第一章岩土的工程性质

1、第一章第一章岩土的工程性质岩土的工程性质主要内容主要内容第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质第三节第三节 土的工程性质土的工程性质第四节第四节 岩石的可钻性岩石的可钻性 第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质一、岩石的物理性质一、岩石的物理性质二、岩石的水理性质二、岩石的水理性质三、岩石的力学性质三、岩石的力学性质一、岩石的物理性质一、岩石的物理性质1 1结构结构 岩石的结构是指组成岩石的矿物成分、粒度、岩石的结构是指组成岩石的矿物成分、粒度、形状和矿物颗粒之间的连结方式。岩石的结构不同，形状和矿物颗粒之间的连结方式。岩石的结构不同，它的坚固

2、程度也就不同。组成岩石的矿物颗粒趟细，它的坚固程度也就不同。组成岩石的矿物颗粒趟细，组织越致密，这种岩石就越坚固，在进行钻孔和爆组织越致密，这种岩石就越坚固，在进行钻孔和爆破时也就越难于破碎。破时也就越难于破碎。第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质 例 如 火 成 岩 中 细 粒 花 岗 岩 的 抗 压 强 度 为例 如 火 成 岩 中 细 粒 花 岗 岩 的 抗 压 强 度 为2.62.610108 8PaPa，而粗粒花岗岩的抗压强度只有，而粗粒花岗岩的抗压强度只有1.21.210108 8PaPa。 对于沉积岩，其坚固性除与矿物的成分、粒度和对于沉积岩，其坚固性除与矿物的成分、粒度和

3、形状有关外，还与胶结物的成分和颗粒间胶结的形状有关外，还与胶结物的成分和颗粒间胶结的强弱有关。强弱有关。 对于变质岩，变质程度越高，坚固性越强。对于变质岩，变质程度越高，坚固性越强。 第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质辩证分析：辩证分析： 岩石的结构越致密，胶绪越牢固，则岩石的坚岩石的结构越致密，胶绪越牢固，则岩石的坚固性越高，对于钻孔和凿岩爆破越困难，而对保护固性越高，对于钻孔和凿岩爆破越困难，而对保护孔壁和坑道维护（支护）工作越有利。孔壁和坑道维护（支护）工作越有利。第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质2 2构造构造 岩石的构造是指岩石在生成时和生成后受动力岩石的构造是指岩石

4、在生成时和生成后受动力地质作用所形成的层理、节理和裂隙等。地质作用所形成的层理、节理和裂隙等。 无论是层理、节理还是裂隙，都是岩石中连结无论是层理、节理还是裂隙，都是岩石中连结的薄弱面。它们的存在一方面大大削弱了岩石的坚的薄弱面。它们的存在一方面大大削弱了岩石的坚固性，在外力作用下，岩石首先会沿着这些薄弱面固性，在外力作用下，岩石首先会沿着这些薄弱面破裂；另一方面又对爆破有害，降低了爆破效果，破裂；另一方面又对爆破有害，降低了爆破效果，特别是炮眼布置不当时，爆炸气体产物容易沿着裂特别是炮眼布置不当时，爆炸气体产物容易沿着裂隙漏掉，岩石得不到充分的破碎，从而产生大块。隙漏掉，岩石得不到充分的破碎

5、，从而产生大块。 第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质3 3松散性松散性 整体岩石被破碎后，自然堆积的体积比整体岩整体岩石被破碎后，自然堆积的体积比整体岩石的体积大，这种特性称为岩石的松散性（又称碎石的体积大，这种特性称为岩石的松散性（又称碎胀性）。胀性）。 松散状态的岩石体积与原岩体积之比称为岩石松散状态的岩石体积与原岩体积之比称为岩石松散系数。松散系数。 在选择装岩运输设备与提升容器时必须考虑岩在选择装岩运输设备与提升容器时必须考虑岩石的松散性。石的松散性。 第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质表表l ll l 岩土的松散系数岩土的松散系数岩土名称岩土名称松散系数松散系数砂、壤

6、土砂、壤土1.101.101.201.20腐殖土腐殖土1.201.201.301.30肥粘土、粗砾石、重壤土肥粘土、粗砾石、重壤土1.241.241.301.30软泥灰岩软泥灰岩1.331.331.371.37粘土质片岩、较软的坚实岩石粘土质片岩、较软的坚实岩石1.351.351.451.45中等坚实岩石中等坚实岩石1.401.401.601.60硬和极硬的坚实岩石硬和极硬的坚实岩石1.451.451.801.80第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质4 4孔隙度孔隙度 单位体积岩石中孔隙的大小，用单位体积岩石单位体积岩石中孔隙的大小，用单位体积岩石中所含孔隙体积的百分比来表示，这个比率称

7、为孔中所含孔隙体积的百分比来表示，这个比率称为孔隙度。隙度。 孔隙度大的岩石，组织结构不紧密，一般易于孔隙度大的岩石，组织结构不紧密，一般易于钻进和爆破，但孔隙度大的岩石，不仅能含水，钻钻进和爆破，但孔隙度大的岩石，不仅能含水，钻孔时冲洗液易漏失，亦能渗透气体，要特别注意在孔时冲洗液易漏失，亦能渗透气体，要特别注意在凿岩爆破时的涌水和瓦斯喷出的可能。凿岩爆破时的涌水和瓦斯喷出的可能。 第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质5 5密度密度 岩石的密度是指不包括孔隙体积在内的单位体岩石的密度是指不包括孔隙体积在内的单位体积岩石的质量。密度大的岩石，钻进和爆破时消耗积岩石的质量。密度大的岩石，钻

