化，直接影响岩石的变形和强度性质。变形和强度性质。二、岩石的吸水性二、岩石的吸水性 定义：定义：岩石在一定的试验条件下吸收水分

3、的能力，称为岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。岩石的吸水性。1 1、吸水率、吸水率(W Wa a)：是指岩石试件在大气压力和室温条件下自是指岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量由吸入水的质量(m mw w1 1)与岩样干质量与岩样干质量(m ms s)之比，用百分数表之比，用百分数表示，即示，即 s2 2、饱和吸水率、饱和吸水率(WpWp)：是指岩石试件在高压是指岩石试件在高压(一般压力为一般压力为15MPa)15MPa)或真空条件下吸入水的质量或真空条件下吸入水的质量(m mw w2 2)与岩样干质量与岩样干质量(m ms s)之比，用百分数表示，即之比，用百

4、分数表示，即 3 3、饱水系数：、饱水系数：岩岩石石的的吸吸水水率率(WaWa)与与饱饱和和吸吸水水率率(WpWp)之之比比，称称为为饱饱水水系数。它反映了岩石中大、小开空隙的相对比例关系。系数。它反映了岩石中大、小开空隙的相对比例关系。一般一般,饱水系数越大饱水系数越大,大开空隙相对越多大开空隙相对越多,而小开空隙越而小开空隙越少少,常压下吸水后余留的空隙常压下吸水后余留的空隙(小开空隙小开空隙)越少越少,抗冻性越差。抗冻性越差。几种岩石的吸水率几种岩石的吸水率 岩石类型 吸水率（%）岩石类型 吸水率（%）岩石类型 吸水率（%）花岗岩 0.14.0 凝灰岩 0.57.5 石英片岩 0.10.

5、3 闪长岩 0.35.0 砾 岩 0.32.4 绿泥石片岩 0.10.6 辉绿岩 0.85.0 砂 岩 0.29.0 千枚岩 0.51.8 辉长岩 0.54.0 页 岩 0.53.2 泥质板岩 0.10.3 安山岩 0.34.5 灰 岩 0.14.5 大理岩 0.11.0 玢 岩 0.41.7 泥灰岩 0.53.0 石英岩 0.11.5 玄武岩 0.32.8 白云岩 0.13.0 片麻岩 0.10.7 几种岩石的吸水性指标值几种岩石的吸水性指标值 岩石名称吸水率（%）饱和吸水率（%）饱水系数花岗岩0.460.840.55石英闪长岩0.320.540.59玄武岩0.270.390.69基性斑岩0

6、.350.420.83云母片岩0.131.310.10砂岩7.0111.990.60石灰岩0.090.250.36白云质灰岩0.740.920.80三、岩石的软化性三、岩石的软化性 1 1、定定义义：岩岩石石浸浸水水饱饱和和后后强强度度降降低低的的性性质质，称称为为软软化化性性，通常用通常用软化系数表示软化系数表示。2 2、软软化化系系数数(K KR R)：岩岩石石试试件件的的饱饱和和抗抗压压强强度度(cwcw)与与干干抗抗压强度压强度(c c)的比值。的比值。岩岩石石中中含含有有较较多多的的亲亲水水性性和和可可溶溶性性矿矿物物，大大开开空空隙隙较多时，岩石的软化性较强，软化系数较小。较多时，

7、岩石的软化性较强，软化系数较小。K KR R0.750.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好。岩石的软化性弱，工程地质性质较好。K KR R0.750.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差。岩石软化性较强，工程地质性质较差。常见岩石的常见岩石的软化系数软化系数 岩石类型 软化系数（%）岩石类型 软化系数（%）岩石类型 软化系数（%）花岗岩 0.720.97 凝灰岩 0.520.86 片麻岩 0.750.97 闪长岩 0.600.80 砾 岩 0.500.96 石英片岩 0.440.84 辉绿岩 0.330.90 砂 岩 0.650.97 绿泥石片岩 0.530.69 安山岩 0.810.9

8、1 页 岩 0.240.740.240.74 千枚岩 0.670.96 玢 岩 0.780.81 灰 岩 0.70094 泥质板岩 0.390.520.390.52 玄武岩 0.30.95 泥灰岩 0.440.54 石英岩 0.940.960.940.96 工程意义：工程意义：岩岩石石的的软软化化系系数数愈愈小小，说说明明岩岩石石吸吸水水饱饱和和后后其其抗抗压压强强度度降降低低的的越越多多,岩岩石石软软化化性性愈愈强强。如如粘粘土土岩岩和和泥泥质质胶胶结结的的岩岩石石，其其KR一一般般为为0.40.40.60.6。对水下建筑影响大。对水下建筑影响大。另外，软化系数是评价岩石力学性质的另外，软化

