岩石物理力学性质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第1页/10/10第一章第一章 岩石物理力学性质岩石物理力学性质1、岩石基本组成和地质分类、岩石基本组成和地质分类2、岩石物理性质、岩石物理性质3、岩石力学性质、岩石力学性质4、影响岩石力学性质主要原因、影响岩石力学性质主要原因第2页/10/101.1 概概 述述岩石是组成地壳自然物体，是经过地质作用而形岩石是组成地壳自然物体，是经过地质作用而形成矿物集合体，在陆地和海洋广泛分布。成矿物集合体，在陆地和海洋广泛分布。岩石按成因有三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。岩石按成因有三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。岩石种类不一样，其物理力学性质差异较大，加岩石种类不一样，其物理力学性质差异较大，加之不一样时期、不一样强度结构作用，也就决定之不一样时期、不一样强度结构作用，也就决定岩石力学问题复杂多变。岩石力学问题复杂多变。第3页/10/101.2 岩石基本组成和地质分类岩石是自然界中各种矿物集合体，是天然地质作岩石是自然界中各种矿物集合体，是天然地质作用产物。用产物。岩石是组成岩体基本单元。岩石是组成岩体基本单元。第4页/10/101.2.1 岩石基本组成岩石基本组成是由组成岩石物质成份和结构两方面决定。组成岩石矿物称为造岩矿物造岩矿物。矿物是地壳中天然生成自然元素或化合物，它含有一定物理性质、化学成份和形态。主要造岩矿物：主要造岩矿物：最主要造岩矿物只有30各种，如石英、长石、辉石、角闪石、云母、方解石、高岭石、绿泥石、石膏、赤铁矿、黄铁矿等。第5页/10/10按照生成条件划分，矿物可分为：按照生成条件划分，矿物可分为：原生矿物原生矿物由岩浆岩冷凝生成，如石英、长石、辉石、角闪石、由岩浆岩冷凝生成，如石英、长石、辉石、角闪石、云母等；云母等；次生矿物次生矿物由原生矿物经风化作用直接生成，如由长石风化而成由原生矿物经风化作用直接生成，如由长石风化而成高岭石、由辉石或角闪石风化而成绿泥石等，或在水高岭石、由辉石或角闪石风化而成绿泥石等，或在水溶液中析出生成，如石膏、方解石。溶液中析出生成，如石膏、方解石。矿物外表形态：矿物外表形态：结晶体结晶体大多展现规则几何形状；大多展现规则几何形状；非结晶体非结晶体展现不规则形状。展现不规则形状。图几个主要造岩矿物单个晶体形态1.2.1.1 岩石主要物质成份第6页/10/10硬度是指其抵抗外力刻划能力。通常选定下表中十种矿物，作为硬度标准确定其它矿物硬度等级。硬度等级矿物名称野外简易判定方法1滑石用软铅笔划时留下条痕，用指甲轻易刻划2石膏用指甲可刻划3方解石用黄铜板刻划可留下条痕，用小刀很轻易刻划4萤石小刀可刻划5磷灰石用削铅笔刀刻划时可留下显著划痕，不能刻划玻璃6正长石小刀可勉强留下看得见划痕，能刻划玻璃7石英用小刀不能刻划8黄玉能刻划玻璃，难于刻划石英9刚玉能刻划石英10金刚石能刻划石英1.2.1.1 岩石主要物质成份第7页/10/10第8页/10/10各矿物相对稳定性主要与其化学成份、结晶特征及形成条件相关。基性和超基性岩石主要是由易于风化矿物组成，非常轻易风化；酸性岩石主要由较难风化矿物组成，抗风化能力比起一样结构基性岩要高；沉积岩主要由风化产物组成，大多数为原来岩石中较难风化碎屑物或是在风化和沉积过程中新生成化学沉积物，稳定性普通都较高；变质岩抗风化能力与火成岩相同。