8、进和爆破时消耗能量大。能量大。表表l l2 2 几种常见岩石的密度（几种常见岩石的密度（l0l03 3kg/mkg/m3 3 ) )岩石名称岩石名称花岗岩花岗岩砂岩砂岩石灰岩石灰岩密度密度2.562.562.692.69 2.592.592.722.72 2.712.712.882.88第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质6 6安息角安息角 颗粒间缺乏凝聚力的松散性岩石，堆放时能保颗粒间缺乏凝聚力的松散性岩石，堆放时能保持其外形，由于受颗粒自重和，颗粒之间摩擦力的持其外形，由于受颗粒自重和，颗粒之间摩擦力的作用而不坍塌，此时其斜面与水平面所夹之角，称作用而不坍塌，此时其斜面与水平面所夹之

9、角，称为岩石的自然安息角。为岩石的自然安息角。 对颗粒间缺乏凝聚力的岩石（如松散岩块和土对颗粒间缺乏凝聚力的岩石（如松散岩块和土壤）称为安息角；而对颗粒之间具有凝聚力的岩石壤）称为安息角；而对颗粒之间具有凝聚力的岩石（如致密、坚硬的岩石）则称为内摩擦角。（如致密、坚硬的岩石）则称为内摩擦角。第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质岩块及土石名称岩块及土石名称干的干的湿润的湿润的湿的（饱和水）湿的（饱和水）安安息息角角腐殖土腐殖土404035352525壤土壤土404045453535404025253030粘土粘土40404545353515152020粗砂粗砂303035353232404

10、025252727中砂中砂2828303035352525细砂细砂25253030353515152020砾石砾石35354040353525253030无根泥煤无根泥煤404025251515各种碎胀坚实岩石各种碎胀坚实岩石323245453636484830304040第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质二、岩石的水理性质二、岩石的水理性质 岩石的水理性质是指岩石对水的渗透性和岩石岩石的水理性质是指岩石对水的渗透性和岩石浸水后的软化性、抗冻性、可溶性、膨胀性和崩解浸水后的软化性、抗冻性、可溶性、膨胀性和崩解性。性。 岩石的水理性质一般通过室内渗透试验，溶解岩石的水理性质一般通过室内渗

11、透试验，溶解试验和浸水、冻融抗压试验来测定。试验和浸水、冻融抗压试验来测定。第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质 白云岩、石灰岩、石膏、岩盐和硝石等在一定的白云岩、石灰岩、石膏、岩盐和硝石等在一定的水质条件下是可溶的。水质条件下是可溶的。 有些粘土矿物含量高的泥岩和页岩具有膨胀性和有些粘土矿物含量高的泥岩和页岩具有膨胀性和崩解性。崩解性。 第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质三、岩石的力学性质三、岩石的力学性质1 1岩石的强度岩石的强度 岩石强度的定义同固体强度的定义，可理解为岩石强度的定义同固体强度的定义，可理解为抵抗外载整体破坏的能力。据外载的形式不同，可抵抗外载整体破坏的能力

12、。据外载的形式不同，可以有抗拉、抗压、抗弯等几种强度。以有抗拉、抗压、抗弯等几种强度。 岩石强度的大小主要取决于其内聚力和内摩擦岩石强度的大小主要取决于其内聚力和内摩擦力。力。第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质 同样一块岩石其抗拉、抗弯、抗剪和抗压强度的同样一块岩石其抗拉、抗弯、抗剪和抗压强度的大小是不同的，例如岩石的抗拉强度最小，抗弯、大小是不同的，例如岩石的抗拉强度最小，抗弯、抗剪强度次之，而抗压强度最大。抗剪强度次之，而抗压强度最大。 根据有关数据，我们可以得出这样一比例：若岩根据有关数据，我们可以得出这样一比例：若岩石的抗压强度为石的抗

13、压强度为1 1，则其抗剪强度为，则其抗剪强度为1 16 61 11111；抗弯强度为抗弯强度为1 15 51 11212；抗拉强度为；抗拉强度为1 110101 11515。 利用岩石的抗拉与抗弯强度比较弱的特点，采用利用岩石的抗拉与抗弯强度比较弱的特点，采用相应的机械破碎方法是可以得到较好的效果的。相应的机械破碎方法是可以得到较好的效果的。 第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质2岩石的硬度岩石的硬度 岩石的硬度是岩石表面抵抗工具侵入的能力。岩石的硬度是岩石表面抵抗工具侵入的能力。 目前在工程上测定硬度的方法很多，适于岩石目前在工程上测定硬度的方法很多，适于岩石形态变化特点的是以各种不同

14、形状的压模（球体、形态变化特点的是以各种不同形状的压模（球体、圆柱体、圆锥体等）压入岩石的方法。用岩石在破圆柱体、圆锥体等）压入岩石的方法。用岩石在破碎时所加之外力与压模底面积的比值表示，单位为碎时所加之外力与压模底面积的比值表示，单位为MPaMPa。第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质岩石类别岩石类别软软中软中软中硬中硬岩石级别岩石级别1 12 23 34 45 56 6压入硬度压入硬度/MPa/MPa100100100-250100-250250-500250-500500-1000500-10001000-1000-150015001500-20001500-2000岩石类别岩石类

