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1、第二章巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)是巖體最基本、最重要的性質(zhì)之一，也是巖石力學(xué)學(xué)科中研究最早、最完善的內(nèi)容之一。第一節(jié)基本物理性質(zhì)一、巖石的質(zhì)量指標(biāo)（一）密度和比重1、巖石的密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)巖石的質(zhì)量。巖石含：固相、液相、氣相。三相比例不同而密度不同。（2）飽和密度：巖石中的孔隙被水充填時(shí)的單位體積質(zhì)量（水中浸48小時(shí)）（1）天然密度：自然狀態(tài)下，單位體積質(zhì)量G——巖石總質(zhì)量；V——總體積。VV——孔隙體積（3）干密度：巖塊中的孔隙水全部蒸發(fā)后的單位體積質(zhì)量（108℃烘24h）2、巖石的比重：巖石固體質(zhì)量（G1）與同體積水在4℃時(shí)的質(zhì)量比VC——固
2、體積；——水的比重G1——巖石固體的質(zhì)量。（KN/m3）二、巖石的孔隙性：反映裂隙發(fā)育程度的指標(biāo)（一）孔隙比VV——孔隙體積（水銀充填法求出）（二）孔隙率V=VC+VVe~n關(guān)系天然狀態(tài)下飽和狀態(tài)下三、巖石的水理性質(zhì)（一）含水性1、含水量：巖石孔隙中含水量GW與固體質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)W=GW/G1（%）2、吸水率：巖石吸入水的質(zhì)量與固體質(zhì)量之比Wd=（%）吸水率是一個(gè)間接反映巖石內(nèi)孔隙多少的指標(biāo)（二）滲透性在一定的水壓作用下，水穿透巖石的能力。反映了巖石中裂隙向相互連通的程度，大多滲透性可用達(dá)西（Darcy）定律描述：（m3/s）——水頭變化率；qx——沿x方向水的
3、流量；h——水頭高度；A——垂直x方向的截面面積；k——滲透系數(shù)。四、巖石的抗風(fēng)化指標(biāo)（3類）(1)軟化系數(shù)（表示抗風(fēng)化能力的指標(biāo)）Rcc——干燥單軸抗壓強(qiáng)度、Rcd——飽和單軸抗壓強(qiáng)度；（ ?。┰叫?，表示巖石受水的影響越大。耐崩解性指數(shù)是通過(guò)對(duì)巖石試件進(jìn)行烘干，浸水循環(huán)試驗(yàn)所得的指標(biāo)。試驗(yàn)時(shí)，將烘干的試塊，約500g，分成10份，放入帶有篩孔的圓筒內(nèi)，使圓筒在水槽中以20r／s速度連續(xù)轉(zhuǎn)10分鐘，然后將留在圓筒內(nèi)的石塊取出烘干稱重。如此反復(fù)進(jìn)行兩次，按下式計(jì)算耐崩解性指數(shù)：(2)巖石耐崩解性指數(shù)試驗(yàn)前的試件烘干質(zhì)量??；殘留在筒內(nèi)的試件烘干質(zhì)量1、自由膨脹率：無(wú)
4、約束條件下，浸水后脹變形與原尺寸之比軸向自由膨脹（%）H——試件高度徑向自由膨脹（%）D——直徑返回（三）巖石的膨脹性評(píng)價(jià)膨脹性巖體工程的穩(wěn)定。第二節(jié)巖石的強(qiáng)度特性工程師對(duì)材料提出兩個(gè)問(wèn)題1最大承載力——許用應(yīng)力[]？2最大允許變形－－許用應(yīng)變[]？本節(jié)討論[]問(wèn)題強(qiáng)度：材料受力時(shí)抵抗破壞的能力。強(qiáng)度單向抗壓強(qiáng)度單向抗拉強(qiáng)度剪切強(qiáng)度三軸壓縮真三軸假三軸一巖石的單軸抗壓強(qiáng)度1.定義：指巖石試件在無(wú)側(cè)限的條件下，受軸向壓力作用破壞時(shí)單位面積上承受的荷載。式中：P——無(wú)側(cè)限的條件下的軸向破壞荷載A——試件界面積2.試件方法：圓柱形試件：φ4.8－5.2cm，高H=（2－
5、2.5)φ長(zhǎng)方體試件：邊長(zhǎng)L=4.8－5.2cm,高H=（2－2.5)L試件兩端不平度0.5mm；尺寸誤差±0.3mm;兩端面垂直于軸線±0.25o（1）試件標(biāo)準(zhǔn)：3.單向壓縮試件的破壞形態(tài)破壞形態(tài)有兩類：（1）圓錐形破壞原因：壓板兩端存在摩擦力，箍作用（又稱端部效應(yīng)）， 在工程中也會(huì)出現(xiàn)。（2）柱狀劈裂破壞張拉破壞（巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度）是巖石單向壓縮破壞的真實(shí)反映（消除了端部效應(yīng)）消除試件端部約束的方法潤(rùn)滑試件端部（如墊云母片；涂黃油在端部）加長(zhǎng)試件破壞形態(tài)是表現(xiàn)破壞機(jī)理的重要特征；其主要影響因素：①應(yīng)力狀態(tài)②試驗(yàn)條件4.影響單軸抗壓強(qiáng)度的主要因素（
6、1）承壓板端部的摩擦力及其剛度（加墊塊的依據(jù)）（2）試件的形狀和尺寸形狀：圓形試件不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，好加工尺寸：大于礦物顆粒的10倍；φ50的依據(jù)高徑比：研究表明；h/d≥(2－3)較合理（3）加載速度加載速度越大，表現(xiàn)強(qiáng)度越高(見(jiàn)圖2－5)我國(guó)規(guī)定加載速度為0.5－1.0MPa/s（4）環(huán)境含水量：含水量越大強(qiáng)度越低；巖石越軟越明顯，對(duì)泥巖、粘土等軟弱巖體，干燥強(qiáng)度是飽和強(qiáng)度的2－3倍。見(jiàn)表2－2溫度度：180℃以下部明顯：大于180℃，濕度越高強(qiáng)度越小。二巖石的抗拉強(qiáng)度1.定義：巖石試件在受到軸向拉應(yīng)力后其試件發(fā)生破壞時(shí)的單位面積上所受的拉力。由于試件不易加工
7、，除研究直接的拉伸的夾具外，研究了大量的間接試驗(yàn)方法。2.直接拉伸法抗拉強(qiáng)度關(guān)鍵技術(shù)①試件和夾具之間的連接②加力P與試件同心3.間接方法①巖石是各向同性的線彈性材料②滿足平面假設(shè)的對(duì)稱面內(nèi)彎曲適用條件：（1）抗彎法（梁的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)）抗拉強(qiáng)度——三點(diǎn)彎曲梁內(nèi)的最大拉應(yīng)力；梁發(fā)生破壞時(shí)的就是M——作用在試件上的最大彎矩C——梁邊緣到中性軸的距離I——梁截面繞中性軸的慣性矩（2）劈裂法（巴西法），對(duì)稱徑向壓裂法 由巴西人Hondros提出要求①荷載沿軸向均勻分布②破壞面必須通過(guò)試件的直徑注：①端部效應(yīng)②并非完全單向應(yīng)力試件：實(shí)心圓柱φ50mm；δ25mm試驗(yàn)：徑向壓縮
8、破壞（張開(kāi)