主要造岩矿物抗风化相对稳定性主要造岩矿物抗风化相对稳定性 表表1-1抗风化抗风化稳定性稳定性非常稳定稳定较稳定不稳定矿物矿物名称名称石石英英锆锆长长石石白白云云母母正正长长石石钠钠长长石石酸性酸性斜长斜长石石角角闪闪石石辉辉石石黑黑云云母母基性基性斜长斜长石石霞霞石石橄橄榄榄石石黄黄铁铁矿矿1.2.1.1 岩石主要物质成份第9页/10/101.2.1.2 常见岩石结构类型岩石结构是指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间关系，包含颗粒大小、形状、排列、结构连结特点及岩石中微结构面。岩石中结构连结类型分别为：结晶连结胶结连结第10页/10/10结晶连结岩石中矿物颗粒经过岩石中矿物颗粒经过结晶相互嵌合在一起。结晶相互嵌合在一起。等粒结晶结构普通比等粒结晶结构普通比非等粒结晶结构强度非等粒结晶结构强度大，抗风化能力强。大，抗风化能力强。细粒结晶结构比粗粒细粒结晶结构比粗粒强度高。在斑状结构强度高。在斑状结构中，细粒基质比玻璃中，细粒基质比玻璃基质强度高，总之，基质强度高，总之，晶粒愈细，愈均匀，晶粒愈细，愈均匀，玻璃质愈少，则强度玻璃质愈少，则强度愈高。愈高。雌黄雄黄共生结晶结晶簇 层解石+水晶 第11页/10/10胶结连结岩石强度主要取决于胶结物及胶结类型。硅质、铁质胶结岩石强度较高，钙质次之，而泥质胶结强度最低。胶结胶结类型 基底胶结胶结 孔隙胶结胶结 接触胶结胶结 第12页/10/10岩石中存在微结构面矿物解理微裂隙粒间空隙晶格缺点晶格边界第13页/10/10矿物解理矿物解理就是矿物晶体受应力作用超出弹性程度,沿结晶学方向破裂成光滑平面现象.第14页/10/10微裂隙白云质灰岩晶间微裂隙微裂隙 第15页/10/10粒间空隙粒间空隙第16页/10/10晶格晶格边界、晶格缺点第17页/10/10微结构面对岩石工程性质影响大大降低岩石强度造成岩石各向异性增大岩石变形、改变弹性波速、电阻率和热传导率等 第18页/10/10在地球由原始太阳星云原始太阳星云部份物质组成后计起，科学家科学家预计大约有四十五亿七千万年之久。1.2.2 岩石地质成因分类第19页/10/10第20页/10/10l岩浆岩岩浆岩由岩浆冷凝后形成岩石，按照冷凝时地质环境不一样，又可分为深成岩、浅成岩和喷出岩。l沉积岩沉积岩由风化剥蚀作用或火山作用形成物质，在原地或被外力搬运，在适当条件下沉积下来，经胶结和成岩作用而形成，其矿物成份主要是粘土矿物，碳酸盐和残余石英长石等，具层理结构，岩性普通含有显著各向异性。l变质岩变质岩在已经有岩石基础上，经过变质混合作用后形成岩石。变质岩性质与变质作用特点及原岩性质相关。其岩石力学性质差异很大。第21页/10/10岩浆岩（火成岩）是由熔融岩浆冷凝结晶形成，而岩浆又是地下岩石在高温（6251200）下溶化形成。科学家预计，地心温度可能有5000。大多数热经过对流和传导方式从地心传到固体地球外壳。热也能够在岩石圈子下部经过磨擦而产生，俯冲地壳板块也能产生足够热和压力熔化岩石，这个事实解释了一些沿大陆板块边缘分布火山。当地下深处岩浆喷出地表时，就形成了火山喷发，火山喷出物质在地表快速冷凝固结，就形成了火山岩。假如地下岩浆没有喷出地表，而是上升到地壳浅部就开始冷凝结晶，这就形成了侵入岩，火山岩和侵入岩统称为火成岩或岩浆岩。第22页/10/10深成岩浅成岩喷出岩第23页/10/10深成岩有时候，火成岩不一定是直接由岩浆冷却而成，也能够是经由流出地表熔岩冷结晶形成，形成于地底下称之为深成岩，也就是指“形成于深处岩石”。