15、别硬硬坚硬坚硬极硬极硬岩石级别岩石级别7 78 89 9101011111212压入硬度压入硬度/MPa/MPa2000-2000-300030003000-3000-400040004000-50004000-50005000-5000-600060006000-6000-7000700070007000第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质3 3岩石的弹塑性及脆性岩石的弹塑性及脆性 弹性、塑性和脆性是物体受外力作用后对变形的弹性、塑性和脆性是物体受外力作用后对变形的不同表现。不同表现。 弹性是固体在卸去所加之负载后恢复原来状态的弹性是固体在卸去所加之负载后恢复原来状态的性能。性能。 当

16、所加之负载卸去后，固体保持其变形的性能称当所加之负载卸去后，固体保持其变形的性能称之为塑性（即变形不能随之消失）。之为塑性（即变形不能随之消失）。 脆性是固体在负载作用下不引起任何残余变形的脆性是固体在负载作用下不引起任何残余变形的性能，也就是岩石的弹性极限与强度极限很接近。性能，也就是岩石的弹性极限与强度极限很接近。 第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质4 4岩石的研磨性岩石的研磨性 在用机械方法破碎岩石的过程中，钻头体上的在用机械方法破碎岩石的过程中，钻头体上的切削具（硬质合金、金刚石、牙轮等）或钻头体本切削具（硬质合金、金刚石、牙轮等）或钻头体本身及其磨料（钻粒）将与岩石产生连续的

17、或间歇的身及其磨料（钻粒）将与岩石产生连续的或间歇的接触和摩擦，有摩擦就有磨损。接触和摩擦，有摩擦就有磨损。 岩石磨损钻进工具的能力，称为岩石的研磨性。岩石磨损钻进工具的能力，称为岩石的研磨性。 第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质 由于目前岩石研磨性测量的方法较多，衡量指由于目前岩石研磨性测量的方法较多，衡量指标也不统一，常以工具的磨耗量来表示。标也不统一，常以工具的磨耗量来表示。 岩石的矿物成分、石英含量、颗粒大小和形状、岩石的矿物成分、石英含量、颗粒大小和形状、胶结状态、岩石与工具摩擦表面的温度、相对速度胶结状态、岩石与工具摩擦表面的温度、相对速度及压力等许多因素都在不同程度上影响

18、着岩石的研及压力等许多因素都在不同程度上影响着岩石的研磨性。磨性。 第一节第一节 岩石的工程性质岩石的工程性质第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质一、结构面一、结构面二、结构体二、结构体三、岩体三、岩体 岩体是地质体的一部分，它位于一定的地质环岩体是地质体的一部分，它位于一定的地质环境之中，是在各种宏观地质界面（断层、节理、破境之中，是在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带、接触带、片理等）分割下形成的具有一定结碎带、接触带、片理等）分割下形成的具有一定结构的地质体。这些地质界面，统称为结构面或不连构的地质体。这些地质界面，统称为结构面或不连续面。被结构面切割成的岩石块体称为结构体。结续

19、面。被结构面切割成的岩石块体称为结构体。结构面和结构体的排列组合方式称为岩体结构。构面和结构体的排列组合方式称为岩体结构。 第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质 由于岩体在其形成和存在的整个地质历史时期由于岩体在其形成和存在的整个地质历史时期中，经受过各种复杂而不均衡的地质作用，这就使中，经受过各种复杂而不均衡的地质作用，这就使其工程性质变得十分复杂，这种复杂性表现在以下其工程性质变得十分复杂，这种复杂性表现在以下几个方面：几个方面：不连续性：由于岩体中存在着各种结构面，因此，不连续性：由于岩体中存在着各种结构面，因此，从岩体总体来看是不连续的介质（大块、完整的岩从岩体总体来看是不连续的

20、介质（大块、完整的岩体可看成连续介质）。岩体的这种不连续性，使岩体可看成连续介质）。岩体的这种不连续性，使岩体力学性质与其他连续介质有很大的差别。体力学性质与其他连续介质有很大的差别。非均质性：指岩体物理力学性质随空间位置不同非均质性：指岩体物理力学性质随空间位置不同有较大的差异。岩体的这一特性，使其试验结果常有较大的差异。岩体的这一特性，使其试验结果常具有较大的离散性。具有较大的离散性。第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质各向异性：指岩体性质随岩体结构面的取向而有各向异性：指岩体性质随岩体结构面的取向而有差异的性质。这是由于岩体中结构面的分布往往有差异的性质。这是由于岩体中结构面的分布

21、往往有一定的方向。因此工程力与结构面的方位之间的关一定的方向。因此工程力与结构面的方位之间的关系，对岩体性质右很大影响。系，对岩体性质右很大影响。岩体中存在着天然应力场。岩体中存在着天然应力场。岩体赋于一定地质环境之中，岩体中的水、温度、岩体赋于一定地质环境之中，岩体中的水、温度、应力场对岩体性质有较大的影响。应力场对岩体性质有较大的影响。 岩体强度就是指岩体结构的强度，它是包含有岩体强度就是指岩体结构的强度，它是包含有结构体强度和结构面强度的一个综合指标。岩体变结构体强度和结构面强度的一个综合指标。岩体变形是岩块（结构体）、结构面及充填物变形的总和。形是岩块（结构体）、结构面及充填物变形的总

