岩石的物理性质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第1章章 岩石物理性质岩石物理性质 华北水利水电学院岩土工程系岩石力学课程组第1页 岩土体是地壳物质组成。岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成具一定组分和结构地质体。岩石是由矿物组成，按成因岩石可划分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。成因类型不一样，差异也很大，所以，工程性质极为多样。1 1）岩浆岩性质）岩浆岩性质岩浆岩含有较高力学强度，可作为各种建筑物良好地基及天然建筑石料。但各类岩石工程性质差异很大。1.1 1.1 岩土体特征岩土体特征：第第1 1章章 岩石物理性质岩石物理性质 第2页沉积岩性质沉积岩性质碎屑岩工程地质性质普通很好，但其胶结物成份和胶结类型影响显著；粘土岩和页岩性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化和泥化；化学岩和生物化学岩抗水性弱，常具不一样程度可溶性。经常造成地基和边坡失稳。1.1 1.1 岩土体特征岩土体特征：第第1 1章章 岩石物理性质岩石物理性质 第3页变质变质岩性岩性质质变质岩工程性质与原岩亲密相关，往往与原岩性质相同或相近。变质岩片理结构(包含板状、千枚状、片状及片麻状结构)会使岩石含有各向异性特征，水工建筑中应注意研究其在垂直及平行于片理结构方向上工程性质改变。岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成具一定组分和结构地质体。岩体在普通情况下是非均质、各向异性不连续体。1.1 1.1 岩土体特征岩土体特征：第第1 1章章 岩石物理性质岩石物理性质 第4页岩石密度岩石密度岩石密度（rock density）是指单位体积内岩石质量，单位为g/cm3。它是研究岩石风化、岩体稳定性、围岩压力和选取建筑材料等必需参数；岩石密度又分为颗粒密度和块体密度：物理性质物理性质：1.2 1.2 物理性质指标物理性质指标第5页颗粒密度岩石颗粒密度（s）是指岩石固体相部分质量与其体积比值。它不包含空隙在内，所以其大小仅取决于组成岩石矿物密度及其含量。岩石颗粒密度属实测指标，惯用比重瓶法进行测定。物理性质物理性质：1.2 1.2 物理性质指标物理性质指标第6页块体密度块体密度（或岩石密度）是指岩石单位体积内质量，按岩石试件含水状态，又有干密度（d）、饱和密度（sat）、和天然密度（）之分，在未指明含水状态时普通是指岩石天然密度。d=（1-1）sat=（1-2）（1-3）物理性质物理性质：1.2 1.2 物理性质指标物理性质指标第7页岩石空隙性岩石空隙性岩石空隙率分为总空隙率（n）、总开空隙率（n0）、大开空隙率（nb）、小开空隙率（na）和闭空隙率(nc)几个，各自定义以下：n=100%=(1-)100%（1-4）n0=100%（1-5）nb=100%（1-6）na=100%=n0-nb （1-7）nc=100%=n-n0 （1-8）物理性质物理性质：1.2 1.2 物理性质指标物理性质指标第8页岩石在水溶液作用下表现出来性质，称为水理性质。主要有吸水性、软化性、抗冻性、渗透性、膨胀性及崩解性等。1)1)岩石吸水性岩石吸水性岩石在一定试验条件下吸收水分能力，称为岩石吸水性。惯用吸水率，饱和吸水率与饱水系数等指标表示。(1）吸水率：岩石吸水率（a）是指岩石试件在大气压力条件下自由吸入水质量（mw1）与岩样干质量（ms）之比，用百分数表示，岩石颗粒密度属实测指标，惯用比重瓶法进行测定。岩石水理性质岩石水理性质：1.2 1.2 物理性质指标物理性质指标第9页饱和吸水率岩石饱和吸水率（）是指岩石在高压（普通压力为15Mpa）或真空条件下吸入水质量（mw2）与岩样干质量（ms）之比,用百分数表示，岩石水理性质岩石水理性质：1.2 1.2 物理性质指标物理性质指标 p=100%（1-11）在高压（或真空）条件下，总开空隙率可表示为：n0=100%=dP （1-12）它反应了岩石总开空隙率发育程度，所以亦可间接地用它来判定岩石风化能力和抗冻性。第10页饱水系数岩石吸水率（a）与饱和吸水率（p）之比，称为饱水系数。它反应了岩石中大、小开空隙相对百分比关系。普通说来，饱水系数愈大，岩石中大开空隙相对愈多，而小开空隙相对愈少。饱水系数大，说明常压下吸水后余留空隙就愈少，岩石愈轻易被冻胀破坏，因而其抗冻性差。岩石水理性质岩石水理性质：1.2 1.2 物理性质指标物理性质指标第11页岩石软化性岩石软化性岩石浸水饱和后强度降低性质，称为软化性，用软化系数（KR）表示。KR定义为岩石试件饱和抗压强度（Rcw）与干压强度比值，即：（1-13）KR愈小则岩石软化性愈强。研究表明：岩石软化性取决于岩石矿物组成与空隙性。当岩石中含有较多亲水性和可溶性矿物，且含大开空隙较多时，岩石软化性较强，软化系数较小。岩石水理性质岩石水理性质：1.2 1.2 物理性质指标物理性质指标第12页岩石抗冻性岩石抗冻性岩石抵抗冻融破坏能力，称为抗冻性。惯用冻融系数和质量损失率来表示。