第24页/10/10岩盖大多发生于酸性岩浆，粘度大不易向两侧流动，所以形成盖状 岩盆盆状，因为形成于较深处，所以结晶颗粒较大 岩床较常发生于基性岩浆，易向两侧扩展，形成于地底下较浅处 岩基为最大不整合贯入，主要成份为花岗岩 岩株面积较小岩株，或为岩基一部份 岩脉岩浆沿裂缝上升产物，常群体出现 第25页/10/10第26页/10/10浅成岩多为岩床、岩墙、岩脉等小侵入体。岩石多展现斑状结构。煌斑岩为一个浅成岩，通常颜色较深，含有由暗色矿物组成斑晶，在肉眼观察时，其标本闪闪发光，所以而得名。第27页/10/10喷出岩喷出岩喷出岩是一个火成岩火成岩，也被称为火山岩火山岩，是由火山喷出岩浆岩浆在地表快速冷却后形成岩石，因为冷却速度很快，普通喷出岩结构会形成细粒、隐晶，或形成玻璃质，经常包含有碎屑和斑晶。喷出岩因为冷却很快，有时其中气体无法逸出，形成很小气泡，最经典如浮岩，因为含气量大，造成比重比重小，甚至能在水中漂浮。第28页/10/10玄武岩基性喷出岩一个。成份相当于辉长岩。灰黑色。常具气孔状、杏仁状结构和斑状结构。斑晶为橄榄石、辉石、基性长石等；基质普通为细粒或隐晶质。按次要矿物不一样，可划分为橄榄玄武岩、紫苏辉石玄武岩等；按结构结构，可分为气孔状玄武岩、杏仁状玄武岩等；第29页/10/10安山岩由於安山岩是岩漿噴發，快速冷卻而成，所以礦物顆粒很小，常見礦物有長石、角閃石、輝石與黑雲母，偶而含有石英，其餘細粒物質是火山玻璃。安山岩礦物排列方式是大顆粒礦物夾在火山玻璃之中，構成斑狀結構，顆粒大小約1-3mm。岩石有紅、綠、黑、灰、白等各種顏色。第30页/10/10玄武岩岩漿從地殼深部快速上升到地表，冷卻變成岩石時間非常短，岩漿中礦物來不及長成為大礦物顆粒，所以含有細小礦物顆粒並且含有大量來不及形成礦物火山玻璃。顏色呈墨綠色，風化後顏色呈綠色，岩石中礦物顆粒非常細，偶而能够看見白色長條狀礦物為斜長石。第31页/10/10花崗岩深成岩，酸性岩漿慢慢冷卻形成，含有大量二氧化矽成份(石英)。礦物顆粒較粗大約0.1-0.5公分，主要礦物有石英、正長石、白雲母與黑雲母。岩石顏色呈灰白色、粉紅色或紅色。第32页/10/10岩岩 浆浆 岩岩 分分 类类 简简 表表 表表1-2化学成份含含Si、Al为主为主含含Fe、Mg为主为主产状产状酸基性酸基性酸性酸性中性中性基性基性超基性超基性颜颜 色色浅色（浅灰、浅红、浅黄）浅色（浅灰、浅红、浅黄）深色（深灰、绿色、黑深色（深灰、绿色、黑色）色）矿物成份成因及结构含正长石含正长石含斜长石含斜长石不含长石不含长石石英、云石英、云母、角闪母、角闪石石黑云母、黑云母、角闪石、角闪石、辉石辉石角闪石、辉角闪石、辉石、黑云母石、黑云母辉石、角辉石、角闪石、橄闪石、橄榄石榄石橄榄石、橄榄石、辉石辉石深深成成等粒状，有时为斑状，全部矿物均能用肉眼判别花岗岩花岗岩正长岩正长岩闪长岩闪长岩辉长岩辉长岩橄榄岩橄榄岩辉岩辉岩岩基、岩岩基、岩株株浅浅成成斑状（斑晶较大斑状（斑晶较大且可分辨出矿物且可分辨出矿物名称）名称）花岗斑岩花岗斑岩正长斑岩正长斑岩玢岩玢岩辉绿岩辉绿岩未碰到岩脉、岩岩脉、岩床、岩盘床、岩盘喷喷出出玻璃状，有时为细粒斑状，矿物难用肉眼判别流纹岩流纹岩粗面岩粗面岩安山岩安山岩玄武岩玄武岩未碰到熔岩流熔岩流玻璃状或碎屑状玻璃状或碎屑状黑耀岩、浮石、火山凝灰岩、火山碎屑岩、火山玻璃黑耀岩、浮石、火山凝灰岩、火山碎屑岩、火山玻璃火山喷出堆积物第33页/10/10沉积岩沉积岩形成过程普通能够分为先成岩石破坏（风化作用和剥蚀作用）、搬运作用、沉积作用和硬结成岩作用等几个相互衔接阶段。但这些作用有时是错综复杂和互为因果，如岩石风化提供剥蚀条件，而岩石被剥蚀后又提供继续风化条件；n 风化、剥蚀产物提供搬运条件，而岩石碎屑在搬运中又可作为进行剥蚀作用“武器”；物质经搬运而后沉积，而沉积物又可受到剥蚀破坏重新搬运。