岩石的基本物理力学质

1、2020年7月13日，岩体力学中岩石的基本物理力学性质，2020年7月13日，基本内容，2020年7月13日，1.1岩石的物理性质与土壤一样，由三个相组成：固体、液体和气体。定义：物理性质是指由于三个相的相对比例不同，岩石的物理状态。1.岩石密度2。岩石孔隙度，2020/7/13。1.岩石密度1。颗粒密度s=ms/vs 2，块密度()=m/v注：(1)s与(s)之差(2)s单位与(g/cm3 kn/)-乘积法)，2020年7月13日，密度()和重力():每单位体积的岩石质量称为岩石密度。每单位体积的岩石重力称为岩石重力。单位体积是包括孔隙体积在内的体积。(g/cm3)、g(kn /m3)岩石密

2、度可分为自然密度、干密度和饱和密度。因此，岩石重力可分为自然重力、干重力和饱和重力。2020/7/13，1。自然密度()和自然重量()是指自然状态下岩石的密度和重量。(g/cm3)，(kn /m3)，其中：w天然状态下的岩样质量(g；岩石样品的体积(cm3)；重力加速度。2020/7/13，干密度指岩石孔隙中的所有液体蒸发后每单位体积的岩石质量，相应的重力为干重力。2.干密度(d)和干重(d)，(g/cm3)，(kn /m3)，其中：干燥后ws岩样质量(g)；岩石样品的体积(cm3)；重力加速度。2020/7/13，3，饱和密度()和饱和重量(w)。饱和密度是岩石试样在饱和状态下的密度。其中：

3、饱和状态下岩石试样的湿重(g)；岩石样品的体积(cm3)；重力加速度。(g/cm3)，(kn /m3)，2020/7/13，第二，比重()，岩石比重是指岩石固体质量与相同体积的水质量之比。岩石的固体体积是指不包括孔隙体积的体积。岩石的比重可在实验室测量，其计算公式为：其中：岩石的比重；ws干岩石质量(g)；岩石固体体积(cm3)；水在40c温度下的密度，2020/7/13，iii。岩石孔隙度：岩石中孔隙和裂缝的通称。封闭的空间：岩石中不与外界相通的空间。开放空间：岩石中与外界相通的空间。包括大开口间隙和小开口间隙。在常温下，水可以进入大的开口间隙，但不能进入小的开口间隙。只有在真空或高于150

4、个大气压的条件下，水才能进入小的开放间隙。孔隙度：指岩石中裂缝和孔隙的发育程度，其测量指标为孔隙度(n)或孔隙比(e)。2020年7月13日，根据岩石孔隙的不同类型，岩石的孔隙度可分为：(1)总孔隙度n (2)大开孔孔隙度nb (3)小开孔孔隙度nl (4)总开孔孔隙度n0 (5)封闭孔隙度nc。1，空隙率，2020/7/13，(1)总空隙率n:是岩石样品中空隙体积(vv)占样品总体积(v)的百分比。(2)大孔隙比nb:是岩石样品中大孔隙体积占样品总体积的百分比。(3)小孔隙比nl:是岩石样品中的小孔隙体积占样品总体积的百分比。2020/7/13，(4)总开放孔隙度(孔隙度)n0:是岩石样品中

5、开放孔隙总体积(vn0)占样品总体积(v)的百分比。(5)封闭孔隙比nc:是岩石样品中封闭孔隙体积(vnc)占样品总体积(v)的百分比。2020/7/13，所谓的空隙率是指岩石样品中空隙体积与岩石样品中固体矿物颗粒体积之比。2，孔隙比(e)，2020/7/13，普通岩石物理性质指标值，第3章，岩石的物理和水力性质，2020/7/13，1.2，岩石的水力性质，定义：在水溶液作用下的岩石性质称为水力性质。主要包括：1 .吸水性；2.软化；3.抗冻性；4.透水性，2020年7月13日；1.岩石吸水性。定义：岩石在一定试验条件下吸水的能力称为岩石吸水性。1.吸水率(wa):在大气压力和室温下，岩石样品

