岩石力学课件第一章岩石物理力学性质.ppt

《岩石力学课件第一章岩石物理力学性质.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩石力学课件第一章岩石物理力学性质.ppt（220页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、岩岩 石石 力力 学学岩岩 石石 力力 学学辽宁科技大学辽宁科技大学Rock MechanicsRock Mechanics1 1第一章岩石物理力学性质2 21.1 岩石的基本构成和地质分类3 3岩石力学岩石力学一、岩石的主要矿物成份一、岩石的主要矿物成份岩石中主要的造岩矿物有：岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、高岭石、赤铁矿石、方解石、白云石、高岭石、赤铁矿等等。等等。岩石力学岩石力学一、岩石的主要矿物成份一、岩石的主要矿物成份岩石中的矿物成分会影响岩石的抗岩石中的矿物成

2、分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和强度特性。风化能力、物理性质和强度特性。岩石中岩石中矿物成分的相对稳定性矿物成分的相对稳定性对岩对岩石抗风化能力有显著的影响，而石抗风化能力有显著的影响，而矿物矿物的相对稳定性的相对稳定性主要与其化学成分、结主要与其化学成分、结晶特征及形成条件有关。晶特征及形成条件有关。岩石力学岩石力学二、岩石的常见结构类型二、岩石的常见结构类型岩石的结构是指岩石中矿物和岩屑颗粒相互岩石的结构是指岩石中矿物和岩屑颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、形状、排列、之间的关系，包括颗粒的大小、形状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面。结构连结特点及岩石中的微结构面。岩石结构连结

3、类型：岩石结构连结类型：结晶连结和胶结连结结晶连结和胶结连结。岩石力学岩石力学二、岩石的常见结构类型二、岩石的常见结构类型岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。晶体颗粒之间紧密接触，岩石强度一般较大，但晶体颗粒之间紧密接触，岩石强度一般较大，但随结构的不同而有一定的差异。随结构的不同而有一定的差异。等粒结晶等粒结晶结构一般比结构一般比非等粒结晶非等粒结晶结构的强度大，结构的强度大，细粒结晶细粒结晶结构比结构比粗粒粗粒的强度高，的强度高，细粒基质细粒基质比比玻璃玻璃基

4、质基质的强度高。的强度高。粗粒斑晶的酸性深成岩强度较低，细粒微晶而粗粒斑晶的酸性深成岩强度较低，细粒微晶而无玻璃质的基性喷出岩强度最高，如粗粒花岗岩无玻璃质的基性喷出岩强度最高，如粗粒花岗岩抗压强度一般只有抗压强度一般只有120MPa，而同一成分的细粒，而同一成分的细粒花岗岩则可达花岗岩则可达260Mpa。结结晶晶连连结结岩石力学岩石力学二、岩石的常见结构类型二、岩石的常见结构类型颗粒与颗粒间通过胶结物连在一起的连接。颗粒与颗粒间通过胶结物连在一起的连接。如沉积碎屑岩，部分粘土岩的结构连结。如沉积碎屑岩，部分粘土岩的结构连结。胶结连结岩石强度取决于胶结物和胶结类型胶结连结岩石强度取决于胶结物和

5、胶结类型胶结物：胶结物：硅质、铁质胶结强度钙质泥质硅质、铁质胶结强度钙质泥质胶结类型：胶结类型：1、基质胶结类型、基质胶结类型:岩石碎屑被胶岩石碎屑被胶结物包围，强度取决于胶结物结物包围，强度取决于胶结物；2、接触胶结、接触胶结类型类型:仅颗粒接触处有胶结物，胶结不牢，强仅颗粒接触处有胶结物，胶结不牢，强度低，透水性强度低，透水性强；3、孔隙胶结类型、孔隙胶结类型:胶结物完胶结物完全或部分地充填与颗粒孔隙之间，胶结牢固，全或部分地充填与颗粒孔隙之间，胶结牢固，岩石强度和透水性主要由胶结物性质及充填程岩石强度和透水性主要由胶结物性质及充填程度确定度确定。胶胶结结连连结结岩石力学岩石力学二、岩石的

6、常见结构类型二、岩石的常见结构类型微微结结构构面面岩石中的微结构面，是指存在于矿物颗粒内岩石中的微结构面，是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及空隙。包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、空隙。包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙等。粒间空隙、微裂隙等。岩石中的微结构面一般是很小的，通常需在岩石中的微结构面一般是很小的，通常需在显微镜下观察才能见到，但它们对岩石工程性显微镜下观察才能见到，但它们对岩石工程性质的影响却是相当大的。质的影响却是相当大的。有些专家认为缺陷是影响岩石力学性质的决有些专家认为缺陷是影响岩石力学性

7、质的决定性因素。定性因素。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类岩岩浆浆岩岩岩浆岩岩浆岩：主要由地壳深处或上地幔中形成的高：主要由地壳深处或上地幔中形成的高温熔融的岩浆，上升到地下浅处或喷出地表冷温熔融的岩浆，上升到地下浅处或喷出地表冷凝而成的岩石叫岩浆岩。凝而成的岩石叫岩浆岩。根据根据冷凝成岩浆岩地冷凝成岩浆岩地质环境质环境，岩浆岩分为三大类：，岩浆岩分为三大类：深成者、浅成岩深成者、浅成岩和喷出岩和喷出岩(火山岩火山岩)。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类橄榄岩橄榄岩(超基性侵入岩超基性侵入岩)岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的