冻融系数（Rd）是指岩石试件经重复冻融后干抗压强度（Rc2）与冻融前干抗压强度（Rc1）之比，用百分数表示，质量损失率（Km）是指冻融试验前后干质量之差（ms1-ms2）与试验前干质量（ms1）之比，以百分数表示即 岩石水理性质岩石水理性质：1.2 1.2 物理性质指标物理性质指标第13页 岩石膨胀性岩石膨胀性岩石膨胀性是指岩石浸水后体积增大性质。大多数结晶岩和化学岩是不含有膨胀性，这是因为岩石中矿物亲水性小和结构联结力强缘故。假如岩石中含有绢云母、石墨和绿泥石一类矿物，因为这些矿物结晶含有片状结构特点，水可能渗进片状层之间，一样产生楔劈效应，有时也会引发岩石体积增大。岩石膨胀大小普通用膨胀力和膨胀率两项指标表示，这些指标可经过室内试验确定。当前国内大多采取土固结仪和膨胀仪方法测定岩石膨胀性。岩石水理性质岩石水理性质：1.2 1.2 物理性质指标物理性质指标第14页岩石崩解性岩石崩解性岩石崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度涣散物质性能。这种现象是因为水化过程中减弱了岩石内部结构联络引发。常见于由可溶盐和粘土质胶结沉积岩地层中。岩石崩解性普通用岩石耐崩解性指数表示。这项指标能够在试验室内做干湿循环试验确定。岩石水理性质岩石水理性质：1.2 1.2 物理性质指标物理性质指标第15页岩体工程分类既是工程岩体稳定性分析基础，也是评价岩体工程地质条件一个主要路径。岩体工程分类实际上是经过岩体一些简单和轻易实测指标，把工程地质条件和岩体力学性质联络起来，并借鉴已建工程设计、施工和处理等方面成功与失败经验教训，对岩体进行归类一个工作方法。其目标是经过分类，概括地反应各类工程岩体质量好坏，预测可能出现岩体力学问题。为工程设计、加固、建筑物选型和施工方法选择等提供参数和依据。当前国内外已提出岩体分类方案得到大家共识有数十种之多，多以考虑地下洞室围岩稳定性为主。有定性，也有定量或半定量，有单一原因分类，也有考虑各种原因综合分类。各种方案所考虑标准和原因也不尽相同，但岩体完整性和成层条件、岩块强度、结构面发育情况和地下水等原因都不一样程度地考虑到了。下面主要介绍几个国内外在水工建设工程中应用较广、影响较大分类方法。1.3 1.3 岩体工程分类岩体工程分类第16页美国伊利诺斯大学用岩体质量指标RQD来表示岩石完整性。采取直径为75mm双层岩心管金刚石钻进，提取直径为54mm岩心，将长度小于10cm破碎岩心及软弱物质剔除，然后测量大于或等于10cm长柱状岩心总长度(Lp)。用这一有效岩心长度与采集岩心段钻孔总进尺(L)之比，取其百分数就是RQD。按照RQD值大小可把岩石分成五个质量等级 按岩体质量指标分级按岩体质量指标分级：1.3 1.3 岩体工程分类岩体工程分类第17页由比尼卫斯基（Bienawski，1973）提出，后经屡次修改，于1989年发表在工程岩体分类一书中。该分类系统由岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件及地下水5类指标组成。分类时，依据各类指标数值，按表1-7A标准评分，求和得总分RMR值。然后按表1-7B和表1-8要求对总分作适当修正。最终用修正后总分对照表1-7C求得所研究岩体类别及对应无支护地下洞自稳时间和岩体强度指标（c,）值。岩体质量评分岩体质量评分(RMR)(RMR)地质力学围岩分类地质力学围岩分类：1.3 1.3 岩体工程分类岩体工程分类第18页1 1）岩石按坚硬程度分类：）岩石按坚硬程度分类：岩土工程勘察规范（GB50021）要求岩石坚硬程度可按表1-9分类。岩石工程分类岩石工程分类1.3 1.3 岩体工程分类岩体工程分类坚硬程度坚硬程度坚硬岩坚硬岩较硬岩较硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩饱和单轴抗压强度（MPa）fr6060fr3030fr1515fr5fr5第19页2 2）岩石按风化程度分类）岩石按风化程度分类国家标准岩土工程勘察规范（GB50021）中提出岩石按风化程度分类见表1-10。岩石工程分类岩石工程分类1.3 1.3 岩体工程分类岩体工程分类风化程度野外特征风化程度参数指标压缩波速度vp(m/s)波速比kv风化程度kt未风化岩质新鲜，偶见分化痕迹50000.91.00.91.0微风化结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色。有少许风化裂隙400050000.80.90.80.9中等风化结构部分破坏，沿节理面有次生矿物。风化裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难挖，岩芯钻方可钻进40000.60.80.40.8强风化结构大部分破坏，矿物成份显著改变，分化裂隙发育，岩体破碎。用镐可挖掘，干钻不易钻进10000.40.60.4全风化结构基本破坏，但尚可识别，有残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进50010000.20.4-残积土组织结构已全部破坏，已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性5000.2-第20页