巖石的物理力學(xué)性質(zhì)(上)_巖石力學(xué)課件.ppt

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1、1§2.1巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造構(gòu)造：各種不同結(jié)構(gòu)的礦物集合體的各種分布和排列方式。結(jié)構(gòu)：礦物顆粒的形狀、大小和聯(lián)結(jié)方式所決定的結(jié)構(gòu)特征。粒間聯(lián)結(jié)結(jié)晶聯(lián)結(jié)：礦物顆粒通過結(jié)晶相互嵌合在一起，它是通過共用原子或離子使不同晶粒緊密接觸。膠結(jié)聯(lián)結(jié)：礦物顆粒通過膠結(jié)物聯(lián)結(jié)在一起。硅質(zhì)膠結(jié)＞鐵質(zhì)、鈣質(zhì)＞泥質(zhì)膠結(jié)第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)Mar,20072第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì)參數(shù)質(zhì)量指標(biāo)容重、密度、比重孔隙性孔隙率、孔隙比水理性質(zhì)含水率、吸水率、飽水率、滲透性抗風(fēng)化指標(biāo)膨脹性、崩解性、軟化性、抗凍性Mar

2、,20073第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)§2.2巖石的基本物理性質(zhì)巖石單位體積(包括巖石中孔隙體積)的重量稱為容重（重度，unitweight）。巖石容重的表達(dá)式為：（2-1）式中，——巖石容重（kN/m3）；——巖樣的重量（kN）；——巖樣的體積（m3）。質(zhì)量指標(biāo)Mar,20074第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)根據(jù)巖石的含水狀況，將容重分為天然容重、干容重和飽和容重。巖石容重取決于組成巖石的礦物成分、孔隙發(fā)育程度及其含水量。巖石容重的大小，在一定程度上反映出巖石力學(xué)性質(zhì)的優(yōu)劣。測(cè)定巖石的容重可采用量積法

3、（直接法）、水中法或蠟封法。具體采取何種方法，應(yīng)根據(jù)巖石的性質(zhì)和巖樣形態(tài)來確定。Mar,20075FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)Mar,20076FacultyofCivilEngineering,ChongqingUniversity第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)Mar,20077第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)巖石的密度定義為巖石單位體積(包括巖石中孔隙體積)的質(zhì)量，用表示，單位一般為kg/m3。它與巖石容重之間存在如下關(guān)

4、系：（2-2）式中，——重力加速度，m/s2。Mar,20078第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)巖石的比重，在數(shù)值上等于其密度，它取決于組成巖石的礦物比重及其在巖石中的相對(duì)含量。巖石的比重，可采用比重瓶法進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)時(shí)先將巖石研磨成粉末，烘干后用比重瓶法測(cè)定。巖石的比重一般為2.5~2.8。specificgravityMar,20079第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)孔隙性porosityMar,200710第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)WaterAirRockVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積Mar,

5、200711第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)三相草圖WaterAirRockVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積已知關(guān)系五個(gè):共有九個(gè)參數(shù):VVvVsVaVω/msmωmam剩下三個(gè)獨(dú)立變量三相草圖法物性指標(biāo)是比例關(guān)系:可假設(shè)任一參數(shù)為1實(shí)驗(yàn)室測(cè)定其它指標(biāo)是一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法Mar,200712第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)水理性質(zhì)Mar,200713第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)Mar,200714第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)巖石的滲透性是指在水壓力作用下，巖石的孔隙和裂隙透過水的能力。巖石的滲透性可用滲透

6、系數(shù)來衡量。滲透系數(shù)的物理意義是介質(zhì)對(duì)某種特定流體的滲透能力。因此，對(duì)于水在巖石中滲流來說，滲透系數(shù)的大小取決于巖石的物理特性和結(jié)構(gòu)特征，例如巖石中孔隙和裂隙的大小、開閉程度以及連通情況等。根據(jù)達(dá)西（Darcy）定律，滲流速度與水力坡度成正比堅(jiān)硬的花崗巖、致密的石灰?guī)r的滲透系數(shù)低于10-10厘米/秒砂巖、多裂隙的頁巖的滲透系數(shù)大于10-3厘米/秒permeabilityMar,200715第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)巖石的膨脹性是指巖石浸水后體積增大的性質(zhì)。某些含粘土礦物(如蒙脫石、水云母及高嶺石)

7、成分的軟質(zhì)巖石，經(jīng)水化作用后在粘土礦物的晶格內(nèi)部或細(xì)分散顆粒的周圍生成結(jié)合水溶劑腔(水化膜)，并且在相鄰近的顆粒間產(chǎn)生楔劈效應(yīng)，當(dāng)楔劈作用力大于結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)力，巖石顯示膨脹性。巖石膨脹性大小一般用膨脹力和膨脹率兩項(xiàng)指標(biāo)表示，目前國內(nèi)大多采用土的固結(jié)儀和膨脹儀測(cè)定巖石的膨脹性，測(cè)定巖石膨脹力和膨脹率的試驗(yàn)方法常用的有平衡加壓法、壓力恢復(fù)法和加壓膨脹法。膨脹壓力曲線自由膨脹率：無約束條件下，浸水后膨脹變形與原尺寸之比軸向自由膨脹徑向自由膨脹抗風(fēng)化指標(biāo)Mar,200716第2章巖石的物理力學(xué)性質(zhì)巖石的崩解

8、性是指巖石與水相互作用時(shí)失去粘結(jié)性并變成完全喪失強(qiáng)度的松散物質(zhì)的性能。這種現(xiàn)象是由于水化過程中削弱了巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)引起的，常見于由可溶鹽和粘土質(zhì)膠結(jié)的沉積巖地層中。巖石崩解性一般用巖石的耐崩解性指數(shù)表示，這個(gè)指標(biāo)可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做干濕循環(huán)試驗(yàn)確定。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，按試驗(yàn)前的試件烘干質(zhì)量和殘留在筒內(nèi)的試件烘干質(zhì)量計(jì)算耐崩解性指數(shù)。干濕循環(huán)測(cè)定儀1