8、地质成因分类岩岩浆浆岩岩1、深成岩、深成岩深成岩颗粒均匀，多为粗深成岩颗粒均匀，多为粗中粒状结构，中粒状结构，致密坚硬，孔隙很少，致密坚硬，孔隙很少，力学强度高力学强度高，透水性，透水性较弱，抗水性较强，所以深成岩体的工程地较弱，抗水性较强，所以深成岩体的工程地质性质一般比较好。花岗岩、闪长岩、花岗质性质一般比较好。花岗岩、闪长岩、花岗闪长岩、石英闪长岩等均属常见的深成岩体，闪长岩、石英闪长岩等均属常见的深成岩体，常被选作大型建筑场地。如举世瞩目的常被选作大型建筑场地。如举世瞩目的长江长江三峡大坝的坝基三峡大坝的坝基就是坐落在花岗闪长岩体之就是坐落在花岗闪长岩体之上。上。岩石力学岩石力学三、岩

9、石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类岩岩浆浆岩岩2、浅成岩、浅成岩成分一般与相应的深成岩相似，但其产状和成分一般与相应的深成岩相似，但其产状和结构都不相同，多为岩床、岩墙、岩脉等小侵结构都不相同，多为岩床、岩墙、岩脉等小侵入体，岩体均一性差，岩体结构常呈镶嵌式结入体，岩体均一性差，岩体结构常呈镶嵌式结构，而岩石多呈斑状结构和均粒构，而岩石多呈斑状结构和均粒中细粒结构，中细粒结构，细粒岩石强度比深成岩高，抗风化能力强，斑细粒岩石强度比深成岩高，抗风化能力强，斑状结构岩石则差一些。状结构岩石则差一些。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类岩岩浆浆岩岩3、喷出岩、喷出岩喷出岩

10、是岩浆喷出后才凝固，岩石中含有较喷出岩是岩浆喷出后才凝固，岩石中含有较多的多的玻璃及气孔构造、杏仁构造玻璃及气孔构造、杏仁构造，岩石颗粒很，岩石颗粒很细，多呈致密结构。细，多呈致密结构。喷出岩是在急骤冷却条件下凝固形成的，喷出岩是在急骤冷却条件下凝固形成的，原原生节理生节理比较发育，例如，玄武岩的比较发育，例如，玄武岩的柱状节理柱状节理、流纹岩的流纹岩的板状节理板状节理等。等。喷出岩的结构比较复杂，喷出岩的结构比较复杂，岩性不均一，各向岩性不均一，各向异性显著，岩体连续件较差，透水性较强，软异性显著，岩体连续件较差，透水性较强，软弱夹层和弱结构面比较发育弱夹层和弱结构面比较发育，成为控制岩体稳

11、，成为控制岩体稳定性的主要因素。定性的主要因素。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类沉沉积积岩岩沉积岩是由风化剥蚀作用或火山作用形成的物沉积岩是由风化剥蚀作用或火山作用形成的物质，在原地或被外力搬运，在适当条件下沉积下质，在原地或被外力搬运，在适当条件下沉积下来，经胶结和成岩作用而形成的，其矿物成分主来，经胶结和成岩作用而形成的，其矿物成分主要是粘土矿物、碳酸盐和残余的石英长石等。要是粘土矿物、碳酸盐和残余的石英长石等。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类沉沉积积岩岩沉积岩具有沉积岩具有

12、层理构造层理构造，岩性，岩性一般具有明显的各向异性。一般具有明显的各向异性。按形成条件及结构特点，沉按形成条件及结构特点，沉积岩可分为：积岩可分为：火山碎屑岩、火山碎屑岩、胶结碎屑岩、粘土岩，化学胶结碎屑岩、粘土岩，化学岩和生物化学岩岩和生物化学岩等。等。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类沉沉积积岩岩1、火山碎屑岩、火山碎屑岩具有岩浆岩及普通沉积岩的双重特性和过渡具有岩浆岩及普通沉积岩的双重特性和过渡关系，包括火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩关系，包括火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩等，各类火山碎屑岩的性质差别很大，与火山等，各类火山碎屑岩的性质差别很大，与火山碎屑物、沉

13、积物及熔岩的相对含量、层理和胶碎屑物、沉积物及熔岩的相对含量、层理和胶结压实程度相关。结压实程度相关。大多数凝灰岩和凝灰质岩石结构疏松，极易大多数凝灰岩和凝灰质岩石结构疏松，极易风化，强度很低，往往具有遇水膨胀的特性，风化，强度很低，往往具有遇水膨胀的特性，必须加以特殊注意。必须加以特殊注意。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类沉沉积积岩岩2、胶结碎屑岩、胶结碎屑岩沉积物经胶结、成岩固结硬化而形成的岩石，沉积物经胶结、成岩固结硬化而形成的岩石，包括各种砾岩、砂岩、粉砂岩。胶结碎屑岩的性包括各种砾岩、砂岩、粉砂岩。胶结碎屑岩的性质主要取决于胶结物的成分、胶结形式、碎屑物质

