岩石的基本物理性质.pdf

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1、岩石的基本物理性质 一、岩石的基本概念 岩石是组成地壳的基本物质,由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律组合而成。岩石是指从岩体中取出的，但其尺寸却不大，有时称为岩块。岩石按不同的标准可分为不同类型，常见的分类有：（1）按岩石成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。（2）按岩石固体矿物颗粒间的结合特征，可分为固结性、粘结性、散粒状和流动性岩石四大类。（3）按岩石的构成特征，可以区分岩石的结构和岩石的构造。岩石的结构是决定岩石组织的各种特征（如矿物颗粒的组成成分、结晶程度、形状和大小以及它们之间的连接状况等）的总合；而岩石的构造则指岩石中组成成分的空间分布以及他们相互间的排列关系，如整体构

2、造，多孔状构造和层状构造。（4）按岩石的力学强度和坚实性，可分为坚硬岩石和松软岩石。工程中常把饱水状态下单压强度大于 10MPa 的岩石称为坚硬岩石；而把低于该值的岩石称为松软岩石。二、岩石的质量指标 （一）岩石的比重 岩石的比重是指岩石固体部分的实体积（不包括空隙体积）重量与 4时同体积水重量和岩石固体部分实体积的比值。其表达式为 （1-1）式中 岩石的比重；Gd绝对干燥时岩石固体实体积的重量，kN；Vc 岩石固体部分实体积，m3；水的容重，4时等于 10（kN/m3）；岩石比重取决于组成岩石的矿物比重，与岩石的空隙和吸水多少无关，且随岩石中重矿物含量的增多而增大。煤矿中常见的岩石比重见表

3、1-1。（二）岩石的密度和容重 岩石的密度是指单位体积的岩石（包括空隙体积）质量，表达式为 （1-2）式中 岩石的密度，kg/m3；M 岩石的质量，kg；V 岩石的体积，m3。岩石的密度与组成岩石矿物密度、空隙和吸水多少有关。根据岩石试样含水状态不同，岩石的密度可分为天然密度、饱和密度和干密度三种，前两种一般称为岩石的湿密度。天然密度是指岩石在天然含水状态下的密度；饱和密度（）是指岩石在吸水饱和状态下的密度；干密度（）是指在 105110下干燥 24h 后的密度。煤矿中常见的岩石密度见表 1-1。岩石的容重是指单位体积（包括空隙体积）内岩石的质量所受的重力（kN/m3）。为便于计算，工程实践中

4、,可根据岩石的密度换算出岩石的容重，其公式为 (1-3)wcdVGwVMsd g式中 岩石的容重，kN/m3；重力加速度，kN/kg；岩石的密度，kg/m3。三、岩石的体积指标 （一）岩石的孔隙性 岩石的孔隙度指岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比，也称孔隙率 （1-4）式中 n岩石的孔隙率，%；V0 岩石中孔隙的总体积，m3；V岩石的总体积，m3。岩石的孔隙比指岩石中各种孔洞和裂隙体积的总和与岩石内固体部分实体积之比，可表示为 （1-5）式中 岩石的孔隙比；岩石内各种孔洞和裂隙体积的总和，m3；岩石内固体部分实体积，m3。孔隙比与孔隙度之间的关系为 （1-6）一般孔隙率愈大，岩石中

5、孔隙和裂隙就愈多，岩石的密度和强度愈低，同时使塑性变形和渗透性增大。煤矿中常见岩石的孔隙率和孔隙比见表 1-1。表 1-1 煤矿中常见岩石的比重、密度、孔隙率以及孔隙比 岩石种类 砂 岩 页 岩 石 灰 岩 板 岩 煤 比重 2.602.75 2.572.77 2.482.85 密度（kg/m3）（22.6）103（22.4）103（2.22.6）103 （1.21.4）103 一般（1.31.35）103 孔隙率（%）330 1035 520 0.11.0 孔隙比 0.0310.429 0.1110.538 0.0530.25 0.0010.0101 （二）岩石的碎胀性和压实性 岩石的碎胀性

