岩石与岩体第四讲

1、岩石与岩体的工程地质性质,主要内容： 1. 岩石与岩体 2.岩石的物理力学性质 3.岩体的工程性质,一、基本概念 岩石：是在一定的地质条件下，由一种或几种矿物自然组合而成的矿物集合体。 岩体：是工程影响范围内的地质体，它包括结构面和结构体。 岩体的工程性质决定于结构面的性质及其分布，同时决定于岩石本身的力学性质。,二、岩石的主要物理力学性质 （一）物理性质 1. 岩石的密度或容重： 岩石的单位体积的质量，称为密度。 决定因素：矿物的密度、孔隙特性和含水率 特例：干密度：岩石孔隙中不含水的密度。 饱和密度：岩石中孔隙全部被水填充的密度,2 岩石的相对密度 岩石的相对密度：固体岩石的质量与同体积的

2、4水的质量的比值。在数值上，等于固体岩石的单位体积的质量。其为无因次的量。 决定因素：组成矿物的比重，及其在岩石中的相对含量。 岩石的重量可以引起自重产生的工程问题。常见：滑坡，崩塌等。,3 孔隙性 反映岩石中各种孔隙的发育程度，对岩石的强度和稳定性有影响，一般用孔隙率表示。 孔隙率n：等于岩石中孔隙的总体积与岩石总体积之比。（百分数表示） 决定因素：受结构、构造的影响，决定于构造运动和风化的情况。 决定工程的稳定性,4 吸水性 反映一定条件下岩石的吸水能力。一般用吸水率表示。 吸水率WB ：通常大气压下的吸水能力，数值上等于岩石的吸水重量与同体积干燥岩石重量的比。 （百分数表示） 决定因素：

3、岩石的孔隙的大小、张开的程度。 水对于岩石的浸蚀、软化作用，会使得岩石的强度下降、稳定性下降。,岩石的水理性质 指岩石与水作用时表现出来的性质。 1 透水性： 岩石允许水通过的能力，指标：渗透系数；决定因素：孔隙的大小，连通情况，反映孔隙的情况及岩石融解及潜蚀提供条件，破坏岩石的完整性。 2 溶解性： 岩石溶解于水的能力，指标：溶解度，溶解速率。影响因素：可溶岩（成分）、孔隙、流动的水,3软化性 岩石吸水后，其强度和稳定性发生变化的性质。一般用软化系数表示。 软化系数：等于岩石在饱和状态下的极限抗压强度与在风干状态下极限抗压强度的比。用小数表示。 易软化的岩类：泥岩、片理状岩石、泥质胶结碎屑岩

4、、强风化岩 结果：岩石的强度和稳定性降低，产生滑坡、泥石流。,4 抗冻性 岩石抵抗冻胀压力作用的能力。一般用强度降低率来表示。 决定因素：岩石的成分、结构。构造，孔隙情况，含水、气温 结果：岩石破裂，强度稳定性显著降低。,（二）岩石的力学性质 强度指标 岩石的破坏种类：压碎、拉断和剪断 抗压强度：岩石在单向压力的作用下，抵抗压碎破坏的能力。 抗拉强度：岩石单向拉伸，抵抗抗拉破坏的能力。 抗剪强度：岩石抵抗剪切破坏的能力。抗剪断强度、抗剪强度、抗切强度 抗剪断强度：指在垂直压力作用下的岩石剪断强度 抗剪强度远远低于抗剪断强度。 抗切强度：压应力等于零时的抗剪断强度。,岩石的抗压强度最高，抗剪强度

5、居中，抗拉强度最小。 抗剪强度约为抗压强度的1040； 抗拉强度仅为抗压强度的216。 岩石越坚硬，其值相差越大。 抗压和抗剪强度是评价岩石（岩体）稳定性的指标。,岩石的变形指标 弹性模量、变形模量和泊松比 弹性模量：应力与弹性应变的比值成为岩石的弹性模量。 变形模量：应力与总应变的比值，称岩石变形模量。 泊松比：岩石在轴向压力的作用下的横向应变和纵向应变的比值，成为泊松比。,（三）影响岩石工程性质的因素 岩石的工程性质时在一定环境条件下的产物，随条件的变化而变化，这种变化受岩石本身特征（成分、结构、构造）的影响和控制，也随外部条件水、风化作用的影响。 内因 1 矿物成分 决定其比重（大比重的