14、主要取决于胶结物的成分、胶结形式、碎屑物成分和特点。成分和特点。硅质胶结碎屑岩硅质胶结碎屑岩强度最高，抗水性强；强度最高，抗水性强；钙质、钙质、石膏质和泥质胶结石膏质和泥质胶结的岩石强度较低，抗水性弱，的岩石强度较低，抗水性弱，在水作用下可被溶解或软化。在水作用下可被溶解或软化。基质胶结基质胶结岩石较坚硬，透水性较弱；岩石较坚硬，透水性较弱；接触胶结接触胶结岩岩石强度较低，透水性较强。石强度较低，透水性较强。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类沉沉积积岩岩3、粘土岩、粘土岩包括两种类型：页岩和泥岩。包括两种类型：页岩和泥岩。总的来说粘土岩的性质是较差的，总的来说粘土岩的

15、性质是较差的，特别是红色岩层中的泥岩，厚度薄，特别是红色岩层中的泥岩，厚度薄，抗水性差，强度低，易软化和泥化。抗水性差，强度低，易软化和泥化。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类沉沉积积岩岩4、化学岩和生物岩、化学岩和生物岩最常见的是碳酸盐类岩石，以石灰最常见的是碳酸盐类岩石，以石灰岩分布最广，石灰岩和白云岩结构致岩分布最广，石灰岩和白云岩结构致密、坚硬、强度较高。密、坚硬、强度较高。在地下水的作用下能被溶蚀，形成在地下水的作用下能被溶蚀，形成溶蚀裂隙、溶洞、暗河等，成为渗漏溶蚀裂隙、溶洞、暗河等，成为渗漏或涌水的通道，给工程带来极大的危或涌水的通道，给工程带来极大的危

16、害。害。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类变变质质岩岩变质岩是由原岩石（岩浆岩、沉积岩或变质岩）变质岩是由原岩石（岩浆岩、沉积岩或变质岩）在地壳中受到高温、高压或化学成分的渗入，在在地壳中受到高温、高压或化学成分的渗入，在基本保持固态的情况下使岩石的结构、构造或矿基本保持固态的情况下使岩石的结构、构造或矿物成分发生变物成分发生变化，形成新的岩石。化，形成新的岩石。简单地说变质岩就简单地说变质岩就是由变质作用形成的是由变质作用形成的岩石。岩石。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类变变质质岩岩1、接触变质岩、接触变质岩接触变质岩体出现在侵入体的周围

17、，接触变质岩体出现在侵入体的周围，其范围和性质取决于侵入体大小、类型其范围和性质取决于侵入体大小、类型和原岩质。和原岩质。岩石受重结晶作用，岩石受重结晶作用，强度一般比原来强度一般比原来的岩石高的岩石高，但由于侵入体的挤压，接触，但由于侵入体的挤压，接触带附近易发生断裂，使岩体透水性增加，带附近易发生断裂，使岩体透水性增加，抗风化能力降低。抗风化能力降低。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类变变质质岩岩2、动力变质岩、动力变质岩动力变质岩是构造作用形成的断裂带及其附动力变质岩是构造作用形成的断裂带及其附近受影响的岩石，岩石包括近受影响的岩石，岩石包括压碎岩、角砾岩、压碎

18、岩、角砾岩、糜棱者、断层泥糜棱者、断层泥等。等。动力变质岩的性质取决于破碎物质成分、大动力变质岩的性质取决于破碎物质成分、大小和压密胶结程度。通常这类岩石胶结不好，小和压密胶结程度。通常这类岩石胶结不好，裂隙、孔隙发育，强度低，透水性强，在岩体裂隙、孔隙发育，强度低，透水性强，在岩体中常形成软弱结构面或软弱岩体。中常形成软弱结构面或软弱岩体。岩石力学岩石力学三、岩石的地质成因分类三、岩石的地质成因分类变变质质岩岩3、区域变质岩、区域变质岩这类变质岩分布范围较广，岩石厚度较大，这类变质岩分布范围较广，岩石厚度较大，变质程度较为均一，最常见的有变质程度较为均一，最常见的有片麻岩、片岩、片麻岩、片岩

19、、千枚岩、板岩、石英岩和大理岩千枚岩、板岩、石英岩和大理岩，混合岩混合岩是介是介于片麻岩与岩浆岩之间的一种岩石。于片麻岩与岩浆岩之间的一种岩石。岩石力学岩石力学1.2 岩石物理性质与试验2727 岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩体力学中研究最重要的性质之一，也是岩体力学中研究最早、最完善的部分。最早、最完善的部分。参照标准：工程岩体试验方法标准参照标准：工程岩体试验方法标准（GB/T50266-99）。）。2828VsVvmsmwmasswatergas岩石含：固相、液相、气相。岩石含：固相、液相、气相。三相比例不同而密度不同。三