9、系数是评价岩石力学性质的一个重要物理性质指标。一个重要物理性质指标。四、岩石的抗冻性四、岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。1 1、抗抗冻冻系系数数(R Rd d)：岩岩石石试试件件经经反反复复冻冻融融后后的的干干抗抗压压强强度度(c2c2)与冻融前干抗压强度与冻融前干抗压强度(c1c1)之比，用百分数表示之比，用百分数表示 2 2、质质量量损损失失率率(K Km m)：冻冻融融试试验验前前后后干干质质量量之之差差(m ms s1 1m ms s2 2)与试验前干质量与试验前干质量(m ms s1 1)之比，以百分数表示之比，以百分数表示:R

10、Rd d7575，K Km m2 2抗冻性高。抗冻性高。一一般般，吸吸水水率率W Wa a5 5、软软化化系系数数K KR R0.750.75，饱饱水水系数小于系数小于0.80.8的岩石，抗冻性高。的岩石，抗冻性高。五、岩石的透水性五、岩石的透水性 在在一一定定的的水水力力梯梯度度或或压压力力差差作作用用下下，岩岩石石能能被被水水透过的性质，称为透水性。透过的性质，称为透水性。常用常用渗透系数渗透系数渗透系数渗透系数来表征。来表征。一一般般认认为为，水水在在岩岩石石中中的的流流动动，如如同同水水在在土土中中流流动动一样，也服从于线性渗流规律一样，也服从于线性渗流规律达西定律，即达西定律，即:U

11、 U为渗透流速，为渗透流速，cm/scm/s；K K为渗透系数，为渗透系数，cm/scm/s；J J为为水力梯度。水力梯度。渗透系数渗透系数数值上等于水力梯度为1时的渗透流速，cm/s或m/d水力梯度渗透流速渗渗透透系系数数大大小小主主要要取取决决于于岩岩石石空空隙隙的的数数量量、大大小小、方方向向及及其其连连通通性性等等，水水只只能能通通过过连连通通的的空空隙隙渗渗透透。因因此此，裂裂隙隙岩岩体体的的渗渗透透系系数数（透水性）远大于岩块的渗透系数，（透水性）远大于岩块的渗透系数，六、岩石的膨胀性六、岩石的膨胀性 某些岩石遇水后具有膨胀性，特别是富含粘土矿物某些岩石遇水后具有膨胀性，特别是富含

12、粘土矿物的粘土岩、页岩等。岩石的膨胀性可用不同条件下的膨的粘土岩、页岩等。岩石的膨胀性可用不同条件下的膨胀率和膨胀压力等参数来反映。胀率和膨胀压力等参数来反映。1.1.岩石的自由膨胀率岩石的自由膨胀率岩石试件在无任何约束条件下浸水后所产生的膨胀岩石试件在无任何约束条件下浸水后所产生的膨胀变形变形 量与原试件尺寸的比值。量与原试件尺寸的比值。轴向自由膨胀率：轴向自由膨胀率：径向自由膨胀率：径向自由膨胀率：浸水后岩石试件的轴向膨胀变形量浸水后岩石试件的轴向膨胀变形量浸水后岩石试件的径向膨胀变形量浸水后岩石试件的径向膨胀变形量试件试验前的高度试件试验前的高度试件试验前的直径试件试验前的直径2.2.岩石的侧向约束膨胀率岩石的侧向约束膨胀率将具有侧向约束的试件浸入水中，使岩石试件仅产生将具有侧向约束的试件浸入水中，使岩石试件仅产生轴向膨胀变形时求得的轴向膨胀率。轴向膨胀变形时求得的轴向膨胀率。3.3.膨胀压力膨胀压力浸水后岩石试件保持原有体积所需施加的最大压浸水后岩石试件保持原有体积所需施加的最大压力。力。岩石膨胀性的工程意义：岩石膨胀性的工程意义：用于地下洞室围岩的变形和稳定性计算，为工程用于地下洞室围岩的变形和稳定性计算，为工程设计提供参数。设计提供参数。