岩石性质及其工程分级

岩石的性质及其工程分级 引入 岩石是构成地壳表层岩石圈的主题 目前人类前所未有 广泛地接触和改造岩体 20世纪被誉为高层建筑的世纪 而21世纪出于环境保护等方面的原因 人类将向地下索取更多的空间 因此专家预言21世纪将是地下工程的世纪 故我们有必要对岩石的物理性质 力学性质及工程分级有一定的认识 岩石的性质及其工程分级 一概述 二岩石的物理性质 三岩石的力学性质 四岩石的工程分级 一概述 基本概念 岩块 从地壳中切取出来的小块体 近似认为各向同性的连续介质 岩体 地下工程周围较大范围内的自然地质体 岩体的性质复杂 通常包含层理 节理 断层等软弱面 是我们研究的主要对象 岩石 组成地壳的基本物质 由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律而形成的自然地质体 包括岩浆岩 沉积岩 变质岩 表土 建井工作者把覆盖在地壳上部的第四纪沉积物成为表土 也称为松散性岩石 如 黄土 流沙 粘土等 基岩 表土以下的固结性岩石称为基岩 岩浆岩 沉积岩 变质岩 露出地表的基岩露头 岩块 泰山 仙人桥 世界地质公园 岩体 自然岩体景观 峨眉山岩体崩塌 表土和基岩 二岩石的物理性质 岩石是赋存在自然界中的十分复杂的杂质 是自然界各种矿物的集合体 岩石的孔隙性 岩石的水理性质 岩石的水理性质指岩石与水相互作用时所表现的性质 包括岩石的吸水性 透水性 软化性和抗冻性 吸水性 岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力 透水性 在一定的水力梯度或压力差作用下 岩石能被水透过的性质 软化性 岩石浸水饱和后强度降低的性质 抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的能力 三岩石的力学性质 与机械方式破碎岩石有关的岩石力学性质主要有岩石的强度 硬度 弹性 脆性和塑形以及岩石的研磨性 1 岩石的强度 一般理解为固体抵抗机械破坏的能力 2 岩石的硬度 通常被认为是岩石表面对工具压入时的反抗性 注 硬度与抗压强度有联系 但又有很大区别 岩石的硬度与外载作用性质有关 岩石的力学性质 3 岩石的弹性 塑性和脆性弹性 塑性和脆性是物体受外力作用后 对变形的不同表现 弹性是固体在卸去所有加之载荷后 恢复原来状态的性能 4 岩石的研磨性在用机械方法破碎岩石的过程中 钻头上的切削具 硬质合金 金刚石牙轮等 或钻头体本身及其磨粒 钻粒 将与岩石产生连续的或间歇的接触和摩擦 岩石的力学性质 一 岩石工程分级的必要性 四岩石的工程分级 二 分级方法 岩石工程分级的必要性 按成因不同 将岩石分为岩浆岩 沉积岩 变质岩三类 对于采掘工程来说 又要求对岩石进行定量的区分 以便能正确地进行工程设计 合理地选用施工方法 施工设备 机具与器材 准确地制定生产定额和材抖消耗定额等 因此 提出了岩石工程分级与岩体工程分类问题 二 分级方法 岩石单向抗压强度 MPa 10 单位为MPa 普氏分级的优点 普氏岩石分级法简明 便于使用 因而多年来在苏联及一些东欧国家获得广泛应用 缺点 它没有反映岩体的特征 关于岩石坚固性各方面表现趋于一致的观点 对少数岩石也不适用 如粘土就钻眼容易 而爆破困堆 根据f的大小将岩石分为10级15种 1 普氏分级法 用一个综合性的指标 岩石的坚固性系数f 来表示岩石破坏的相对难易程度 通常称f为普氏岩石坚固性系数 岩石按坚固性分级 2 根据锚喷支护需要 按照煤矿岩层特点制定的围岩分类 即钻探时将钻孔中直接获取的岩心的总长度 扣除破碎岩心和软弱夹泥的长度 再与钻孔总进尺相比 具体计算岩心长度时 只计算大于10cm的坚硬和完整的岩心 即 3 美国采用的岩心质量指标分级法 R Q D 1 岩石 岩快 岩体 基岩 表土2 相对密度 密度 孔隙性 吸水率 软化性 岩石碎胀性3