第二章岩石的基本物理力学性质第一节公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

第二章第二章 岩石基本物理力学性质岩石基本物理力学性质 第一节第一节 概述概述 岩石基本物理力学性质是岩体最基本、最主要性质之一，也是岩石力学学科中研究最早、最完善内容之一。第1页第1页 第一节第一节 基本物理性质基本物理性质 液相液相 气气相相 固相固相 VaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积第2页第2页第3页第3页一、岩石质量指标（一）密度和比重 1、岩石密度：单位体积内岩石质量。岩石含：固相、液相、气相。三相百分比不同而密度不同。第4页第4页（1 1）天然密度：自然状态下，单位体积质量）天然密度：自然状态下，单位体积质量 mm岩石总质量；岩石总质量；VV总体积。总体积。第5页第5页（2 2）饱和密度：岩石中孔隙被水充填时单位）饱和密度：岩石中孔隙被水充填时单位体积质量（水中浸体积质量（水中浸4848小时）小时）V VV V孔隙体积孔隙体积第6页第6页（3 3）干密度：岩块中孔隙水所有蒸发后）干密度：岩块中孔隙水所有蒸发后 单位体积质量（单位体积质量（108108烘烘2424h h）第7页第7页（3 3）重力密度）重力密度 单位体积中岩石重量，通常称为重度。单位体积中岩石重量，通常称为重度。这个指标由密度乘上重力加速度而得。其采用这个指标由密度乘上重力加速度而得。其采用单位为单位为kN/mkN/m3 3.密度指标是工程中应用最广泛参数之密度指标是工程中应用最广泛参数之一，它不但反应岩石致密程度，还用于计算一，它不但反应岩石致密程度，还用于计算岩体自重应力。岩体自重应力。第8页第8页（4 4）岩石颗粒密度）岩石颗粒密度 岩石颗粒密度是指岩石固体物质质量与岩石颗粒密度是指岩石固体物质质量与固体体积之比值。固体体积之比值。岩石颗粒密度采用比重瓶法测定第9页第9页二、岩石孔隙性二、岩石孔隙性 反应裂隙发育程度指标反应裂隙发育程度指标（一）孔隙比e 孔隙体积与固体体积之比VV孔隙体积（水银充填法求出）第10页第10页（二）孔隙率n 孔隙体积与试件总体积之比值(%)en关系关系第11页第11页天然状态下饱和状态下三、岩石水理性质三、岩石水理性质 （一）含水性（一）含水性1、含水率：岩石孔隙中含水量mW与固体质量之比百分数第12页第12页2、吸水率：岩石吸入水质量与固体质量之比wa为自由吸水率，wsa为饱和吸水率第13页第13页 岩石自由吸水牢试验办法采用浸水法，岩石自由吸水牢试验办法采用浸水法，而饱和吸水率采用抽真空法或者煮沸法试而饱和吸水率采用抽真空法或者煮沸法试验来求得岩石吸水率。验来求得岩石吸水率。吸水率是一个间接反应岩石内孔隙多吸水率是一个间接反应岩石内孔隙多少指标，与岩石含水率同样，对于软岩它少指标，与岩石含水率同样，对于软岩它是一个比较主要参数是一个比较主要参数。第14页第14页 （二）（二）渗入性渗入性 在一定水压作用下，水穿透岩石能力。反应了岩石中裂隙向互相连通程度，大多渗入性可用达西（Darcy）定律描述：（m3/s）水头改变率；qx沿x方向水流量；h水头高度；A垂直x方向截面面积；k渗入系数。第15页第15页 水在岩体中渗流是由水头差或水力梯度引起。水头定义为：式中：h为总水头，v为流速，u水压(kPa),z为基准面高程 水在岩体中渗流时，速度很慢，由速度引起水头项能够忽略。