6、矿物其岩石比重也越大）；抗风化性能（岩浆岩和变质岩中先形成的矿物易风化）；强度（硬质矿物含量越高其强度越高）；溶解性（随胶结物或胶结类型而变化）；特殊矿物：低硬度、节理发育，易风化（黑云母）,2.结构 岩石按结构分类： 结晶结构： 特性：一般致密、容重大、遇水不宜软化 颗粒越细、越均匀、玻璃质越少、强度越高。 胶结结构： 沉积岩的碎屑岩类 特性：取决于胶结物成分或胶结形式 强度上的一般规律： 结构：结晶联结胶结物联结 胶结物： 硅质胶结铁质胶结钙质胶结泥质胶结 胶结方式： 接触胶结孔隙胶结基底胶结,3. 构造：矿物在岩石中分布的不均匀性、岩石结构的不连续性。,外因 4. 水：对裂隙壁产生静水压

7、力，扩展裂隙 ；改变有效应力，强度降低；软化岩石、强度降低、稳定性降低。 5. 风化：是在温度、水、气体及生物等因素作用下，岩石的状态、性质发生改变的物理化学过程。 6.温度：温度是影响风化的一个重要因素，温度升高，可以使岩石由脆变塑，变形增大。,三、岩体的工程地质性质 主要内容包括两部分内容： 岩体结构分析 岩体的工程地质性质 （一）、岩体结构分析 岩体可以简单的理解为： 岩体 = 结构面 + 结构体 1. 结构面 结构面：存在于岩体中的各种地质界面。,结构面类型： 原生结构面：成岩时形成 沉积结构面：层面、层理、夹层等 火成结构面：原生节理、流纹面、接触面等等 变质结构面：片麻理、片理等等

8、 构造结构面：构造应力作用下形成 断裂面 破裂构造面 错动面 构造软弱带 破碎带 次生结构面：风化作用形成 风化裂隙 泥化夹层 可塑粘土带,结构面特征 1. 规模：大小不一，对工程影响不一 2. 形态；平整度、光滑度 平直的 起伏的 锯齿状的 3. 密集程度 4. 连通性 5. 张开度、充填情况 闭合的 微张的- 张开的 宽张的 决定于粗糙度-决定于充填物,结构体 结构体：被结构面切割成的块体。 形状：柱状、块状、板状、楔状、锥状等等 原因：与岩层的产状有关。 大小：用体积裂隙数表示Jv，指岩体单位体积通过的总裂隙数。裂隙数/m3 Jv =1/S1+1/S2+1/S3+ +1/Sn=1/Si

9、Si ：岩体内第i组结构面的间距 1/Si：该组结构面的裂隙数,结构体 块度（大小）分类,岩体结构特征 岩体结构：是指岩体中结构面与结构体的组合方式。 基本类型：整体块状结构 层状结构 碎裂结构 散体结构 风化岩体结构特征： 风化程度随深度变化不一。,（二）岩体的工程地质特性 首先取决于岩体的结构类型与特征，其次才是组成岩体的岩石的性质。 其意义在于结构面的特征决定岩体的性质。 不同结构类型岩体的工程地质性质：,整体块状结构： 强度高 各向同性 抗风化能力强 层状结构岩体： 强度较高 各向异性 层间滑动 碎裂结构岩体： 完整性差 强度低 散体结构岩体： 碎石土类 各向同性 强度最差,1.下列几

10、种结构面中( )不属于原生结构面。A.沉积结构面 B.火成结构面 C.变质结构面 D.层间错动面 2.下面各种结构面中( )属于构造结构面A.断层面 B.层理面 C.片理面 D.流层 3.( )面属于次生结构面A.沉积间断面 B.劈理 C.板理 D.风化裂隙 4.属于沉积岩结构面的是( )A.片麻理 B.假整合面 C.卸荷裂隙 D.褶皱轴面,5.沉积岩中的沉积间断面属于( )。A.原生结构面 B.构造结构面 C.次生结构面 D.层间错动面 6.完全张开的结构面中的常见的充填物质成份中的( )抗剪强度比较高。A.粘土质 B.砂质 C.钙质 D.石膏质7 .赤平极射所使用的投影网是( )A.极点投影网 B.某面积投影网 C.吴