20、相比例不同而密度不同。Vw一、岩石的质量指标29291.1.比重比重岩石的比重是岩石固体部分的质量和岩石的比重是岩石固体部分的质量和4时同时同体积纯水质量的比值体积纯水质量的比值（颗粒密度：岩石固相的质量与颗粒密度：岩石固相的质量与固相体积之比。固相体积之比。它不包括孔隙在内，因此其大小仅取决它不包括孔隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量）于组成岩石的矿物密度及其含量）:岩石固相的质量:固相的体积:4水的密度一、岩石的质量指标3030试验方法试验方法:比重瓶法比重瓶法步骤步骤:粉碎粉碎过筛过筛烘干烘干称重称重放入比重瓶放入比重瓶排气排气读数读数(计算计算)0.25mm105-1

21、10 50g一、岩石的质量指标3131一、岩石的质量指标比重瓶比重瓶3232 m1瓶和装满的试液质量瓶和装满的试液质量 ms岩粉质量岩粉质量 m2瓶、试液、岩粉质量瓶、试液、岩粉质量 0试验温度下试液的密度试验温度下试液的密度一、岩石的质量指标33332.2.岩石的密度岩石的密度岩石试件的质量与体积之比，即单位岩石试件的质量与体积之比，即单位体积的岩石质量体积的岩石质量(T/m3、g/cm3)。岩石的重度岩石的重度岩石试件的重力与体积之比，即单位岩石试件的重力与体积之比，即单位体积岩石产生的重力体积岩石产生的重力(KN/m3)。一、岩石的质量指标3434(1)、天然密度天然密度岩石在天然条件下

22、，单位体积的质量岩石在天然条件下，单位体积的质量W:W:岩石试件总质量岩石试件总质量V:V:试件总体积试件总体积一、岩石的质量指标3535(2)、饱和密度饱和密度岩石中的孔隙都被水填充时单位体积岩石中的孔隙都被水填充时单位体积的质量的质量:孔隙体积孔隙体积一、岩石的质量指标3636(3)、干密度干密度岩石孔隙中的液体全部被蒸发，试件岩石孔隙中的液体全部被蒸发，试件中仅有固相和气相的状态下，单位体积的中仅有固相和气相的状态下，单位体积的质量质量密度测定法：量积法；水中称重法；蜡封法。密度测定法：量积法；水中称重法；蜡封法。一、岩石的质量指标3737岩石密度测定方法一：量积法岩石密度测定方法一：量

23、积法凡能制备成规则试样的岩石均宜采用量积法测定其密度。凡能制备成规则试样的岩石均宜采用量积法测定其密度。量积法测定岩石密度时，需测定规则试样的平均断面积量积法测定岩石密度时，需测定规则试样的平均断面积A A，平，平均高度均高度h h以及试样的质量以及试样的质量W W，可得岩石的密度。，可得岩石的密度。当试样在当试样在105105一一110110温度下烘干温度下烘干2424小时称重，可测定岩石小时称重，可测定岩石的干密度（的干密度（d d）：）：式中，式中，d d为岩石的干密度（为岩石的干密度（g gcmcm3 3）；）；g gs s为被测岩样在为被测岩样在105105一一110110的温度下烘

24、干的温度下烘干24 24 小时的质量（小时的质量（g g）；）；A A为被测岩为被测岩样的平均断面积（样的平均断面积（cmcm2 2）；）；h h为被测岩样平均高度（为被测岩样平均高度（cmcm）。）。一、岩石的质量指标3838岩石密度测定方法二：水中称重法岩石密度测定方法二：水中称重法首先称量不规则岩样的质量（首先称量不规则岩样的质量（gs），再浸入水），再浸入水中称其质量中称其质量（gw），根据阿基米德原理计算出，根据阿基米德原理计算出不规则岩样的体积（不规则岩样的体积（V），即可计算出岩样密），即可计算出岩样密度（度（）。）。遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石不能用此遇水崩解、溶解和干缩湿胀

25、的岩石不能用此法测其密度。法测其密度。一、岩石的质量指标3939岩石密度测定方法三：蜡封法岩石密度测定方法三：蜡封法蜡封法适于不能用量积法或水中称重法测定密度的岩石。蜡封法适于不能用量积法或水中称重法测定密度的岩石。首先选取有代表性岩样在首先选取有代表性岩样在105110105110温度下烘干温度下烘干2424小时。取小时。取出，系上细线，称岩样质量（出，系上细线，称岩样质量（g gs s），持线将岩样缓缓浸入刚过），持线将岩样缓缓浸入刚过熔点的蜡液中，浸后立即提出，检查试样周围的蜡膜，若有气熔点的蜡液中，浸后立即提出，检查试样周围的蜡膜，若有气泡应用针刺破，再用蜡液补平，冷却后称蜡封岩样的质

26、量（泡应用针刺破，再用蜡液补平，冷却后称蜡封岩样的质量（g g1 1），然后将蜡封岩样浸没于纯水中称其质量（），然后将蜡封岩样浸没于纯水中称其质量（g g2 2），则岩石的），则岩石的干密度（干密度（d d）为）为 ：式中，式中，n n为蜡的密度。为蜡的密度。一、岩石的质量指标4040天然岩石中包含着数量不等、成因各异的孔隙和天然岩石中包含着数量不等、成因各异的孔隙和裂隙，是岩石的重要结构待征之一，通称为岩石的裂隙，是岩石的重要结构待征之一，通称为岩石的孔隙性。孔隙性。1.1.孔隙率孔隙率n：孔隙的体积与总体积的比值孔隙的体积与总体积的比值2.2.孔隙比孔隙比 e：孔隙的体积与固体的体积之比孔