第16页第16页ABLh1h2zAzBh h00基准面基准面水力坡降线水力坡降线总水头总水头单位重量水体所含有能量单位重量水体所含有能量z：位置水头：位置水头u/u/w w：压力水头：压力水头V2/(2g)：流速水头流速水头0 0A点总水头：点总水头：B点总水头：点总水头：总水头：总水头：水力坡降：水力坡降：水头差：水头差：测管水头测管水头第17页第17页试验前提试验前提：层流层流 h,Q A,Q L,Q断面平均流速断面平均流速 水力坡降水力坡降 试验结果试验结果试验装置：试验装置：如图如图 试验条件试验条件:h1，A，L=const 量测变量量测变量:h2，V，T h=h1-h2Q=V/T第18页第18页达西定律达西定律 渗入定律 在层流状态渗流中，渗入速在层流状态渗流中，渗入速度度v与水力坡降与水力坡降i一次方成正比，一次方成正比，并与土性质相关。并与土性质相关。k:反应土透水性能百分比系反应土透水性能百分比系 数，称为渗入系数数，称为渗入系数 物理意义：物理意义：水力坡降水力坡降i1 1时渗流速度时渗流速度 单位：单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day第19页第19页 就普通工程而言，所关怀是渗入系数K大小。渗入系数K是利用径向渗入试验而得到。所谓径向渗入试验，是采用钻有一同心轴内孔岩芯，使这空心圆柱体试样在水力梯度作用下，液体能够产生径向流动，并测得液体沿着岩石内裂隙网流动时各参数，进而求得岩石渗入系数。岩石渗入性对于处理一些实际问题含有直接意义，比如：在地下洞室中贮存液体；评价水库渗水性；排除深埋洞室渗水等。但是，就渗入性而言，岩体渗入特性远比岩石渗入性来得主要，原因是岩体中存在不连续面，使其渗入系数要比岩石大得多。当前，国外已有些人正在进行现场岩体渗入性试验研究，这是研究岩石渗入性方向。第20页第20页四、岩石抗风化指标（四、岩石抗风化指标（3 3类）类）(1)(1)软化系数软化系数（表示抗风化能力指标）Rcc饱和单轴抗压强度、Rcd干燥单轴抗压强度；（）越小，表示岩石受水影响越大。软化系数是指岩石饱和单轴抗压强度与干燥状态下单轴抗压强度比值。它是岩石抗风化能力一个指标，反应了岩石遇水强度减少一个参数。第21页第21页耐崩解性指数是通过对岩石试件进行烘干，浸水循环试验所得指标。试验时，将烘干试块，约500g，分成10份，放入带有筛孔圆筒内，使圆筒在水槽中以20rmin 速度连续转10分钟，然后将留在圆筒内石块取出烘干称重。如此重复进行两次，按下式计算耐崩解性指数：(2)(2)岩石耐崩解性指数岩石耐崩解性指数 试验前试件烘干质量试验前试件烘干质量 ；残留在筒内试件烘干；残留在筒内试件烘干质量质量第22页第22页 1 1、自由膨胀率、自由膨胀率：无约束条件下，浸水后胀变形与原尺寸 之比轴向自由膨胀轴向自由膨胀 （%）径向自由膨胀径向自由膨胀 （%）D直径 H试件高度（3）岩石膨胀性）岩石膨胀性 含有粘土矿物岩石，遇水后台发生膨胀现象评价膨胀性岩体工程稳定。第23页第23页2 2、侧向约束膨胀率、侧向约束膨胀率 有侧向约束条件下，浸水后岩石仅发生轴向膨胀变形而求得膨胀率。钢模具钢模具有机玻璃板有机玻璃板试样试样第24页第24页(3)膨胀压力膨胀压力 膨胀压力是指岩石试件浸水后，使试件保持原膨胀压力是指岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加最大压力。其试验办法为先加预乐有体积所施加最大压力。其试验办法为先加预乐0.01MPa，岩石试件变形稳定后，将试件浸入水中，岩石试件变形稳定后，将试件浸入水中，当岩石遇水膨胀变形量不小于当岩石遇水膨胀变形量不小于0.001mm时，施时，施加一定压力，使试件保持原加一定压力，使试件保持原有体积，通过一段时间实有体积，通过一段时间实验测量试件保持不再改变验测量试件保持不再改变(变变形趋于稳定形趋于稳定)时最大压力。时最大压力。荷载荷载P荷载荷载P钢模具钢模具注水孔注水孔第25页第25页