巖石力學(xué)-巖石物理力學(xué)性質(zhì).pdf

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1、《巖石力學(xué)》主講教師：王樂華副教授三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院2011年11月第1章巖石物理力學(xué)性質(zhì)本章內(nèi)容1.1概述1.2巖石的基本構(gòu)成和地質(zhì)分類1.3巖石的物理性質(zhì)1.4巖石的力學(xué)性質(zhì)1.5影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素1.1概述巖石是構(gòu)成地殼表層巖石圈的主體，巖石呈現(xiàn)明顯的非線性、不連續(xù)性、不均質(zhì)性和各向異性等復(fù)雜特性。對原型的研究程度和對模型力學(xué)參數(shù)取值的可靠性，歸根結(jié)底取決于對巖石或巖體的認(rèn)知能力。必須了解巖石的主要物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)及其影響這些性質(zhì)的主要因素。1.2巖石的基本構(gòu)成和地質(zhì)分類巖石：由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集而形成的自然物體。礦物：存在地殼中的具有一定化

2、學(xué)成分和物理性質(zhì)的自然元素和化合物。結(jié)構(gòu)：組成巖石的物質(zhì)成分、顆粒大小和形狀以及其相互結(jié)合的情況。構(gòu)造:組成成分的空間分布及其相互間排列關(guān)系這是影響巖石力學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的三個重要因素。巖漿巖：強度高、均質(zhì)性好巖石按成因分類沉積巖：強度不穩(wěn)定，各向異性變質(zhì)巖：不穩(wěn)定與變質(zhì)程度和原巖性質(zhì)有關(guān)巖體=巖塊+結(jié)構(gòu)面巖體結(jié)構(gòu)面不連續(xù)面：包括節(jié)理、巖塊裂隙、孔隙、斷面、孔洞、層面1.3巖石的物理性質(zhì)1.3.1巖石的容重gWg=V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。一般地，巖石的容重愈大，其力學(xué)性質(zhì)也愈好，反之則愈差。天然容重g量積法(直接法)干容重g水中法d飽和容重g蠟

3、封法w1.3.1.1量積法測定巖石的容重0g105-110C烘干24h重量s干容重g=dA·h被測巖樣平均斷面面積被測巖樣平均高度1.3.1.2水中稱重法測定巖石的容重1.3.1.3蠟封法測定巖石的容重g蠟封巖樣浸沒純水質(zhì)量天然含水率sg=dg-g12g1-g2-g=gd(1+0.01w)gn蠟封巖樣質(zhì)量蠟容重天然容重1.3.2巖石的比重Gs巖石固體部分的重量和40C時同體積純水重量的比值。W巖石固體部分重量sG=sV×g0sw4C單位體積水重量巖石固體部分體積1.3.3巖石的孔隙性巖石的孔隙性系指巖石的孔隙和空隙發(fā)育程度?？紫堵适菐r石試件內(nèi)各種裂隙、孔隙的體積總和對于試件總體積

4、之比。孔隙比是指巖石試件內(nèi)各種裂隙、孔隙的體積總和與試件內(nèi)固體礦物顆粒的體積之比。（一）孔隙比e=V/VVCV——孔隙體積（水銀充填法求出）V（二）孔隙率V=V+VVd-rCVVsdn==′100%Vdse~n關(guān)系VVVVVV/VVne====VCVC/VV-VV1-nVn=1-g/GgcW1.3.4巖石的水理性巖石與水相互作用時所表現(xiàn)出來的性質(zhì)。吸水性透水性軟化性抗凍性1.3.4.1巖石的天然含水率天然狀態(tài)下巖石中水的質(zhì)量與巖石烘干質(zhì)量比值。mww=′100%mrd1.3.4.2巖石的吸水性巖石在一定條件下吸收水分的性能稱為巖石的的吸水性。表征巖石的吸水性的指標(biāo)有吸水率、飽和吸

5、水率、飽水系數(shù)1.3.4.3巖石的透水性巖石能被水透過的性能稱為巖石的透水性。1.3.4.4巖石的軟化性巖石浸水后強度降低的性能稱為巖石的軟化性。scw飽水巖樣的抗壓強度軟化系數(shù)hc=sc自然風(fēng)干巖樣的抗壓強度1.3.4.5巖石的抗凍性巖石抵抗凍融破壞的性能稱為巖石的抗凍性。巖樣凍融后的抗壓強度s-sccf抗凍系數(shù)cf=′100%sc巖樣凍融前的抗壓強度巖石在反復(fù)凍融后其強度降低的主要原因(1)構(gòu)成巖石的各種礦物的膨脹系數(shù)不同，當(dāng)溫度變化時，由于礦物的脹、縮不均而導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)的破壞。(2)當(dāng)溫度降到0時，巖石孔隙中的水將結(jié)冰，體積最增大9％，會產(chǎn)生很大的膨脹壓力，使巖石的結(jié)構(gòu)發(fā)生

6、改變，直至破壞。1.4巖石的力學(xué)性質(zhì)1.4.1巖石的強度1.4.1.1巖石強度試驗的基本要求巖石強度：巖石在各種荷載作用下達到破壞時所能承受的最大應(yīng)力。進行巖石力學(xué)試驗所選用的試件必須是完整巖樣。峰值強度：是巖石在臨近破壞時具有的最大承載能力。其值可以根據(jù)巖石的應(yīng)力——應(yīng)變?nèi)^程曲線上的峰值測出。這一強度稱為極限強度或峰值強度。殘余強度：是巖石在發(fā)生破壞后仍然具有的承載能力。其值可以在巖石的應(yīng)力——應(yīng)變?nèi)^程曲線的峰值右側(cè)線段所對應(yīng)的應(yīng)力值測出。巖石的抗壓強度、抗剪強度及抗拉強度：巖石在壓縮、剪切或拉伸應(yīng)力作用下表現(xiàn)出來的抗破壞能力各不相同，與之對應(yīng)的強度值分別為抗壓強度、抗剪強

7、度及抗拉強度。巖石強度不是巖石的固有性質(zhì)，而是一種指標(biāo)值。凡是不受試件的形狀、尺寸、采集地、采集人等影響而保持不變的特征，如巖石的顏色、密度等都是巖石的固有性質(zhì)。試件尺寸試件形狀影響因素試件三維尺寸比例寬高比加載速率濕度1.4.1.2單軸抗壓強度巖石在單軸壓縮荷載作用下達到破壞前所能承受的最大壓應(yīng)力稱為巖石的單軸抗壓強度。(uniaxialcompressivestrength)P破壞時最大軸向壓力s=cA試件的橫截面積X狀共扼斜面剪切破壞單斜面剪切破壞拉伸破壞pfb=+42液壓