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第一章 岩石性质与工程分级1.ppt

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第一章 岩石的性质及工程分级,,岩体(Rock Mass) :指岩石工程周围较大范围内的自然地质体,岩体= 岩块(岩石材料) + 弱面(层理、节理、断层),第一节 岩块、岩体和岩石 1. 岩块、岩体和岩石,岩块(Rock):从地壳岩层中切取出来的小块体,通常是指岩石材料(Rock Materials)。,岩石:不分岩块与岩体时的泛称。,Rock mass = Rock material + Rock discontinuities,岩块(Rock)性质: 强度:抗压强度、抗拉强度、剪切强度等; 变形:弹性模量、泊松比; 矿物:矿物成分、颗粒大小、结构等; 物理性质:密度、水理性、孔隙性等。,弱面(Discontinuities)性质 弱面包括层理、节理、断层等。 性质包括:剪切强度、方位、距离、硬度、张开度、充填性、风化性、粗糙性等,岩石材料的性质对岩体性质影响很小,而弱面控制着岩体的性质,例如:岩体压缩时,破坏是沿着已存在的弱面发生的; 在拉伸时,由于弱面的存在,强度很小。,2. 岩体和一般建筑材料的比较,常用建筑材料的特性,连续的 Continuous 均质的 Homogeneous 各向同性的 Isotropic 线弹性的 Lineraly Elastic,C.H.I.L.E.,,岩体的特性(具有尺度效应),不连续的 Discontinuous 非均质的 Inhomogeneous 各向异性的 Anisotropic 非线弹性的 Non-Lineraly Elastic,,D.I.A.N.E.,,,第二节 岩石物理性质,一. 岩石的比重与密度1. 相对密度(比重): 2. 密度(容重)(kN/m3):一般地,岩石容重越大,其力学性质越好。,G--干燥岩石质量,VC -----实体岩石体积 ρWV 水的密度,ρC岩石干密度, ρ岩石湿密度,G1岩石试件质量, V岩石试件体积,二. 岩石的孔隙性-----密度与强度降低,风化速度加快1. 孔隙度(率)n 2. 孔隙比e,影响强度及风化速度,,,,1. 吸水率2. 透水性 (Darcy定律) qx-沿x方向的流量; h-水头的高度; A-垂直于x方向的截面面积; k-渗透系数。( 水库、地热、储存等),三. 岩石的水理性质-----孔隙量、大小、开闭及分布,尺度、浸水时间,地下水水头、应力场,,,3. 软化性Rcw-水饱和岩石的单向抗压强度; Rc-干燥岩石的单向抗压强度; 4. 膨胀性和崩解性,,强度越大,软化系数越大,,膨胀压力,,治水,四. 岩石的碎胀性-----选用装载、运输、提升等设备,,坚硬程度、块度大小、堆积排列情况,第三节 岩石力学性质,Strength, Deformation and Failure of Rock Material,试验所需的试件应该加工成标准的圆柱形,其高与直径之比应该介于2.0~3.0之间,试件的直径最好不要超过50mm。试件的直径应该至少是岩石最大颗粒直径的20倍。,1. 岩石的单轴压缩全应力—应变曲线,单轴压缩试验设备,静载岩石的变形特征(1)O-A段Ⅰ: 裂隙压密闭合阶段, (2)A-B段Ⅱ:线弹性阶段,B点-屈服点(3)B-C段Ⅲ:破裂发展阶段,C点-极限抗压强度 (4)C-D段Ⅳ、Ⅴ:软化阶段, 为巷道支护作用阶段,弹模值:E=20~50GPa,为软钢弹模(206GPa)的10~24%;泊松比: ,理想塑性材料,,2. 岩石在三轴压缩条件下的力学性质,首先,破坏前岩石的应变随围压增大而增加;另外,随围压增大,岩石的塑性也不断增大,且由脆性逐渐转化为延性。围压增加时,试件承载力则随围压稳定增长,出现所谓应变硬化现象。围压是影响岩石力学属性的主要因素之一。从图分析围压对岩石变形影响,得出如下结论:①随着围压的增大,岩石的抗压强度显著增加;②随着围压的增大,岩石的变形显著增大;③随着围压的增大,岩石的弹性极限显著增大;④随着围压的增大,岩石的应力一应变曲线形态发生明显改变,岩石的性质发生了变化:由弹脆性一弹塑性一应变硬化,3. 岩石的强度(P10) 研究岩石的强度的意义⑴ 岩石的强度是各种岩石分类(级)中的重要数量指标。⑵ 作为强度(安全)准则,判别所计算或测定的岩土工程是否稳定.⑶ 在简单的工程条件下,可作为极限平衡条件(塑性条件),求解弹塑性问题的塑性区范围、弹性区和塑性区应力与应变。 岩石的强度特征⑴ 多数情况下,岩石表现为脆性破坏(小于3%的应变);⑵ 同一种岩石的强度并非常数;强度影响因素:成分、颗粒大小、胶结、生成条件、层理结构、孔隙度、温度、湿度、重度、风化程度
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