第34页/10/10第35页/10/10第36页/10/10玉门关雅丹魔鬼城魔鬼城 第37页/10/10沉沉 积积 岩岩 分分 类类 简简 表表 表表1-3岩岩 类类结结 构构岩石分岩石分类名称类名称主要亚类及其组成物质主要亚类及其组成物质碎碎屑屑岩岩类类火火山山碎碎屑屑岩岩碎碎屑屑结结构构粒径粒径100mm火山集火山集块岩块岩主要由大于100mm熔岩碎块、火山灰尘等经压密胶结而成粒径粒径1002mm火山角火山角砾岩砾岩主要由1002mm熔岩碎屑、晶斜、玻屑及其它碎屑混入物组成粒径粒径2mm凝灰岩凝灰岩由50%以上粒径2.00mm砾岩砾岩角砾岩 有带棱角胶粒经胶结而成砾岩 由辉圆砾石经胶结而成沉沉积积碎碎屑屑岩岩砂质结构砂质结构粒径粒径2.000.05mm砂岩砂岩石英砂岩石英砂岩 石英含量石英含量90%、长石和岩屑、长石和岩屑10%长石砂岩长石砂岩 石英含量石英含量25%、岩屑、岩屑10%岩屑砂岩岩屑砂岩 石英含量石英含量75%、长石、长石25%粉状结构粉状结构粒径粒径0.050.005mm 粉砂岩粉砂岩主要由石英、长石粉、粘粒及粘土矿物组成粘土粘土岩类岩类泥质结构泥质结构粒径粒径90%、粘土矿物、粘土矿物10%泥灰岩泥灰岩 方解石含量方解石含量75%50%、粘土矿物、粘土矿物25%50%白云岩白云岩白云岩白云岩 白云石含量白云石含量90%100%、方解石、方解石10%灰质白云岩灰质白云岩 白云石含量白云石含量50%75%、方解石、方解石50%25%第38页/10/10变质岩变质岩是在高温高压和矿物质混合作用下由一个石头自然变质成另一个石头。质变可能是重结晶、纹理改变或颜色改变。变质岩是在地球内力作用，引发岩石结构改变和改造产生新型岩石。这些力量包含温度、压力、应力改变、化学成份。固态岩石在地球内部压力和温度作用下，发生物质成份迁移和重结晶，形成新矿物组合。如普通石灰石因为重结晶变成大理石。变质岩是组成地壳主要成份，普通变质岩是在地下深处高温（要大于150）高压下产生，以后因为地壳运动而出露地表。普通变质岩分为两大类，一类是变质作用作用于岩浆岩（火成岩），形成变质岩成为正变质岩；另一类是作用于沉积岩，生成变质岩为副变质岩。第39页/10/10岩石岩石最初形成形成时成份对它以后形成形成什么样变质岩是很主要。不一样成份能够形成不一样变质岩。同时，在岩石发生变质过程中，压力和温度也是非常主要原因，不一样压力或温度也可形成不一样变质岩。第40页/10/10这是一块由砂岩（属沉积岩）形成变质岩。放大后我们能够清楚地看到其中均匀分布着石英晶体。第41页/10/10高温条件下形成区域变质岩变质岩,如暗色麻粒岩、浅色麻粒岩等 第42页/10/10变质岩体第43页/10/10变质岩体第44页/10/10变质岩体第45页/10/10变变 质质 岩岩 分分 类类 简简 表表 表表2-6岩类岩类结构岩石岩石名称名称主要亚类及其矿物成份原原 岩岩片片理理状状岩岩类类片麻状结构片麻岩片麻岩花岗片麻岩：长石、石英、云母为主，其次为花岗片麻岩：长石、石英、云母为主，其次为角闪石，有时含有石榴子石角闪石，有时含有石榴子石角闪石片麻岩：长石、石英、角闪石为主，其角闪石片麻岩：长石、石英、角闪石为主，其次为云母，有时含有石榴子石次为云母，有时含有石榴子石中酸性岩浆岩、粘中酸性岩浆岩、粘土岩、粉砂岩、砂土岩、粉砂岩、砂岩岩片状结构片岩片岩云母片岩：云母、石英为主，其次有角闪石等云母片岩：云母、石英为主，其次有角闪石等滑石片岩：滑石、绢云母为主，其次有绿泥石、滑石片岩：滑石、绢云母为主，其次有绿泥石、方解石等方解