27、隙的体积与固体的体积之比二、岩石的孔隙性41413.孔隙比和孔隙率的关系孔隙比和孔隙率的关系孔隙率是衡量岩石工程质量的重要物理性质指标孔隙率是衡量岩石工程质量的重要物理性质指标之一，岩石的孔隙率反映了孔隙和裂隙在岩石中之一，岩石的孔隙率反映了孔隙和裂隙在岩石中所占的百分率，孔隙率愈大，岩石中的孔隙和裂所占的百分率，孔隙率愈大，岩石中的孔隙和裂隙就愈多，岩石的力学性能则愈差隙就愈多，岩石的力学性能则愈差二、岩石的孔隙性42421.1.含水量含水量W W岩石孔隙中含水的质量与岩石总质岩石孔隙中含水的质量与岩石总质量之比的百分数量之比的百分数:孔隙中含水的质量孔隙中含水的质量岩石与水相互作用时所表现

28、的性质称为岩石的岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性。包括岩石的吸水性、透水性、软化性和水理性。包括岩石的吸水性、透水性、软化性和抗冻性。抗冻性。三、岩石的水理性质4343含水率含水率岩石孔隙中含水的质量与固相质量岩石孔隙中含水的质量与固相质量之比的百分数之比的百分数:孔隙中含水的质量孔隙中含水的质量含水量较为常用，有天然含水量、饱和含水量等。含水量较为常用，有天然含水量、饱和含水量等。三、岩石的水理性质44442.2.吸水率吸水率（自然吸水率）（自然吸水率）烘干岩石烘干岩石自由浸水自由浸水4848小时小时后吸入水的质量后吸入水的质量与固相质量之比的百分数与固相质量之比的百分数 m0

29、烘干岩石浸水烘干岩石浸水48小时后的质量小时后的质量岩石吸水率的大小取决于岩石中孔隙的多少及其连岩石吸水率的大小取决于岩石中孔隙的多少及其连通情况，岩石的吸水率愈大，表明岩石中的孔隙大，通情况，岩石的吸水率愈大，表明岩石中的孔隙大，数量多，并且连通性好，岩石的力学性质差。数量多，并且连通性好，岩石的力学性质差。三、岩石的水理性质45453.3.饱水率（饱和或强制吸水率）饱水率（饱和或强制吸水率）烘干岩石经烘干岩石经高压、煮沸或真空抽气饱和高压、煮沸或真空抽气饱和后吸后吸入水的质量与试件固体的质量之比的百分数。入水的质量与试件固体的质量之比的百分数。三、岩石的水理性质46463.3.饱水系数饱水

30、系数kW岩石饱水系数是指岩石吸水率与饱水率岩石饱水系数是指岩石吸水率与饱水率的比值，以百分率表示。的比值，以百分率表示。在高压条件下，通常认为水能进入岩石中所有在高压条件下，通常认为水能进入岩石中所有张开的孔隙和裂隙中，国外采用高压设备，测定张开的孔隙和裂隙中，国外采用高压设备，测定岩石的饱和吸水率；国内常用真空抽气法或沸煮岩石的饱和吸水率；国内常用真空抽气法或沸煮法测定饱和吸水率。法测定饱和吸水率。饱水率饱水率反映岩石中总的反映岩石中总的张开张开型孔隙和裂隙型孔隙和裂隙的发育程度，对岩石的抗冻性和抗的发育程度，对岩石的抗冻性和抗风化能力具有较大影响风化能力具有较大影响三、岩石的水理性质474

31、74.4.岩石的渗透性岩石的渗透性岩石在一定的水压力作用下，水穿透岩石的能力。岩石在一定的水压力作用下，水穿透岩石的能力。水只能沿连通孔隙渗透，岩石透水的大小可用渗透水只能沿连通孔隙渗透，岩石透水的大小可用渗透系数衡量，它主要决定于岩石孔隙的大小、方向及系数衡量，它主要决定于岩石孔隙的大小、方向及其相互连通情况。其相互连通情况。:沿x方向水的流量h:水头的高度A:垂直x方向的截面面积K:岩石的渗透系数(cm/s)三、岩石的水理性质4848三、岩石的水理性质4949岩石力学岩石力学1.3 岩石的强度特性与试验5151岩石力学岩石力学一、岩石强度试验的基本要求一、岩石强度试验的基本要求工程师对材料