22、和。通常情况下，后两者的变形起控制作用。通常情况下，后两者的变形起控制作用。第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质一、结构面一、结构面 同结构体相比，结构面的力学强度一般较低，同结构体相比，结构面的力学强度一般较低，强度较低的结构面称为软弱结构面。强度较低的结构面称为软弱结构面。 结构面按成因分为原生结构面、构造结构面和结构面按成因分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三类。次生结构面三类。原生结构面包括沉积岩层面、沉积岩间断面、火成原生结构面包括沉积岩层面、沉积岩间断面、火成岩接触面、火成岩原生节理面、变质岩片理面；岩接触面、火成岩原生节理面、变质岩片理面；构造结构面包括断层面、构造节理

23、面和劈理面；构造结构面包括断层面、构造节理面和劈理面；次生结构面包括风化裂隙面和卸荷裂隙面。次生结构面包括风化裂隙面和卸荷裂隙面。 第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质表表1-6 1-6 结构面按规模的分级结构面按规模的分级级级别别规规 模模类类 别别延伸数千米到数十千米，贯通岩延伸数千米到数十千米，贯通岩体；宽数米到数十米体；宽数米到数十米较大的断层较大的断层延伸规模同所研究的岩体的规模延伸规模同所研究的岩体的规模相当，宽数厘米到数米相当，宽数厘米到数米小断层、层间错动面小断层、层间错动面延伸范围较小，十几米到几十米，延伸范围较小，十几米到几十

24、米，结构面内有泥膜或不夹泥结构面内有泥膜或不夹泥大节理、不夹泥的小断大节理、不夹泥的小断层、开裂的层面层、开裂的层面延伸范围小，岩体结构面未错动，延伸范围小，岩体结构面未错动，结构面内不夹泥结构面内不夹泥节理、劈理、层面，次节理、劈理、层面，次生裂隙生裂隙结构面很小，连续性差结构面很小，连续性差不连续的小节理、隐节不连续的小节理、隐节理、层面、片理理、层面、片理结构面的形态特征：结构面的形态特征：结构面的闭合状况（按结构面张开宽度分）：结构面的闭合状况（按结构面张开宽度分）：紧密闭合的，紧密闭合的， ；闭合的，闭合的， ；中等张开的，中等张开的， ；张开的，张开的， 。 第二节第二节 岩体的工

25、程性质岩体的工程性质mmb1 . 0mmb0 . 11 . 0mmb0 . 50 . 1mmb0 . 5结构面的胶结状况：结构面的胶结状况： 结构面中的胶结物有泥质的、钙质的、铁质的、结构面中的胶结物有泥质的、钙质的、铁质的、硅质的以及含可溶盐类矿物的。硅质的以及含可溶盐类矿物的。结构面中充填物的厚度：结构面中充填物的厚度： 分为薄膜，厚度小于分为薄膜，厚度小于2 mm2 mm；夹泥，厚、度小于；夹泥，厚、度小于结构面的起伏差；夹层，厚度略大于结构面的起伏结构面的起伏差；夹层，厚度略大于结构面的起伏差；厚层，厚度为几十厘米至几米。差；厚层，厚度为几十厘米至几米。第二节第二节 岩体的工程性质岩体

26、的工程性质结构面的粗糙程度和起伏状况：结构面的粗糙程度和起伏状况：结构面按粗糙程度可分为粗糙的、平滑的和镜面状结构面按粗糙程度可分为粗糙的、平滑的和镜面状的。结构面按起伏形态可分为平直的、台状的、波的。结构面按起伏形态可分为平直的、台状的、波状的和锯齿状的。结构面的起伏差指其凸起和凹陷状的和锯齿状的。结构面的起伏差指其凸起和凹陷的幅度，起伏角指凸起（或凹陷）斜面与结构面的的幅度，起伏角指凸起（或凹陷）斜面与结构面的平均倾斜面的交角。平均倾斜面的交角。结构面的贯通状况：结构面的贯通状况：对于所研究的岩体来说，完全分割整个岩体的结构对于所研究的岩体来说，完全分割整个岩体的结构面是贯通性的，否则为非

27、贯通性的。面是贯通性的，否则为非贯通性的。 第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质 结构面的分布特征包括所研究的岩体中结构面的结构面的分布特征包括所研究的岩体中结构面的组数、分布间距和产状。组数、分布间距和产状。 岩体中张开的结构面，常是地下水的渗流通道和岩体中张开的结构面，常是地下水的渗流通道和储积场所；被不透水或弱透水物质充填或胶结的结构储积场所；被不透水或弱透水物质充填或胶结的结构面，常是地下水渗流的阻隔面。面，常是地下水渗流的阻隔面。 当结构面中充填物质的渗透性高于其两侧岩块的当结构面中充填物质的渗透性高于其两侧岩块的渗透性时，结构面的水力传导系数就相当于充填物质渗透性时，结构面的

28、水力传导系数就相当于充填物质的渗透系数。的渗透系数。 第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质 结构面的渗透性指标，可以通过室内渗透试验结构面的渗透性指标，可以通过室内渗透试验和原位注水、压水和抽水试验来测定。和原位注水、压水和抽水试验来测定。 一般以结构面的抗剪强度和抗摩擦强度作为结一般以结构面的抗剪强度和抗摩擦强度作为结构面的力学指标。结构面的抗剪强度受到多种因素构面的力学指标。结构面的抗剪强度受到多种因素的影响，诸如结构面的张开程度、胶结物性质、充的影响，诸如结构面的张开程度、胶结物性质、充填状况、起伏形态、贯通性状以及裂隙中的水压力填状况、起伏形态、贯通性状以及裂隙中的水压力等因素都