石等绿泥石片岩：绿泥石、石英为主，其次有滑石、绿泥石片岩：绿泥石、石英为主，其次有滑石、方解石等方解石等粘土岩、砂岩、中粘土岩、砂岩、中酸性火山岩、超基酸性火山岩、超基性岩、白云质泥灰性岩、白云质泥灰岩岩中基性火山岩、白中基性火山岩、白质泥灰岩质泥灰岩千枚状结构千枚岩千枚岩以绢云母为主，其次有石英、绿泥石等以绢云母为主，其次有石英、绿泥石等粘土岩、粘土质粉粘土岩、粘土质粉砂岩、凝灰岩砂岩、凝灰岩板状结构板岩板岩粘土矿物、绢云母、石英、绿泥石、黑云母、粘土矿物、绢云母、石英、绿泥石、黑云母、白云母等白云母等块块状状岩岩类类块状结构大理岩大理岩方解石为主，其次有白云石等方解石为主，其次有白云石等石灰岩、白云岩石灰岩、白云岩石英岩石英岩方解石为主，有时含有绢云母、白云母等方解石为主，有时含有绢云母、白云母等砂岩、硅质岩砂岩、硅质岩蛇纹岩蛇纹岩蛇纹石、滑石为主，其次有绿泥石、方解石等蛇纹石、滑石为主，其次有绿泥石、方解石等超基性岩超基性岩第46页/10/10含有细粒变晶结构和致密块状结构热接触变质岩接触变质岩 第47页/10/10动力变质动力变质作用最常见岩石类型是糜棱岩岩，其次为结构角砾岩岩、千糜岩岩等。第48页/10/10区域变质区域变质作用，是由地壳运动所引发大范围变质现象。第49页/10/10区域变质片麻岩区域变质大理岩第50页/10/101.3 岩石物理性质岩石物理性质是指由岩石固有物质组成和结构特征所决定容重比重孔隙率 等基本属性。第51页/10/101.容重容重 岩石单位体积（包含岩石孔隙体积）重力，称为岩石容岩石单位体积（包含岩石孔隙体积）重力，称为岩石容重。重。表示式：表示式：容重（容重（KN/m3）W 岩石重力（岩石重力（KN）V 岩石体积（岩石体积（m3）依据岩石含水程度不一样，岩石容重可分为干容重、依据岩石含水程度不一样，岩石容重可分为干容重、湿容重、饱和容重。湿容重、饱和容重。1.3 岩石物理性质第52页/10/102.2.密度密度(1)天然密度天然密度式中式中 m岩石试件总质量；岩石试件总质量；V该试件总体积。该试件总体积。1.3 岩石物理性质第53页/10/10(2)饱和密度饱和密度岩石中固体质量；岩石中固体质量；孔隙体积；孔隙体积；水密度。水密度。（3）干密度）干密度1.3 岩石物理性质第54页/10/103 3 岩石比重岩石比重G G绝对干燥时体积为绝对干燥时体积为V岩石固体部分重量；岩石固体部分重量；岩石固体部分体积（不包含孔隙体积）；岩石固体部分体积（不包含孔隙体积）；水容重。水容重。1.3 岩石物理性质第55页/10/104 4 岩石孔隙性岩石孔隙性(1)岩石孔隙比岩石孔隙比 e 孔隙体积；孔隙体积；固体体积。固体体积。1.3 岩石物理性质第56页/10/10(2)岩石孔隙率岩石孔隙率 n V 试件总体积。试件总体积。孔隙比与孔隙率关系：孔隙比与孔隙率关系：或采取此式计算或采取此式计算1.3 岩石物理性质第57页/10/10岩石容重(KNm3)比重孔隙率()花岗岩粗玄岩流纹岩安山岩辉长岩玄武岩砂岩页岩石灰岩白云岩片麻岩大理岩石英岩板岩26-2730-30.524-2622-2330-3128-2920-2620-2422-2625-2629-3026-2726.526-272.5-2.842.4-2.82.70-3.202.60-3.302.60-2.752.57-2.772.48-2.852.2-2.92.63-3.072.60-2.802.53-2.842.68-2.760.5-1.50.1-0.54-610-150.1-1.05-2510-305-201-50.5-1.50.5-20.1-0.50.1-0.50.1-0.5部分岩石容重、比重、孔隙率部分岩石容重、比重、孔隙率第58页/10/10岩石水理性质岩石水理性质（1）岩石含水率）岩石含水率 试件孔隙中水质量；试件孔隙中水质量；试件固体质量。