32、提出两个问题工程师对材料提出两个问题 1 1 最大承载力最大承载力许用应力许用应力？2 2 最大允许变形最大允许变形许用应变许用应变？强度：强度：岩石在各种荷载作用岩石在各种荷载作用下达到破坏时所能承受的最大应力下达到破坏时所能承受的最大应力。强度强度单轴抗压强度单轴抗压强度单轴抗拉强度单轴抗拉强度抗剪强度抗剪强度三轴强度三轴强度真三轴真三轴假三轴假三轴岩石力学岩石力学一、岩石强度试验的基本要求一、岩石强度试验的基本要求岩石的固有性质岩石的固有性质凡是不受试件的形状、尺寸、采集地、采凡是不受试件的形状、尺寸、采集地、采集人等影响而保持不变的特征。如岩石的颜集人等影响而保持不变的特征。如岩石的颜

33、色，密度等都是岩石的固有性质。色，密度等都是岩石的固有性质。各种强度都不是岩石的固有性质，而是一各种强度都不是岩石的固有性质，而是一种指标值，通过试验所确定的各种岩石强度种指标值，通过试验所确定的各种岩石强度指标值都要受一些因素的影响。指标值都要受一些因素的影响。岩石力学岩石力学一、岩石强度试验的基本要求一、岩石强度试验的基本要求岩石强度试验的影响因素：岩石强度试验的影响因素：1试件尺寸：试件尺寸：随试件尺寸的缩小抗压强随试件尺寸的缩小抗压强度提高，相反，随度提高，相反，随试件尺寸加大强度试件尺寸加大强度值降低。长沙矿冶值降低。长沙矿冶研究院测定结果可研究院测定结果可看出，试件断面边看出，试件

34、断面边长长20厘米时，测厘米时，测定结果基本稳定。定结果基本稳定。岩石力学岩石力学一、岩石强度试验的基本要求一、岩石强度试验的基本要求岩石强度试验的影响因素：岩石强度试验的影响因素：2试件形状：试件形状：正方体、长方正方体、长方体、圆柱体试件体、圆柱体试件进行试验所获得进行试验所获得的强度指标值是的强度指标值是不相同的。不相同的。岩石力学岩石力学岩石强度试验的影响因素：岩石强度试验的影响因素：3三维尺寸：三维尺寸：高径比高径比(LD)（试件高度与（试件高度与直径之比）对试验结果有很大影响。直径之比）对试验结果有很大影响。LD2.53时，试验结果趋于稳定。时，试验结果趋于稳定。一、岩石强度试验的

35、基本要求一、岩石强度试验的基本要求岩石力学岩石力学一、岩石强度试验的基本要求一、岩石强度试验的基本要求4加载速率：加载速率：岩石的单轴抗压强度与加岩石的单轴抗压强度与加载速率成正比，即加载速率越大，所测得载速率成正比，即加载速率越大，所测得的强度指标值越高的强度指标值越高加载速率对岩石强度的影响表加载速率对岩石强度的影响表岩石名称岩石名称加加载载到破坏到破坏30秒秒（MPa）加加载载到破坏到破坏0.03秒秒（MPa）强强度增加度增加（%）砂砂岩岩辉长辉长岩岩53.92205.8881.37274.815030岩石力学岩石力学一、岩石强度试验的基本要求一、岩石强度试验的基本要求试验标准及规范试验

36、标准及规范为了保证不同的岩石强度试验所获得的岩为了保证不同的岩石强度试验所获得的岩石强度指标具有石强度指标具有可比性可比性，国际岩石力学学会，国际岩石力学学会(ISRM)对岩石强度试验所使用的试件的形状对岩石强度试验所使用的试件的形状、尺寸、加载速率和湿度等先后制定了标准、尺寸、加载速率和湿度等先后制定了标准，对不符合标准试件和标准试验条件所获得，对不符合标准试件和标准试验条件所获得的强度指标值，必须根据实际标准作相应的的强度指标值，必须根据实际标准作相应的修正。修正。岩石力学岩石力学二、单轴抗压强度二、单轴抗压强度（一）定义（一）定义：岩石在单轴压缩荷载作用下达：岩石在单轴压缩荷载作用下达到

37、破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度。轴抗压强度。国际上通常把单轴抗压强度表示为国际上通常把单轴抗压强度表示为UCS，我，我国习惯于将单轴抗压强度表示为国习惯于将单轴抗压强度表示为C，其值等于，其值等于达到破坏时的最大轴向压力达到破坏时的最大轴向压力P除以试件的横截除以试件的横截面积面积A。岩石力学岩石力学二、单轴抗压强度二、单轴抗压强度岩石力学岩石力学二、单轴抗压强度二、单轴抗压强度(二二)实验方法实验方法1.标准试件标准试件(1)通常为圆柱体（或立方体）通常为圆柱体（或立方体）(2)试件直径必须大于矿物颗粒最大直径试件直径必须大于矿物颗粒

38、最大直径10倍，一般试件直径或边长倍，一般试件直径或边长为为50mm。岩石力学岩石力学二、单轴抗压强度二、单轴抗压强度2.试件加工精度试件加工精度(1)试件直径或边长试件直径或边长4.85.4cm，高度，高度为直径的为直径的2.02.5倍倍(2)试件两端面的不平整度试件两端面的不平整度0.05mm，在试件高度上直径或边长的误差在试件高度上直径或边长的误差0.3mm(3)两端面应垂直于试件轴线，最大偏两端面应垂直于试件轴线，最大偏差差0.25岩石力学岩石力学二、单轴抗压强度二、单轴抗压强度岩石力学岩石力学二、单轴抗压强度二、单轴抗压强度3.加载速率要求加载速率要求0.51.0MPa/s；510分