29、不同程度地影响结构面的抗剪强度。等因素都不同程度地影响结构面的抗剪强度。第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质结构面的抗剪强度，可按下式计算：结构面的抗剪强度，可按下式计算：式中式中 结构面的抗剪强度，结构面的抗剪强度，kPakPa； 结构面的内聚力，结构面的内聚力，kPakPa； 作用在结构面上的正应力，作用在结构面上的正应力，kPakPa； 结构面的内摩擦角，结构面的内摩擦角，( () )。第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质tan cc第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质表表17 17 结构面抗剪强度参数结构面抗剪强度参数 结构面类型结构面类型内摩擦角内摩擦角内聚力内聚力

30、泥泥 化化 面面101020200 00.50.5光光 滑滑 面面303040400.50.51.01.0粗粗 糙糙 面面404048480.80.83.03.0层面层面粘土岩层面粘土岩层面 泥灰岩层泥灰岩层 凝灰岩层面凝灰岩层面 页岩层面页岩层面202030300.50.51.01.0砂岩层面砂岩层面 灰岩层面灰岩层面303040400.50.51.01.0片理面片理面滑石片岩片理面滑石片岩片理面 云母片岩片理面云母片岩片理面101020200 00.50.5一般片岩片理面一般片岩片理面202030300.50.51.01.0 结构面的凸凹起伏，增大了其抗剪强度，具有结构面的凸凹起伏，增大了

31、其抗剪强度，具有一定起伏度的结构面的摩擦因数可用下式计算：一定起伏度的结构面的摩擦因数可用下式计算： 式中式中 -凸凹起伏的结构面的内摩擦角；凸凹起伏的结构面的内摩擦角； -平直结构面的内摩擦角；平直结构面的内摩擦角； -结构面的起伏角。结构面的起伏角。 当结构面中软弱夹层的厚度大于起伏差时，结当结构面中软弱夹层的厚度大于起伏差时，结构面的抗剪强度相当于软弱夹层的抗剪强度，此时构面的抗剪强度相当于软弱夹层的抗剪强度，此时结构面起伏差对其抗剪强度的影响很小。结构面起伏差对其抗剪强度的影响很小。第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质itantan11i 裂隙中的水压力降低了结构面的有效正应力，

32、裂隙中的水压力降低了结构面的有效正应力，因而降低了结构面的抗剪强度。充水的结构面的抗因而降低了结构面的抗剪强度。充水的结构面的抗剪强度，可按下式计算：剪强度，可按下式计算： 式中式中u-u-结构面的水压力，结构面的水压力，kPakPa。 结构面在法向应力作用下，可使张开的结构面结构面在法向应力作用下，可使张开的结构面闭合，或使充填于结构面中的物质压密，从而发生闭合，或使充填于结构面中的物质压密，从而发生结构面的压缩变形。结构面的压缩变形。 第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质tanuc二、结构体二、结构体 岩体受结构面切割而造成的结构体是多种多样岩体受结构面切割而造成的结构体是多种多样的

33、，但其基本形式为棱体、楔形体、柱体、块体、的，但其基本形式为棱体、楔形体、柱体、块体、锥体等五种。此外，由于岩体的变形及破碎的结果锥体等五种。此外，由于岩体的变形及破碎的结果可以形成片状、碎块状、鳞片状、碎屑状等结构体可以形成片状、碎块状、鳞片状、碎屑状等结构体形式。形式。 结构体规模的变化很大，有的是粒径仅数毫米结构体规模的变化很大，有的是粒径仅数毫米的岩屑，有的则是块径达数十米的巨大岩块。结构的岩屑，有的则是块径达数十米的巨大岩块。结构体的工程性质（物理性质、承理性质和力学性质）体的工程性质（物理性质、承理性质和力学性质）以组成结构体的岩石的工程性质来表示。以组成结构体的岩石的工程性质来表

34、示。 第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质三、岩体三、岩体 岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩石单元体和结构面组成的，具有一定的结构并赋存于一定的体和结构面组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。 由于结构面的存在，岩体的强度既不同于岩石的由于结构面的存在，岩体的强度既不同于岩石的强度，也不同于结构面的强度，一般情况下，其强度强度，也不同于结构面的强度，一般情况下，其强度介于岩石与结构面强度之间。因而对于设置在岩体上介于岩石

35、与结构面强度之间。因而对于设置在岩体上或岩体中的各种工程所关心的岩体稳定性问题来说，或岩体中的各种工程所关心的岩体稳定性问题来说，起决定作用的是岩体强度，而不是岩石强度。起决定作用的是岩体强度，而不是岩石强度。 第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质 岩体结构是由结构面的发育程度及组合关系，岩体结构是由结构面的发育程度及组合关系，或是结构体的规模及排列形式决定的。岩体结构类或是结构体的规模及排列形式决定的。岩体结构类型的划分反映出岩体的不连续性和不均一性特征。型的划分反映出岩体的不连续性和不均一性特征。第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质类型类型特特 征征亚亚 类类完整结构完整结构岩