试件固体质量。岩石与水相互作用时所表现性质称为岩石水理性，包含岩石吸水性、透水性、软化性和抗冻性。（%）5 5 岩石水理性岩石水理性1.3 岩石物理性质第59页/10/10（2）岩石吸水性岩石吸水性 岩石在一定条件下吸收水分性能称岩石吸水性，它取决于岩石孔岩石在一定条件下吸收水分性能称岩石吸水性，它取决于岩石孔隙数量、大小、开闭程度和分布情况。隙数量、大小、开闭程度和分布情况。指岩石在常温常压下吸入水质量与其烘干质量之比。（%）烘干岩样浸水48小时后总质量岩石吸水率岩石吸水率1.3 岩石物理性质表征岩石吸水性指标有：吸水率、饱合吸水率和饱水系数。第60页/10/10指岩石在强制状态（高压或真空，煮沸）下吸入水质量与其烘干质量之比。（%）为真空抽气饱和或煮沸后试件质量岩石饱水率岩石饱水率1.3 岩石物理性质岩石饱水系数岩石饱水系数（%）岩石吸水率与饱水率比值第61页/10/10(3)(3)岩石透水性岩石透水性岩石渗透性是指岩石能被水穿过性能。岩石透水性大小用渗透系数岩石渗透性是指岩石能被水穿过性能。岩石透水性大小用渗透系数衡量，它反应了岩石中孔隙大小、方向及其相互连通程度。衡量，它反应了岩石中孔隙大小、方向及其相互连通程度。假设岩石中渗流满足达西定律假设岩石中渗流满足达西定律qx沿沿x方向水流量；方向水流量；h水头高度；水头高度；A垂直于垂直于x方向截面面积；方向截面面积；K岩石渗透系数。岩石渗透系数。渗透系数物理意义渗透系数物理意义是介质对某种特定流体渗透能力，渗透系数大小是介质对某种特定流体渗透能力，渗透系数大小取决于岩石物理特征和结构特征。取决于岩石物理特征和结构特征。1.3 岩石物理性质第62页/10/10渗透系数试验确定方法渗透系数试验确定方法(1)常规渗透试验常规渗透试验Q单位时间内经过试样水量（单位时间内经过试样水量（m3）；）；L试件长度试件长度(m)；p试件两端压力差试件两端压力差(kPa)；A试试件断面面件断面面积积(m2)。第63页/10/10一些岩体渗透系数值一些岩体渗透系数值岩石名称岩石名称地质特征地质特征渗透系数渗透系数(cm/s)花花 岗岗 岩岩新鲜完整新鲜完整5610-2玄玄 武武 岩岩1.01.910-3安山质玄武岩安山质玄武岩弱裂隙中等裂隙强裂隙1.1610-31.1610-21.1610-1结晶片岩结晶片岩新鲜风化1.21.910-21.410-5凝灰质角砾岩凝灰质角砾岩1.52.310-4凝凝 灰灰 岩岩6.410-44.410-3石石 灰灰 岩岩小裂隙中裂隙大裂隙大管道1.410-72.410-43.610-35.310-24.08.5泥质页岩泥质页岩新鲜、微裂隙新鲜、微裂隙风化、中等裂隙风化、中等裂隙3.010-44510-4砂砂 岩岩新鲜新鲜、中等裂隙含有大裂隙4.410-5310-48.610-30.51.310-2第64页/10/10（4）岩石软化性）岩石软化性 岩石浸水后强度降低性能称为软化性，普通用软化系数表示。软化系数软化系数岩石饱和单轴抗压强度；岩石饱和单轴抗压强度；岩石干燥状态下单轴抗压强度。岩石干燥状态下单轴抗压强度。时，为软化性弱、抗水抗风化性和抗冻性强岩石；时，为软化性弱、抗水抗风化性和抗冻性强岩石；时，为工程地质性质较差岩石。时，为工程地质性质较差岩石。1.3 岩石物理性质第65页/10/101.4.1 岩石强度岩石在各种荷载作用下到达破坏时所能承受最大应力。