39、钟发生破坏。分钟发生破坏。岩石力学岩石力学二、单轴抗压强度二、单轴抗压强度(三三)试件破坏形态试件破坏形态1、劈裂破坏；、劈裂破坏；2、单斜面剪切破坏；、单斜面剪切破坏；3、X状共轭斜面剪切破状共轭斜面剪切破坏。坏。岩石力学岩石力学三、抗拉强度三、抗拉强度（一）、定义（一）、定义岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度，或简称为抗拉强度。度，或简称为抗拉强度。通常以通常以T或或t表示抗拉强度，表示抗拉强度，其值等于达到破坏时的最大轴其值等于达到破坏时的最大轴向拉伸荷载向拉伸荷载Pt除以

40、试件的横截除以试件的横截面积面积A。岩石力学岩石力学三、抗拉强度三、抗拉强度（二）、试验分类（二）、试验分类试件在拉伸荷载作用下的破坏通常是沿其试件在拉伸荷载作用下的破坏通常是沿其横截面的断裂破坏，岩石的拉伸破坏试验分横截面的断裂破坏，岩石的拉伸破坏试验分直接试验和间接试验直接试验和间接试验两类。两类。岩石力学岩石力学三、抗拉强度三、抗拉强度（三）、直接拉伸试验（三）、直接拉伸试验直接进行拉伸试验是很直接进行拉伸试验是很困难困难的，因为不可能像压缩试验那的，因为不可能像压缩试验那样将拉伸荷载直接施加到试件样将拉伸荷载直接施加到试件的两个端面上，而只能将两端的两个端面上，而只能将两端固定在材料机

41、的拉伸夹具内。固定在材料机的拉伸夹具内。图示夹具内所产生的应力过图示夹具内所产生的应力过于集中，往往引起试件两端破于集中，往往引起试件两端破裂。若夹具施加夹持力不够大，裂。若夹具施加夹持力不够大，试件就会从夹具中拉出。试件就会从夹具中拉出。岩石力学岩石力学三、抗拉强度三、抗拉强度使用使用“狗骨头狗骨头”形状的岩石试件进行直接拉形状的岩石试件进行直接拉伸试验，在液压伸试验，在液压P的作用，由于试件两端和中的作用，由于试件两端和中间部位截面积的差距，在试件中引起拉伸应力间部位截面积的差距，在试件中引起拉伸应力3。岩石力学岩石力学三、抗拉强度三、抗拉强度（三）、间接拉伸试验（三）、间接拉伸试验由于进

42、行直接拉伸试验在准备试件方面要由于进行直接拉伸试验在准备试件方面要花费大量的人力、物力和时间，因此取而代花费大量的人力、物力和时间，因此取而代之的一些间接拉伸试验方法涌现出来，在间之的一些间接拉伸试验方法涌现出来，在间接试验方法中，最著名的是巴西试验法，俗接试验方法中，最著名的是巴西试验法，俗称劈裂试验法，另外还有三点加载弯曲试验称劈裂试验法，另外还有三点加载弯曲试验等。等。岩石力学岩石力学三、抗拉强度三、抗拉强度tPD1、巴西劈裂试验法：、巴西劈裂试验法：试件为一岩石圆盘，施加荷载试件为一岩石圆盘，施加荷载P劈裂试件。劈裂试件。岩石力学岩石力学三、抗拉强度三、抗拉强度压力压力P P作用下，圆

43、盘边缘作用下，圆盘边缘沿沿y y方向方向y y和和x x均为压应均为压应力，而离开边缘后力，而离开边缘后y y仍仍为压应力，但应力值比边为压应力，但应力值比边缘处显著减小并趋于均匀缘处显著减小并趋于均匀化；化；x x变成拉应力并在变成拉应力并在沿沿y y很长一段距离上均匀很长一段距离上均匀分布分布，虽然拉应力值比压，虽然拉应力值比压应力低很多，但因岩石的应力低很多，但因岩石的抗拉强度很低，所以试件抗拉强度很低，所以试件还是由于拉应力而导致试还是由于拉应力而导致试件沿直径的劈裂破坏。件沿直径的劈裂破坏。岩石力学岩石力学三、抗拉强度三、抗拉强度2、三点加载弯曲试验、三点加载弯曲试验试件可以是园柱梁

44、，也试件可以是园柱梁，也可以是长方形截面棱柱可以是长方形截面棱柱梁。梁。园柱梁园柱梁棱柱梁棱柱梁R0为岩石的弯曲强度，一般为直接拉伸试验为岩石的弯曲强度，一般为直接拉伸试验抗拉强度的抗拉强度的23倍。倍。岩石力学岩石力学四、点荷载试验四、点荷载试验点荷载强度指标试验点荷载强度指标试验是布鲁克和弗兰克林是布鲁克和弗兰克林19721972年发明的，是一种最简单的岩石强度试验。年发明的，是一种最简单的岩石强度试验。其试验所获得的强度指标值可用做岩石分级的其试验所获得的强度指标值可用做岩石分级的一个指标，有时可代替单轴抗压强度。一个指标，有时可代替单轴抗压强度。点荷载强度试验的设点荷载强度试验的设备比

