岩土力学与地基基础岩石的基本物理性质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

岩石密度岩石密度岩岩石石密密度度（rock rock densitydensity）是是指指单单位位体体积积内内岩岩石石质质量量，单单位为位为g/cmg/cm3 3。它它是是研研究究岩岩石石风风化化、岩岩体体稳稳定定性性、围围岩岩压压力力和和选选取取建建筑材料等必需参数；筑材料等必需参数；岩石密度又分为颗粒密度和块体密度：岩石密度又分为颗粒密度和块体密度：1.2.2 1.2.2 岩石基本物理性质岩石基本物理性质第1页颗粒密度颗粒密度岩石颗粒密度岩石颗粒密度（s s）是指岩石固体相部分质量与其体积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。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。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：1.2.2 1.2.2 岩石基本物理性质岩石基本物理性质第2页块体密度块体密度块块体密度体密度（或岩石密度）是指岩石（或岩石密度）是指岩石单单位体位体积积内内质质量，按岩石量，按岩石试试件含件含水状水状态态，又有干密度（，又有干密度（d d）、）、饱饱和密度（和密度（satsat）、和天然密度）、和天然密度（）之分，在未指明含水状）之分，在未指明含水状态时态时普通是指岩石天然密度。普通是指岩石天然密度。d d=（1-161-16）satsat=（1-171-17）（1-181-18）物理性质物理性质：1.2.2 1.2.2 岩石基本物理性质岩石基本物理性质第3页岩石空隙性岩石空隙性岩石空隙率分岩石空隙率分为总为总空隙率（空隙率（n n）、）、总总开空隙率（开空隙率（n n0 0）、大开空隙率（）、大开空隙率（n nb b）、小开空隙率（）、小开空隙率（n na a）和）和闭闭空隙率空隙率(n(nc c)几个，各自定几个，各自定义义以下：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：1.2.2 1.2.2 岩石基本物理性质岩石基本物理性质第4页岩岩石石在在水水溶溶液液作作用用下下表表现现出出来来性性质质，称称为为水水理理性性质质。主主要要有有吸吸水水性性、软化性、抗冻性、渗透性、膨胀性及崩解性软化性、抗冻性、渗透性、膨胀性及崩解性等。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，称为岩石在一定试验条件下吸收水分能力，称为岩石吸水性岩石吸水性。惯用吸水。惯用吸水率，饱和吸水率与饱水系数等指标表示。率，饱和吸水率与饱水系数等指标表示。(1(1）吸水率：）吸水率：岩石吸水率（岩石吸水率（a a）是指岩石）是指岩石试试件在大气件在大气压压力条件下自由吸力条件下自由吸入水入水质质量（量（m mw1w1）与岩）与岩样样干干质质量（量（m ms s）之比，用百分数表示，）之比，用百分数表示，岩石颗粒密岩石颗粒密度属实测指标，惯用比重瓶法进行测定。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：1.2.3 1.2.3 岩石水理性质岩石水理性质第5页饱和吸水率饱和吸水率岩岩石石饱饱和和吸吸水水率率（）是是指指岩岩石石在在高高压压（普普通通压压力力为为15Mpa15Mpa）或或真真空空条条件下吸入水件下吸入水质质量（量（m mw2w2）与岩）与岩样样干干质质量（量（m ms s）之比）之比,用百分数表示，用百分数表示，岩石水理性质岩石水理性质：1.2.3 1.2.3 岩石水理性质岩石水理性质 p=100%（1-11）在高压（或真空）条件下，总开空隙率可表示为：在高压（或真空）条件下，总开空隙率可表示为：n n0 0=100%=100%=d d P P （1-121-12）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。能力和抗冻性。第6页饱水系数饱水系数岩石吸水率（岩石吸水率（a a）与）与饱饱和吸水率（和吸水率（p p）之比，称）之比，称为饱为饱水系数。水系数。它反它反应应了岩石中大、小开空隙相了岩石中大、小开空隙相对对百分比关系。百分比关系。普通普通说说来，来，饱饱水系数愈大，岩石中大开空隙相水系数愈大，岩石中大开空隙相对对愈多，而小开愈多，而小开空隙相空隙相对对愈少。愈少。饱饱水系数大，水系数大，说说明常明常压压下吸水后余留空隙就愈少，岩石愈下吸水后余留空隙就愈少，岩石愈轻轻易易被被冻胀冻胀破坏，因而其抗破坏，因而其抗冻冻性差。性差。岩石水理性质岩石水理性质：1.2.3 1.2.3 岩石水理性质岩石水理性质第7页岩石软化性岩石软化性岩石浸水饱和后强度降低性质，称为岩石浸水饱和后强度降低性质，称为软化性软化性，用软化系数（，用软化系数（K KR R）表）表示。示。K KR R定义为岩石试件饱和抗压强度（定义为岩石试件饱和抗压强度（R Rcwcw）与干压强度比值）与干压强度比值，即：（1-13）K KR R愈小愈小则则岩石岩石软软化性愈化性愈强强。研究表明：岩石。研究表明：岩石软软化性取决于岩石化性取决于岩石矿矿物物组组成与空隙性。成与空隙性。当岩石中含有当岩石中含有较较多多亲亲水性和可溶性水性和可溶性矿矿物，且含大开空隙物，且含大开空隙较较多多时时，岩，岩石石软软化性化性较较强强，软软化系数化系数较较小。小。岩石水理性质岩石水理性质：1.2.3 1.2.3 岩石水理性质岩石水理性质第8页岩石抗冻性岩石抗冻性岩岩石石抵抵抗抗冻冻融融破破坏坏能能力力，称称为为抗抗冻冻性性。