进行强度试验所选取试件必须是完整岩块。1.4 岩石力学性质第66页/10/10取样要求：取样要求：完整岩块，不含节理裂隙完整岩块，不含节理裂隙第67页/10/10强度指标影响原因试件尺寸试件形状试件三维百分比加载速率湿度1.4 岩石力学性质第68页/10/101.定义定义：指岩石试件在无侧限条件下，受轴向压力作用破坏时单位面积上承受荷载。式中：P无侧限条件下轴向破坏荷载 A试件界面积1.4.2 岩石单轴抗压强度第69页/10/10标准试件尺寸高径比标准试件尺寸高径比 H/D:l 单轴压缩试验单轴压缩试验=2.02.5l 三轴压缩试验三轴压缩试验=2.02.5l 劈裂试验劈裂试验=0.5l 斜面剪切试验斜面剪切试验=1.0HD第70页/10/10第71页/10/10第72页/10/10 试验设备与仪器试验设备与仪器 测试内容测试内容 1.轴轴向荷向荷载载；2.轴轴向向变变形；形；3.径向变形；径向变形；4.轴向应变轴向应变；5.横向应变横向应变。普通压力机或万能材料试验机，最好普通压力机或万能材料试验机，最好采取电液伺服控制刚性试验机。采取电液伺服控制刚性试验机。岩石力学符号要求岩石力学符号要求压压 +拉拉 -2 2 岩石单轴压缩试验岩石单轴压缩试验 第73页/10/10试件轴向应力；试件轴向应力；P试件轴向荷载；试件轴向荷载；D,H试件直径和高度。试件直径和高度。体积应变体积应变 依据以上试验测量结果，能够绘制岩石轴向应力依据以上试验测量结果，能够绘制岩石轴向应力轴向应变关系曲线、轴向应变关系曲线、轴向应力轴向应力横向应变关系曲线、轴向应变横向应变关系曲线、轴向应变横向应变关系曲线以及轴向横向应变关系曲线以及轴向应力应力体积应变关系曲线等体积应变关系曲线等。2 2 岩石单轴压缩试验岩石单轴压缩试验 第74页/10/103.3.单向压缩试件破坏形态单向压缩试件破坏形态破坏形态有两类：（1）圆锥形破坏 原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应），在工程中也会出现。（2）柱状劈裂破坏 张拉破坏（岩石抗拉强度远小于抗压强度）是岩石单向压缩破坏真实反应（消除了端部效应）消除试件端部约束方法:润滑试件端部（如垫云母片；涂黄油在端部）加长试件 破坏形态是表现破坏机理主要特征；破坏形态是表现破坏机理主要特征；其主要影响原因：其主要影响原因：应力状态应力状态 试验条件试验条件第75页/10/10第76页/10/10第77页/10/10第78页/10/10第79页/10/10第80页/10/10第81页/10/10单轴抗压强度影响原因单轴抗压强度影响原因 不一样岩石类型、不一样结构、不一样部位，其岩石抗压强度有较大差异。影响岩石抗压强度原因较多，主要有：矿物成份。结晶岩石中石英矿物含量较多，其岩石强度就大；云母矿物越多，其岩石强度越低；浅色矿物多，强度大；深色矿物多，强度低。沉积岩石中碎屑颗粒成份，石英颗粒强度大于长石颗粒(胶结物相同时)。第82页/10/10结晶程度和颗粒大小 结晶岩石强度大于非结晶岩石；细粒结晶大于粗粒结晶强度。胶结程度 对沉积岩来说，胶结情况和胶结物对强度影响较大。硅质胶结石灰质(钙质)泥质；同类沉积岩，地质年代早晚。物理性质 孔隙率大，强度低；密度大，强度高。风化作用 风化对岩石强度影响大，岩石风化程度越高，其强度越低。第83页/10/10水作用 水对岩石强度有显著影响。水对岩石软化作用对工程极为不利，尤其是水利工程，水库蓄水后，水侵入岩石孔隙和裂隙，减弱了岩石颗粒间连接，使强度降低。试件尺寸和形状 对试验结果有影响。加荷速率 速率大，强度大。