6、的自由吸水质量(mw1)与岩石样品的干质量(ms)之比，以百分比表示，2020/7/13。2.岩石的饱和吸水率(wp)是指岩石试样在高压(一般为15兆帕)或真空条件下的吸水质量(mw2)，它反映了岩石中大、小开放空间之间的相对比例关系。2020/7/13，几种岩石的吸水指数值，2020/7/13，2。岩石的软化特性被称为软化特性，其强度在被水饱和后会降低。软化系数(kr)是岩石试样的饱和抗压强度(cw)与干抗压强度(c)的比值，岩石含有较多的亲水性和可溶性矿物kr0.75，岩石软化弱，工程地质性质好kr0.75，岩石软化强，工程地质性质差，2020/7/13，普通岩石物性指标值，2020/7/

7、13，iii。岩石的抗冻性，即岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。抗冻系数(rd):岩石试样反复冻融后的干抗压强度(c2)与冻融前的干抗压强度(c1)之比，以百分比表示；质量损失率(km):冻融试验前后的干质量差(ms1ms2)与冻融试验前的干质量差(ms1)之比，以百分比表示，rd75，km2，抗冻性，高吸水率wa5，软化系数，2020/7/13，4。岩石的渗透性，地下水存在于岩石的孔隙和裂隙中，而岩石的大多数孔隙和裂隙是连通的，因此地下水在一定的压力下可以渗透到岩石中。岩石的这种透水性称为岩石的透水性。岩石的透水性不仅与岩石的孔隙率有关，还与孔隙大小及其渗透程度有关。衡量岩石渗透性的指标是

8、渗透系数(k)。一般来说，完整致密岩石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数一般通过钻孔抽水或压水试验来测定。一般认为，岩石中水的流动，就像土壤中水的流动一样，也遵循达西线性渗流定律，即2020/7/13，几种岩石的渗透系数值，2020/7/13，5。岩石的抗崩解性。岩石的崩解是指岩石失去其粘结性，当与水相互作用时，变成松散的物质，强度完全丧失。岩石的崩解一般用崩解阻力指数id2表示。其指标可通过实验室干湿循环试验确定。试验过程：将干燥后的试块(500克，分成约10块)放入带筛孔的圆筒中，在水槽中以20转/分钟的速度连续旋转10分钟，然后取出圆筒中剩余的石块，干燥并称重，重复此过程两次，根据以下公

9、式计算抗崩解指数。2020/7/13，5。岩石的抗崩解性，是指岩石在与水相互作用时失去粘结性，变成松散的物质，强度完全丧失。岩石的崩解一般用崩解阻力指数id2表示。其指标可通过实验室干湿循环试验确定。试验过程：将干燥后的试块(500克，分成约10块)放入带筛孔的圆筒中，在水槽中以20转/分钟的速度连续旋转10分钟，然后取出圆筒中剩余的石块，干燥并称重，重复此过程两次，根据以下公式计算抗崩解指数。2020/7/13，其中：通过两次id2循环试验获得的抗崩解指数在0.100%之间变化；md试验前试块的干燥质量；磁流变残余试块在圆筒内的干燥质量：w1试验前试件和圆筒的干燥重量；w2第二次循环后试件和

10、圆筒的干燥重量；w0测试后，清洗后滚筒的干燥重量。岩石的崩解指数反映了岩石在浸水和温度变化环境下的抗风化能力。2020/7/13，第六章。岩石的膨胀性，是指岩石在水中浸泡后体积增大的特性。岩石的膨胀性一般用膨胀力和膨胀率指标来表示。其测定方法是平衡压力法。试验过程中，压力保持不变，体积保持不变，测得的最大压力为岩石的最大膨胀力；然后逐步减压，直到负荷为0，并测量最大膨胀变形。膨胀变形与试样原始厚度之比就是膨胀率。2020/7/13，1。自由膨胀率：在无约束条件下，浸水后膨胀变形与原始尺寸之比是轴向自由膨胀(%) h，试样径向高度自由膨胀(%) d，以此来评价膨胀岩体工程的稳定性。2020年7月

11、13日。七.岩石的膨胀特性。岩石破碎后的体积vp大于原始体积v的特性称为岩石的膨胀特性，用膨胀特性系数表示。压碎膨胀系数不是固定值，而是随时间变化的。永久压碎膨胀系数(残余压碎膨胀系数)当压碎膨胀系数不能再被压实时，称为永久压碎膨胀系数。2020/7/13，2岩石强度特性，应力，应变应力状态，莫尔应力圆，几个基本概念，任意状态，主应力状态，2020/7/13，2岩石强度特性，工程师提出两个关于材料的问题1最大承载力2最大容许变形容许应变？本节讨论强度问题：材料在受力时抵抗破坏的能力。岩石强度、岩体破坏模式、脆性破坏、塑性破坏(延性破坏)、拉伸破坏、剪切破坏、岩石强度特性、加载模式、单轴加载、三