36、体完整或仅有稀疏分布的岩体完整或仅有稀疏分布的、级结构面级结构面无裂隙的（愈合型）、无裂隙的（愈合型）、有裂隙的有裂隙的块裂结构块裂结构I I、级结构面将岩石分割为巨级结构面将岩石分割为巨大块体大块体完整块裂、破碎块裂完整块裂、破碎块裂碎裂结构碎裂结构数组数组、级结构面将岩石分级结构面将岩石分割为碎块体割为碎块体块状碎裂、层状碎裂、块状碎裂、层状碎裂、镶嵌碎裂镶嵌碎裂散体结构散体结构多种结构面密集分布，将岩石多种结构面密集分布，将岩石分割为碎屑、碎片分割为碎屑、碎片块状散体、糜棱化散块状散体、糜棱化散体体 岩体的物理性质是组成岩体的结构面和结构体在岩体的物理性质是组成岩体的结构面和结构体在质量

37、、孔隙性、吸水性等方面的综合特征。因此，研质量、孔隙性、吸水性等方面的综合特征。因此，研究岩体的物理性质，先要分别研究结构面和结构体的究岩体的物理性质，先要分别研究结构面和结构体的物理性质，然后再综合评价岩体的物理性质。物理性质，然后再综合评价岩体的物理性质。 岩体的水理性质是岩体在水溶液作用下表现出来岩体的水理性质是岩体在水溶液作用下表现出来的性质，是组成岩体的结构面和结构体的渗透性、浸的性质，是组成岩体的结构面和结构体的渗透性、浸水软化性、可溶性、胀缩性和崩解性等方面的综合特水软化性、可溶性、胀缩性和崩解性等方面的综合特征。对于结构体为致密坚硬岩石的岩体，结构面的水征。对于结构体为致密坚硬

38、岩石的岩体，结构面的水理性质对整个岩体的水理性质具有决定作用，特别是理性质对整个岩体的水理性质具有决定作用，特别是岩体的渗透性，主要取决于结构面的渗透性。岩体的岩体的渗透性，主要取决于结构面的渗透性。岩体的渗透性指标，一般通过原位注水、压水和抽水试验来渗透性指标，一般通过原位注水、压水和抽水试验来测定。测定。第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质 不同结构类型的岩体具有不同的水文地质特征，不同结构类型的岩体具有不同的水文地质特征，以岩体结构为基础，岩体的水文地质结构分为七种以岩体结构为基础，岩体的水文地质结构分为七种类型。类型。第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质岩体结构岩体结构含水

39、体的岩性及其地质特征含水体的岩性及其地质特征岩体的水文地质结构类型岩体的水文地质结构类型完整结构完整结构致密完整岩石致密完整岩石不透水体不透水体碎裂结构碎裂结构含水体基本连续分布含水体基本连续分布碎裂统一含水体碎裂统一含水体含水体夹在相对隔水岩石之间含水体夹在相对隔水岩石之间层状碎裂含水体层状碎裂含水体块裂结构块裂结构含水体为充填于结构面中透水性强的含水体为充填于结构面中透水性强的物质物质脉状裂隙含水体脉状裂隙含水体散体结构散体结构含水体为疏松的岩体含水体为疏松的岩体孔隙统一含水体孔隙统一含水体含水体为夹在致密岩中的疏松岩体含水体为夹在致密岩中的疏松岩体层状孔隙含水体层状孔隙含水体空洞结构空洞

40、结构含水体为喀斯特化岩体含水体为喀斯特化岩体管状含水体管状含水体岩体的力学性质，主要由四个基本因素所决定：岩体的力学性质，主要由四个基本因素所决定：结构面的力学性质；结构面的力学性质；结构体的力学性质；结构体的力学性质；岩体结构的力学效应，即结构面的发育组合情况对岩体结构的力学效应，即结构面的发育组合情况对岩体强度和变形的影响；岩体强度和变形的影响；岩体的环境因素，特别是岩体中的地应为和地下水岩体的环境因素，特别是岩体中的地应为和地下水的情况。的情况。 不同的岩体力学介质，其变形和破坏机制也有不同的岩体力学介质，其变形和破坏机制也有所差异。所差异。第二节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质第二

41、节第二节 岩体的工程性质岩体的工程性质第三节第三节 土的工程性质土的工程性质一、土的分类一、土的分类二、土的物理性质二、土的物理性质三、土的水理性质三、土的水理性质四、土的力学性质四、土的力学性质 土是由固体（矿物、岩石碎屑）、水和气体组成土是由固体（矿物、岩石碎屑）、水和气体组成的质地较松散（同岩石相比较而言）的三相地质集合的质地较松散（同岩石相比较而言）的三相地质集合体。固体颗粒、水和气体之间的此例关系随着周围条体。固体颗粒、水和气体之间的此例关系随着周围条件的变化而变化。固体颗粒的大小、成分及三相之间件的变化而变化。固体颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系，反映出土的不同性质，如干湿、松

42、密、的比例关系，反映出土的不同性质，如干湿、松密、轻重、软硬等等。它们对评价土的工程性质，进行土轻重、软硬等等。它们对评价土的工程性质，进行土的工程分类具有重要意义。的工程分类具有重要意义。 第三节第三节 土的工程性质土的工程性质一、土的分类一、土的分类(1)(1)一般性分类。包括工程中常遇到的各类土，考虑土一般性分类。包括工程中常遇到的各类土，考虑土的主要工程地质特性进行划分。的主要工程地质特性进行划分。(2)(2)局部性分类。根据土的某些指标对土进行分类。例局部性分类。根据土的某些指标对土进行分类。例如，按土的成因、有机质含量、颗粒级配和塑性指数如，按土的成因、有机质含量、颗粒级配和塑性指