6、指岩石破碎以后的体积比之前体积增大的性质。常用岩石的碎胀系数来表示，即岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比，其表达式为 （1-7）式中 KP岩石的碎胀系数；V 岩石破碎膨胀后的体积，m3；V 岩石处于整体状态下的体积，m3。煤矿中常见的岩石的碎胀系数见表 1-2。表 1-2 煤矿中常见岩石的碎胀系数和残余碎胀系数 岩石种类 碎胀系数 残余碎胀系数 砂 1.061.15 1.011.03 粘 土 1.2 1.031.07 g%1000VVncVVe0e0VcVnne1VVKp碎 煤 10-3 致密的石灰岩 10-10 有裂隙的石灰岩 24 （二）岩石的软化性 岩石的

7、软化性是指岩石浸水后其强度降低的性质，通常用软化系数表示水对岩石强度的影响程度，即水饱和岩石试件的单轴抗压强度与干燥岩石试件单轴抗压强度之比 （1-9）式中 岩石的软化系数；水饱和岩石试件的单轴抗压强度，MPa；干燥岩石试件的单轴抗压强度，MPa。煤矿中常见岩石的软化系数见表 1-4。表 1-4 煤矿中常见岩石的软化系数 岩石种类 干试件抗压强度（MPa）水饱和试件抗压强度（MPa)软化系数 粘 土 岩 20.357.8 2.3531.2 0.080.87 页 岩 55.8133.3 13.473.6 0.240.55 砂 岩 17.1245.8 5.6240.6 0.440.97 石 灰 岩

8、 13.1202.6 7.6185.4 0.580.94 （三）岩石的膨胀性和崩解性 岩石的膨胀性是指软岩浸水后体积增大和相应地引起压力增大的性质。岩石遇水膨胀的pKAIQK 10cwcRR0wcRcR特性可用膨胀应力和膨胀率这两个指标来表示。岩石的崩解性是指软岩浸水后发生的解体现象，用耐崩解性指数表示，即岩样在承受干燥和湿润两个标准循环之后，岩样对软化和崩解作用所表现出的抵抗能力。它直接反映了岩石在浸水和温度变化的环境下抵抗水侵蚀作用的能力。（四）岩石的吸水性和抗冻性 岩石的自然吸水率是试件在常温常压下吸入水分的质量与试件的干质量之比，如不专门指明，岩石的吸水率即指自然吸水率，其表达式为 （

9、1-10）式中 岩石的（自然）吸水率 Mw 岩石试件在大气压力下吸入水分的质量，kg；Md 岩石试件干燥时的质量，kg。岩石的饱和吸水率是试件在真空、加压（一般为 15MPa）条件下吸入水分的质量与试件的干质量之比，简称饱水率，即 （1-11）式中 岩石的饱和吸水率；岩石试件的饱和吸水后的质量，kg。饱水系数则是指岩石的吸水率与饱水率之比，即为 （1-12）式中 J饱水系数，一般（0.50.8）。岩石的吸水率见表 1-5。表 1-5 几种岩石的吸水率 岩石种类 花岗岩 砂岩 页岩 石灰岩 板岩 吸 水 率 0.10.92 0.2012.19 1.83.0 0.104.45 0.100.95 岩

10、石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的能力，常用的评价指标有岩石的抗冻系数和质量损失率。岩石的抗冻系数是指岩石冻融试验后的干抗压强度与之前的干抗压强度之比，即 （1-13）式中 岩石的抗冻系数；冻融前岩石干抗压强度，MPa；冻融后岩石干抗压强度，MPa。岩石冻融前后干试件的质量差与冻融前干试件的质量之比，称为岩石的质量损失率，即 （1-14）式中 岩石的质量损失率；岩石试件冻融前的质量，kg；岩石试件冻融后的质量，kg。五、岩石的热性和电磁性%100dwMM%100dswsMMsswMsJ/%100crcpPPRpRcrPcP%100121WWWKmmK1W2W （一）岩石的容热性 岩石的容热性指岩石进行热交换时所吸收热量的能力，用岩石的比热（C）和容积热容（CV）表示。（二）岩石的电磁特性 岩石的导电性是指岩石介质传导电流的能力，常用电阻率或电导率来表示。岩石的磁性包括感应磁性及剩余磁性，前者指岩石被现代地磁场磁化而产生的磁性，后者则指岩石形成过程中被当时地磁场磁化所保留下的磁性。感应磁化强度和剩余磁化强度是表征这两种磁性强弱的常用指标，其二者之和可反映岩石所具有的总磁性，称为总磁化强度。