第84页/10/10在岩体工程中，岩体普通处于三向应力状态下，引用单向受力条件岩石试验来研究岩石变形、强度特征是不够，必须用三轴试验研究岩石在三向受力条件下变形及破坏规律。岩石在三向压缩荷载作用下，到达破坏时所能承受最大压应力。按应力组合方式，三轴试验可分为两种：1.4.3 岩石三轴抗压强度第85页/10/10加载方式加载方式1.4.3 岩石三轴抗压强度第86页/10/10第87页/10/10 常围压下岩石三轴压缩试验常围压下岩石三轴压缩试验 试件内应力状态为试件内应力状态为1.4.3 岩石三轴抗压强度第88页/10/10 试验装置试验装置第89页/10/10三轴室三轴室第90页/10/10 三向受压时岩石变形三向受压时岩石变形 大理岩应力与应变关系曲线大理岩应力与应变关系曲线返回第91页/10/10玄武岩玄武岩第92页/10/10石英闪长岩石英闪长岩第93页/10/10三向压应力作用下岩石变形特征：三向压应力作用下岩石变形特征：(1)围压靠近零时，大理岩试件在变形不大情况下就产生破坏，围压靠近零时，大理岩试件在变形不大情况下就产生破坏，这种破坏称为这种破坏称为脆性破坏脆性破坏，表现了通常所见到岩石脆性特征。，表现了通常所见到岩石脆性特征。(2)伴随围压增大，岩石在破坏以前总应变量也随之增大，而伴随围压增大，岩石在破坏以前总应变量也随之增大，而且主要是塑性变形变形量增大。当围压增大到一定范围以且主要是塑性变形变形量增大。当围压增大到一定范围以后，岩石变形就成为经典塑性流动。这说明了岩石变形和后，岩石变形就成为经典塑性流动。这说明了岩石变形和破坏性质会伴随应力状态改变而改变。破坏性质会伴随应力状态改变而改变。第94页/10/10(3)不不论论围围压压等等于于零零，或或是是大大于于零零，在在岩岩石石应应力力与与应应变变关关系系曲曲线线初初始始阶阶段段都都表表现现为为近近似似直直线线关关系系，说说明明了了当当主主应应力力差差数数值值在在一一定定范范围围内内，岩岩石石变变形形特特征征还还是是符符合合弹弹性性阶阶段段特特征征，而而当当主主应应力力差差超超出出了了某某一一范范围围时时，岩岩石石变变形形才才合合乎乎塑塑性性变变形特征。形特征。(4)当当围围压压较较小小时时，岩岩石石体体积积变变形形与与单单向向压压缩缩条条件件下下变变形形规规律律相相同同，即即，先先缩缩后后胀胀；扩扩容容现现象象将将伴伴随随围围压压增增大大而而逐逐步步减减弱弱，当当围围压压超超出出了了某某个个值值以以后后，扩扩容容现现象象将将会会完完全全消消失失。这是因为围压限制了试件横向膨胀。这是因为围压限制了试件横向膨胀。第95页/10/10(5)伴伴随随围围压压提提升升，岩岩石石将将由由脆脆性性材材料料逐逐步步变变为为延延性性材材料料，并并象象金金属属材材料料一一样样，表表现现出出显显著著塑塑性性流流动动特特征征。所所以以，不不能能简单地说岩石属于脆性材料。简单地说岩石属于脆性材料。岩石三轴抗压强度特征岩石三轴抗压强度特征(1)岩石三轴抗压强度会伴随围压提升而显著增大岩石三轴抗压强度会伴随围压提升而显著增大;(2)当围压增大到一定程度以后，在应力与应变关系曲线上已当围压增大到一定程度以后，在应力与应变关系曲线上已没有显著峰值没有显著峰值;(3)假如继续增大围压，岩石强度将靠近无限大。假如继续增大围压，岩石强度将靠近无限大。第96页/10/10三轴试验结果整理三轴试验结果整理莫尔圆与包络线莫尔圆与包络线强度曲线强度曲线第97页/10/10第98页/10/10第99页/10/10第100页/10/10第101页/10/10第102页/10/10第103页/10/10第104页/10/10第105页