43、数对土进行分类。对土进行分类。(3)(3)专门性分类。根据某些工程部门的具体需要而进行专门性分类。根据某些工程部门的具体需要而进行的分类。它密切结合工程类型，直接为工程设计施工的分类。它密切结合工程类型，直接为工程设计施工服务。服务。第三节第三节 土的工程性质土的工程性质第三节第三节 土的工程性质土的工程性质第三节第三节 土的工程性质土的工程性质 有一些土具有某些特殊工程性质，通常称这类土有一些土具有某些特殊工程性质，通常称这类土为特殊土。为特殊土。 二、土的物理性质二、土的物理性质 土的物理性质指土体的成分、结构、可塑性和击土的物理性质指土体的成分、结构、可塑性和击实性等方面的特征。实性等方

44、面的特征。 土的物理性质指标一般可以通过室内试验来测定，土的物理性质指标一般可以通过室内试验来测定，也可以通过原位的标准贯入、动力触探、静力触探等也可以通过原位的标准贯入、动力触探、静力触探等试验，按土的原位试验结果和物理性质指标之间的经试验，按土的原位试验结果和物理性质指标之间的经验关系来间接推算。验关系来间接推算。第三节第三节 土的工程性质土的工程性质三、土的水理性质三、土的水理性质 土的水理性质指土的渗透性、吸水或失水的胀缩土的水理性质指土的渗透性、吸水或失水的胀缩性、浸水时的软化性和在水中的可溶性等方面的特征。性、浸水时的软化性和在水中的可溶性等方面的特征。 土的渗透性同土的颗粒级配、

45、密实程度以及被封土的渗透性同土的颗粒级配、密实程度以及被封闭的气体含量有关，土颗粒的有效粒径越大，孔隙比闭的气体含量有关，土颗粒的有效粒径越大，孔隙比越大。被封闭的气体量越小，透系数越大。越大。被封闭的气体量越小，透系数越大。 渗透水流在碎石土、砂土和粉土中多呈层流状态，渗透水流在碎石土、砂土和粉土中多呈层流状态，其运动速度服从达西定律。渗流在粘性土中因受薄膜其运动速度服从达西定律。渗流在粘性土中因受薄膜水的阻滞，其运动速度常偏离达西定律。水的阻滞，其运动速度常偏离达西定律。 第三节第三节 土的工程性质土的工程性质 在土中渗流的运动水压力称为渗透力。在土中渗流的运动水压力称为渗透力。 当向上方

46、向的渗透力等于或大于土的浮重度时，当向上方向的渗透力等于或大于土的浮重度时，土体可能发生渗透变形。土的渗透变形有流砂和管涌土体可能发生渗透变形。土的渗透变形有流砂和管涌两种形式，土的颗粒级配与渗透变形是否发生及其出两种形式，土的颗粒级配与渗透变形是否发生及其出现形式有着密切的关系。现形式有着密切的关系。 有些粘性土含有较多的强亲水性矿物，具有吸水有些粘性土含有较多的强亲水性矿物，具有吸水膨胀、失水收缩的特性。膨胀、失水收缩的特性。 含粉土和粘土颗粒较多的土，一般具有较大的浸含粉土和粘土颗粒较多的土，一般具有较大的浸水软化性。含可溶盐的土，具有可溶性。水软化性。含可溶盐的土，具有可溶性。 第三节

47、第三节 土的工程性质土的工程性质 土的渗透系数可通过室内渗透试验和原位注水、土的渗透系数可通过室内渗透试验和原位注水、抽水试验来测定；土的渗透变形判别指标可通过渗透抽水试验来测定；土的渗透变形判别指标可通过渗透变形试验来测定；土的胀缩性、软化性、可溶性可通变形试验来测定；土的胀缩性、软化性、可溶性可通过室内试验来测定。过室内试验来测定。四、土的力学性质四、土的力学性质 土的力学性质指土在力的作用下变形和破坏特征。土的力学性质指土在力的作用下变形和破坏特征。 第三节第三节 土的工程性质土的工程性质第四节第四节 岩石的可钻性岩石的可钻性一、岩石可钻性定义和岩石可钻性指标一、岩石可钻性定义和岩石可钻

48、性指标二、岩石可钻性的测定方法及其分级二、岩石可钻性的测定方法及其分级一、岩石可钻性定义和岩石可钻性指标一、岩石可钻性定义和岩石可钻性指标 岩石可钻性可理解为钻进过程中岩石抵抗破碎的岩石可钻性可理解为钻进过程中岩石抵抗破碎的强度。它表示岩石破碎的难易性。强度。它表示岩石破碎的难易性。 岩石的可钻性，是岩石的各种物理机械性质在钻岩石的可钻性，是岩石的各种物理机械性质在钻进过程中的综合表观，它不仅与岩石的成分、颗粒度、进过程中的综合表观，它不仅与岩石的成分、颗粒度、颗粒间的联系方式、岩石的结构和构造等自然因素有颗粒间的联系方式、岩石的结构和构造等自然因素有关，而且还与钻进方法、钻头质量、钻进规程等