惯惯用用冻冻融融系系数数和和质质量量损损失失率率来表示。来表示。冻冻融融系系数数（RdRd）是是指指岩岩石石试试件件经经重重复复冻冻融融后后干干抗抗压压强强度度（Rc2Rc2）与与冻冻融融前干抗压强度（前干抗压强度（Rc1Rc1）之比，用百分数表示，）之比，用百分数表示，质量损失率（质量损失率（K Km m）是指冻融试验前后干质量之差（）是指冻融试验前后干质量之差（m ms1s1-m ms2s2）与试验前干）与试验前干质量（质量（m ms1s1）之比，以百分数表示即）之比，以百分数表示即 岩石水理性质岩石水理性质：1.2.3 1.2.3 岩石水理性质岩石水理性质第9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。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。间，一样产生楔劈效应，有时也会引发岩石体积增大。岩石膨岩石膨胀胀大小普通用膨大小普通用膨胀胀力和膨力和膨胀胀率两率两项项指指标标表示，表示，这这些指些指标标可可经经过过室内室内试验试验确定。当前国内大多采取土固确定。当前国内大多采取土固结仪结仪和膨和膨胀仪胀仪方法方法测测定岩石定岩石膨膨胀胀性性。岩石水理性质岩石水理性质：1.2.3 1.2.3 岩石水理性质岩石水理性质第10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。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内做干湿循环试验环试验确定。确定。岩石水理性质岩石水理性质：1.2.3 1.2.3 岩石水理性质岩石水理性质第11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。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当前国内外已提出岩体分类类方案得到大家共方案得到大家共识识有数十种之多，多以有数十种之多，多以考考虑虑地下洞室地下洞室围围岩岩稳稳定性定性为为主。有定性，也有定量或半定量，有主。有定性，也有定量或半定量，有单单一一原因分原因分类类，也有考，也有考虑虑各种原因各种原因综综合分合分类类。各种方案所考。各种方案所考虑标虑标准和原因准和原因也不尽相同，但岩体完整性和成也不尽相同，但岩体完整性和成层层条件、岩条件、岩块块强强度、度、结结构面构面发发育情况育情况和地下水等原因都不一和地下水等原因都不一样样程度地考程度地考虑虑到了。下面主要介到了。下面主要介绍绍几个国内外几个国内外在水工建在水工建设设工程中工程中应应用用较较广、影响广、影响较较大分大分类类方法。方法。1.4.1 1.4.1 岩体工程分类岩体工程分类第12页美国伊利诺斯大学用岩体质量指标美国伊利诺斯大学用岩体质量指标RQDRQD来表示岩石完整性。来表示岩石完整性。采取直径为采取直径为75mm75mm双层岩心管金刚石钻进，提取直径为双层岩心管金刚石钻进，提取直径为54mm54mm岩心，将岩心，将长度小于长度小于10cm10cm破碎岩心及软弱物质剔除，然后测量大于或等于破碎岩心及软弱物质剔除，然后测量大于或等于10cm10cm长长柱状岩心总长度柱状岩心总长度(L Lp p)。用这一有效岩心长度与采集岩心段钻孔总进尺。用这一有效岩心长度与采集岩心段钻孔总进尺(L L)之比，取其百分数就是之比，取其百分数就是RQDRQD。按照按照RQDRQD值大小可把岩石分成五个质量等级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：1.4.1 1.4.1 岩体工程分类岩体工程分类第13页由由比比尼尼卫卫斯斯基基（BienawskiBienawski，19731973）提提出出，后后经经屡屡次次修修改改，于于19891989年年发发表在表在工程岩体分工程岩体分类类一一书书中。中。该该分分类类系系统统由由岩岩块块强强度度、RQDRQD值值、节节理理间间距距、节节理理条条件件及及地地下下水水5 5类类指指标标组组成成。分分类类时时，依依据据各各类类指指标标数数值值，按按表表1-7A1-7A标标准准评评分分，求和得求和得总总分分RMRRMR值值。然然后后按按表表1-7B1-7B和和表表1-81-8要要求求对对总总分分作作适适当当修修正正，即即再再依依据据节节理理裂裂隙隙产产状状改改变变对对初初值值加加以以修修正正。最最终终用用修修正正后后总总分分对对照照表表1-7C1-7C求求得得所所研研究岩体究岩体类别类别及及对应对应无支无支护护地下洞自地下洞自稳时间稳时间和岩体和岩体强强度指度指标标（c,c,）值值。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：1.4.1 1.4.1 岩体工程分类岩体工程分类第14页1 1）岩石按坚硬程度分类：）岩石按坚硬程度分类：岩岩土土工工程程勘勘察察规规范范（GB50021GB50021）要要求求岩岩石石坚坚硬硬程程度度可可按按表表1-91-9分分类类。岩石工程分类岩石工程分类1.4.2 1.4.2 岩石工程分类岩石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15页2 2）岩石按风化程度分类）岩石按风化程度分类国家国家标标准准岩土工程勘察岩土工程勘察规规范范（GB50021GB50021）中提出岩石按）中提出岩石按风风化程化程度分度分类见类见表表1-101-10。岩石工程分类岩石工程分类1.4.2 1.4.2 岩石工程分类岩石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16页