岩石的基本力学性质.ppt

第二章岩石的基本物理力学性质,本章内容：,21岩石的基本物理性质2-2岩石的变形特性2-3岩石的强度特性,1、岩石的基本物理性质；2、岩石的单轴压缩变形特性，应力应变全过程曲线的工程意义；3、岩石的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度及其实验室测定方法；4、岩石在三轴压缩条件下的力学特性；,重点:,21岩石的基本物理性质,岩石由固体，水，空气等三相组成。一、密度（）和重度()：单位体积的岩石的质量称为岩石的密度。单位体积的岩石的重力称为岩石的重度。所谓单位体积就是包括孔隙体积在内的体积。（g/cm3），g(kN/m3)岩石的密度可分为天然密度、干密度和饱和密度。相应地，岩石的重度可分为天然重度、干重度和饱和重度。,1、天然密度（）和天然重度（）指岩石在天然状态下的密度和重度。,（g/cm3）,(kN/m3),式中：W天然状态下岩石试件的质量(g；)V岩石试件的体积(cm3)；g重力加速度。,干密度是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积岩石的质量，相应的重度即为干重度。,2、干密度（d）和干重度(d),（g/cm3）,(kN/m3),式中：Ws岩石试件烘干后的质量(g)；V岩石试件的体积(cm3)；g重力加速度。,3、饱和密度（）和饱和重度(w),饱和密度就是饱水状态下岩石试件的密度。,式中：WW饱水状态下岩石试件的质量(g)；V岩石试件的体积(cm3)；g重力加速度。,（g/cm3）,(kN/m3),二、比重(),岩石的比重就是指岩石固体的质量与同体积水的质量之比值。岩石固体体积，就是指不包括孔隙体积在内的体积。岩石的比重可在实验室进行测定，其计算公式为：,式中：岩石的比重；Ws干燥岩石的质量(g);Vs岩石固体体积(cm3);W40C时水的密重。,三、岩石的空隙性,空隙：岩石中孔隙和裂隙的总称。,空隙度：指岩石的裂隙和孔隙发育程度，其衡量指标为空隙率(n)或空隙比（e）。,所谓空隙比是指岩石试件内空隙的体积（VV)与岩石试件内固体矿物颗粒的体积（Vs)之比。,四、岩石的水理性质,岩石遇水后会引起某些物理、化学和力学性质的改变，岩石的这种性质称为岩石的水理性。1、岩石的吸水性岩石吸收水分的性能称为岩石的吸水性，其吸水量的大小取决于岩石孔隙体积的大小及其密闭程度。岩石的吸水性指标有吸水率、饱水率和饱水系数。,2、岩石的软化性,岩石的软化性是指岩石在饱水状态下其强度相对于干燥状态下降低的性能，可用软化系数表示。软化系数指岩石试样在饱水状态下的抗压强度cb与在干燥状态下的抗压强度c之比，即,各类岩石的c=0.450.9之间。c0.75,岩石软化性弱、抗水、抗风化能力强；c0.75，岩石的工程地质性质较差。,3、岩石的膨胀性,岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。岩石的膨胀性大小一般用膨胀力和膨胀率指标表示。其测定方法是平衡加压法。,试验中不断加压，并保持体积不变，所测得的最大压力即为岩石的最大膨胀力；然后逐级减压，直至荷载为0，测定其最大膨胀变形量，膨胀变形量与试件原始厚度的比值即为膨胀率。,4、岩石的抗冻性,岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，是评价岩石抗风化稳定性的重要指标。岩石的抗冻性用抗冻系数Cf表示，指岩石试样在250C的温度期间内，反复降温、冻结、融解、升温，然后测量其抗压强度的下降值（c-cf）,以此强度下降值与融冻试验前的抗压强度c之比的百分比代表抗冻系数Cf，即,可见：抗冻系数Cf越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。,五、岩石的透水性,地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数岩石的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的压力作用下，地下水可以在岩石中渗透。岩石的这种能透水的性能称为岩石的透水性。岩石的透水性大小不仅与岩石的孔隙度大小有关，而且还与孔隙大小及其贯通程度有关。衡量岩石透水性的指标为渗透系数(K)。一般来说，完整密实的岩石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数一般是在钻孔中进行抽水或压水试验而测定的。,六、岩石的碎胀性,岩石破碎后的体积VP比原体积V增大的性能称为岩石的碎胀性，用碎胀系数来表示。,碎胀系数不是一个固定值，是随时间而变化的。永久碎胀系数（残余碎胀系数）不能再压密时的碎胀系数称为永久碎胀系数.,2-2岩石的变形特性,弹性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形能够恢复的性质。塑性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形不能恢复的性质。脆性：物体在外力作用下变形很小时就发生破坏的性质。延性：物体能够承受较大的塑性变形而不丧失其承载能力的性质。粘性（流变性）：物体受力后变形不能在瞬间完成，且应变速度（d/dt）随应力大小而变化的性质。,一、单轴压缩变形特点1、刚性压力机与全应力应变曲线及破坏后的性态,刚度K：指物体产生单位位移所需的外力。,式中：K物体的刚度，kN/mm;p外力，N;u在外力作用下的位移。,弹性变形能W：,（1）0A段：微裂隙闭合阶段,微裂隙压密极限A。（2）AB段：近似直线，弹性阶段，B为弹性极限。（3）BC段：屈服阶段，C为屈服极限。（4）CD段：破坏阶段，D为强度极限，即单轴抗压强度。（5）DE段：即破坏后阶段,E为残余强度。,1、岩石在常规三轴试验条件下的变形特性,二、三轴压缩状态下的岩石变形特性,岩石在常规三轴试验条件下的变形特征通常用轴向应变1与主应力差(1-3)的关系曲线表示。,一、岩石的单轴抗压强度C,端部效应,破坏形态,2-3岩石的变形特性,二、岩石的单轴抗拉强度t,1、直接拉伸试验,2、间接拉伸试验,圆饼试件：,A劈裂法（巴西试验法）,三、岩石的剪切强度f,1、剪切面上无压应力的剪切试验,试件尺寸：直径或边长不小于50mm，高度应等于直径或边长。改变P,即可测得多组、，作出曲线。,2、剪切面上有压应力的剪切试验,3、