49、工艺关，而且还与钻进方法、钻头质量、钻进规程等工艺技术因素有着密切的相互联系。技术因素有着密切的相互联系。第四节第四节 岩石的可钻性岩石的可钻性二、岩石可钻性的测定方法及其分级二、岩石可钻性的测定方法及其分级 划定岩石可钻性对促进钻探生产是有很大的实际划定岩石可钻性对促进钻探生产是有很大的实际意义的。因为，在钻探生产中，不但要根据岩石可钻意义的。因为，在钻探生产中，不但要根据岩石可钻性等级来选择钻进方法和钻头，制定钻进规程和技术性等级来选择钻进方法和钻头，制定钻进规程和技术措施，而且还要根据岩石可钻进等级来编制计划，以措施，而且还要根据岩石可钻进等级来编制计划，以优质、高产、安全、低耗地实施钻

50、探生产。优质、高产、安全、低耗地实施钻探生产。 第四节第四节 岩石的可钻性岩石的可钻性1.1.岩石可钻性按机械钻速分级（即按实钻法分级）岩石可钻性按机械钻速分级（即按实钻法分级） 由于影响岩石可钻性的因素多而复杂，加之岩石由于影响岩石可钻性的因素多而复杂，加之岩石可钻性指标的实用性要求（制定生产定额选择钻进方可钻性指标的实用性要求（制定生产定额选择钻进方法与工具等），有些学者提出：法与工具等），有些学者提出：“确定岩石可钻性的确定岩石可钻性的惟一可靠的办法是采用实际钻进试验惟一可靠的办法是采用实际钻进试验”，“生产过程生产过程的机械就是理想的用作鉴定过程自身的仪器的机械就是理想的用作鉴定过程自

51、身的仪器”。 这种方法是在规定的设备工具和技术规范条件下，这种方法是在规定的设备工具和技术规范条件下，在现场进行实钻，以所得的纯钻进速度作为岩石可钻在现场进行实钻，以所得的纯钻进速度作为岩石可钻性分级指标。同时考虑到由于岩石的研磨性造成的钻性分级指标。同时考虑到由于岩石的研磨性造成的钻进速度逐渐降低，回次钻进长度缩短，故在分级指标进速度逐渐降低，回次钻进长度缩短，故在分级指标中一并列入回次长度值作为辅助指标。中一并列入回次长度值作为辅助指标。 第四节第四节 岩石的可钻性岩石的可钻性第四节第四节 岩石的可钻性岩石的可钻性岩石可钻性按机械钻速分级方法的主要缺点是：岩石可钻性按机械钻速分级方法的主要

52、缺点是： 随着技术条件（设备、钻进方法与工具等）和技术随着技术条件（设备、钻进方法与工具等）和技术水平（钻进规程参数的最佳配合、冲洗介质性能及工水平（钻进规程参数的最佳配合、冲洗介质性能及工人操作水平等）的改变，各类岩石的实钻指标（可钻人操作水平等）的改变，各类岩石的实钻指标（可钻性等级）的绝对值和相对关系都会发生变化。性等级）的绝对值和相对关系都会发生变化。各地各矿区的岩面都存在着差异，要找到在同深度各地各矿区的岩面都存在着差异，要找到在同深度并且其他条件相同的测试条件是较难实现的，因而影并且其他条件相同的测试条件是较难实现的，因而影响其测试的科学性。响其测试的科学性。要组织较大的测试队伍到

53、各地各矿去测试，因而该要组织较大的测试队伍到各地各矿去测试，因而该测试方法费力费时。测试方法费力费时。第四节第四节 岩石的可钻性岩石的可钻性2.2.摆球硬度分级法摆球硬度分级法 由国土资源部勘察技术研由国土资源部勘察技术研究院研制。究院研制。 摆动的钢球在冲击岩石过摆动的钢球在冲击岩石过程中，由于能量的转换与消耗，程中，由于能量的转换与消耗，要回弹一定的次数，每次的回要回弹一定的次数，每次的回弹角逐渐减小，直至为零。以弹角逐渐减小，直至为零。以回弹次数表征岩石的动载硬度。回弹次数表征岩石的动载硬度。第四节第四节 岩石的可钻性岩石的可钻性 测试岩样的岩心直径以测试岩样的岩心直径以56 mm56

54、mm的金刚石钻头采取的的金刚石钻头采取的岩心为标准岩心为标准( (直径直径40 mm)40 mm)，岩心长度不能低于，岩心长度不能低于50 mm50 mm，要求岩心两端面抛光。要求岩心两端面抛光。 当测试岩样的直径大于或小于当测试岩样的直径大于或小于40 mm40 mm时，则测试出时，则测试出来的值必须换算为标准岩样的数值，才能查表定级。来的值必须换算为标准岩样的数值，才能查表定级。 第四节第四节 岩石的可钻性岩石的可钻性3.3.压入硬度分级法压入硬度分级法 此方法为勘探技术研究所此方法为勘探技术研究所研制。采用研制。采用WYY-1WYY-1型压入硬度型压入硬度仪在端面面积为仪在端面面积为(1(10.2)mm0.2)mm2 2的标准面积硬质合金锥压头，的标准面积硬质合金锥压头，平稳均匀地施加压力平稳均匀地施加压力p p，当压，当压头下头下AOBAOB锥形体岩石发生破碎，锥形体岩石发生破碎，压头突然发生吃入、压力表指压头突然发生吃入、压力表指针突然回跳时，停止加压