45、较简单，小型点荷备比较简单，小型点荷载试验装置由一个手动载试验装置由一个手动液压泵、一个液压干斤液压泵、一个液压干斤顶和一对顶和一对圆锥形加压头圆锥形加压头组成。组成。岩石力学岩石力学四、点荷载试验四、点荷载试验岩石力学岩石力学四、点荷载试验四、点荷载试验小型点荷载试验装置是小型点荷载试验装置是便携式便携式的，可带到的，可带到现场试验现场试验，这是点荷载试验能够广泛采用的，这是点荷载试验能够广泛采用的重要原因。大型点荷载试验装置的原理和小重要原因。大型点荷载试验装置的原理和小型点荷载试验装置的原理是相同的，只是能型点荷载试验装置的原理是相同的，只是能提供更大的压力，适合于大尺寸的试件。提供更大

46、的压力，适合于大尺寸的试件。点荷载试验的另一个重要优点是点荷载试验的另一个重要优点是对试件的对试件的要求不严格要求不严格，不需要像做抗压强度试验那样，不需要像做抗压强度试验那样精心准备试件，最好的试件就是直径为精心准备试件，最好的试件就是直径为25100mm的岩芯，没有岩芯时，的岩芯，没有岩芯时，不规则岩块不规则岩块也也可以。可以。岩石力学岩石力学四、点荷载试验四、点荷载试验点荷载强度指标：点荷载强度指标：ISRM将直径为将直径为50mm的圆柱体试件径向加的圆柱体试件径向加裁点荷载试验的强度指标值裁点荷载试验的强度指标值I IS(50)确定为标准确定为标准试验值，其他尺寸试件的试验结果需据进行

47、试验值，其他尺寸试件的试验结果需据进行修正。修正。岩石力学岩石力学四、点荷载试验四、点荷载试验点荷载强度标准值点荷载强度标准值I Is(50)可用于岩可用于岩体质量分级、岩体强度空间变异性研体质量分级、岩体强度空间变异性研究等。究等。I Is(50)可由下式转换为单轴抗压强可由下式转换为单轴抗压强度和抗拉强度：度和抗拉强度：岩石力学岩石力学五、抗剪切强度五、抗剪切强度（一）、定义（一）、定义岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度。受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度。剪切强度试验可分为二类：剪切强度试验可分为二类：1、剪切试验、

48、剪切试验在剪切面上只有剪应力存在，没有正应力存在剪切面上只有剪应力存在，没有正应力存在（抗切试验）；在（抗切试验）；2、剪切试验在剪切面上、剪切试验在剪切面上除了存在剪应力外，还存在正应力除了存在剪应力外，还存在正应力。岩石力学岩石力学五、抗剪切强度五、抗剪切强度（二）、四种典型的抗切强度试验（剪切（二）、四种典型的抗切强度试验（剪切强度记为强度记为S0)1、单面剪切试验、单面剪切试验岩石力学岩石力学五、抗剪切强度五、抗剪切强度2、双面剪切试验、双面剪切试验岩石力学岩石力学五、抗剪切强度五、抗剪切强度3、冲力剪切试验、冲力剪切试验岩石力学岩石力学五、抗剪切强度五、抗剪切强度4、扭转剪切试验、扭

49、转剪切试验岩石力学岩石力学五、抗剪切强度五、抗剪切强度（三）、典型剪切强度试验（三）、典型剪切强度试验1、立方体试件单面剪试验、立方体试件单面剪试验岩石力学岩石力学五、抗剪切强度五、抗剪切强度2、双面剪试验、双面剪试验岩石力学岩石力学五、抗剪切强度五、抗剪切强度3、变角剪试验（角模压剪）、变角剪试验（角模压剪）变角剪是利用压力机施加垂变角剪是利用压力机施加垂直荷载，通过一套直荷载，通过一套特制的夹特制的夹具具使试件沿某一剪切面产生使试件沿某一剪切面产生剪切破坏，然后通过静力平剪切破坏，然后通过静力平衡条件解析剪切面上的法向衡条件解析剪切面上的法向压应力和剪应力，从而绘制压应力和剪应力，从而绘制

50、法向压应力（法向压应力（）与剪应力）与剪应力（）之关系曲线，求得岩石）之关系曲线，求得岩石的内聚力的内聚力c和内摩擦角和内摩擦角。岩石力学岩石力学五、抗剪切强度五、抗剪切强度(1)、试验试验所需所需仪仪器器设备设备序号序号名称名称规规格格型号型号单单 位位数数 量量1制制样设备样设备套套12倾倾斜斜压压模剪切装模剪切装置置套套13压压力力试验试验机机YE1000台台14游游标标卡尺卡尺015cm把把15活活动动扳手扳手把把16放大放大镜镜个个1岩石力学岩石力学五、抗剪切强度五、抗剪切强度(2)、试件制备试件制备试件为直径试件为直径50mm、高、高、50mm的圆柱体试的圆柱体试件或件或50505