12、轴加载、单轴压缩、单轴拉伸、连续加载、循环加载、一步一步循环加载、重复循环加载和卸载、t、p、t、p、2020/7/13、2岩石强度特性、强度、单轴压缩强度、单轴拉伸强度(非限制性)剪切强度三轴压缩、真三轴假三轴、应力状态如上2.1单轴定义：指岩石试件在无侧限条件下被轴向压力破坏时的单位面积荷载，简称抗压强度(mpa)。ucs非轴向压缩应力，其中：p无侧限条件下的轴向破坏载荷，试样的横截面积，2。重要性：衡量岩块基本力学性质的重要指标：岩体工程分类，建立岩体破坏准则的重要指标，用于粗略估算其他强度参数，2020/7/13，2.1岩石单轴抗压强度，点荷载试验对于严重风化且难以加工成试件的岩石，可

13、根据点荷载试验计算岩石抗压强度：3。测定方法：抗压强度试验，其中：为点荷载强度指标，2020/7/13，2.1岩石单轴抗压强度，圆柱形试件：d5cm，高度h=(2.53)不取决于h/d。尺寸误差0.3毫米；两个端面垂直于0.25轴，(1)试样标准，(2)测量仪器：常规压机，2020/7/13，2.1岩石单轴抗压强度，2020/7/13，2.1岩石单轴抗压强度，4。失效模式：拉伸失效、剪切失效、顶锥失效，2020/7/13，2.1。(2)柱状劈裂破坏和拉伸破坏(岩石的抗拉强度远远小于抗压强度)是岩石单向压缩破坏(消除了端部效应)的真实反映。消除试样端部约束的方法润滑试样端部(如云母片；润滑端部)

14、来加长试样，并且失效模式是显示失效机理的重要特征；主要影响因素：应力状态试验条件，2020/7/13，2020/7/13，2020/7/13，5，单轴抗压强度的主要影响因素，(1)岩石性质(矿物成分、粒间连接、岩性、结构特征、颗粒大小和形状、风化程度、微观结构表面)强度为：的圆六边形四边形三边形试样的尺寸比矿物颗粒大10倍；50的基数。高径比：研究表明：高径比(23)是合理的。尺寸效应：尺寸越大，岩体强度越低。随着高径比的增加，岩体强度降低。加工精度：2020年7月13日。(3)加载速度越大，表观强度越高(如图所示)。中国规定加载速度为0.51.0兆帕/秒。(4)环境含水量：含水量越大，强度越

15、低；岩石越软，就越明显。对于泥岩和粘土等软弱岩体，干强度是饱和强度的23倍。(如表所示)温度度：明显低于180:大于180，湿度越高，强度越低。2020/7/13，2020/7/13，2020/7/13，(5)层理结构的强度各向异性，2020/7/13，2.2岩石抗拉强度，1。定义：轴向拉伸应力后岩石样品单位面积的拉力。抗拉强度简称。含义：衡量岩体力学性质的重要指标是建立岩石强度准则、确定强度包络线和选择建筑石料不可缺少的参数。测定方法：由于试样不易加工，除了直接拉伸夹具外，还研究了大量的间接测试方法。直接拉伸间接法(劈裂法、点载荷法、三点弯曲法)，2020/7/13，2.2岩石抗拉强度，(1)直接拉伸法：将圆柱形试样两端固定在材料试验机的拉伸夹具中，然后对试样施加轴向拉伸载荷，直至破坏。关键技术，试件与夹具之间的连接力p与试件同心，2020/7/13，单轴拉伸试验的切脚环法，2020/7/13，3。间接法，(1)弯曲法(梁的三点弯曲试验)，抗拉强度为3360，最大拉应力在三点弯曲梁中；当梁损坏时，它是作用在试样上的最大弯矩。岩石是各向同性的线弹性材料，符合平面假设的对称面内弯曲。适用条件为：c梁边缘到中性轴的距离，i梁截面绕中性轴的惯性矩，2020年7月13日，(2)劈裂法(巴西法)，巴西洪德罗斯提出的对称径向断裂法，然后以一定的加载速率加压，直至试样损坏。