1、岩石力学与工程,绪论第1章 岩体地质与结构特征第2章 岩块的物理力学性质第3章 结构面的变形与强度性质第4章 岩体力学性质第5章 工程岩体分类第6章 岩体天然应力第7章 岩体本构关系与强度理论第8章 边坡岩体稳定性分析第9章 地下洞室围岩稳定性分析第10章 地基岩体稳定性分析,课程内容,基本理论,工程应用,第2章 岩块的物理力学性质,2.1概述2.2 岩石的物理性质2.3 岩石的水理性质2.4 岩石的热学性质2.5 岩石的变形性质2.6 岩石的强度性质,2.1 概述,岩体性质接近岩块性质时岩块是岩体的组成部分评价石材性能评价岩石的可钻性和可破碎性工程岩体分类,均需研究相关岩块的物理力学性质,2
2、.2 岩石的物理性质,岩石和土一样，是由固体、液体和气体三相组成的。定义：物理性质是指岩石由于三相组成的相对比例关系不同所表现的物理状态。一、岩石的密度二、岩石的空隙性,一、岩石的密度,1、颗粒密度(s) s= ms/Vs 2、块体密度() =m/V注意： （1）s与的区别 (s) （2）s与的单位 （g/cm3 kg/m3） （3）测试方法（s-比重瓶法；-量积法或蜡封法）,第2章 岩石的物理力学性质,质量m,体积V,常见岩石的物理性质指标值,第2章 岩石的物理力学性质,重力加速度，近似取10m/s2,工程中常用重度来表示单位体积岩石的重力,第2章 岩石的物理力学性质,（108烘24h）,（
3、浸水48h）,二、岩石的空隙性,总空隙率(n)总开空隙率(no)大开空隙率(nb)小开空隙率(na)闭空隙率(nc),岩石的空隙(裂隙、孔隙),闭空隙,开空隙,大开空隙,小开空隙,空隙比,岩石空隙率,第2章 岩石的物理力学性质,一般提到的岩石空隙率指总空隙率n一般空隙率越大，岩块的强度越小、塑性变形和渗透性越大。空隙率越大，可以使岩溶越发育,第2章 岩石的物理力学性质,2.3 岩石的水理性质,定义：岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有： 1.吸水性 2.软化性 3.抗冻性 4.透水性,第2章 岩石的物理力学性质,一、岩石的吸水性,1.吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条
4、件下自由吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示,取决于孔隙和裂隙的数量、大小及其开启程度，受岩石成因、时代及岩性影响,第2章 岩石的物理力学性质,在一定的试验条件下吸收水 分的能力,2.饱和吸水率Wp是指岩石试件在高压(一般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量(mw2)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示，即,反映岩石总开空隙的发育程度。可间接判定岩石的抗风化能力和抗冻性。,第2章 岩石的物理力学性质,3.饱水系数,岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(Wp)之比，称为饱水系数。它反映了岩石中大、小开空隙的相对比例关系。饱水系数越大，岩石中的大开空隙相对越多，小开空隙
5、相对越少。饱水系数越大，说明常压下吸水后余留的空隙越少，岩石越易被冻胀破坏，抗冻性差。,第2章 岩石的物理力学性质,几种岩石的吸水性指标值,二、岩石的软化性,软化系数(KR)为岩石试件的饱和抗压强度(cw)与干抗压强度(c)的比值,岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，大开空隙较多，岩石的软化性较强，软化系数较小。KR0.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好KR0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差,第2章 岩石的物理力学性质,浸水饱和后强度降低的性质,常见岩石的物理性质指标值,第2章 岩石的物理力学性质,三、岩石的抗冻性,抗冻系数(Rd)：反复冻融后与冻融前干抗压强度之比，用百分数表示,
6、质量损失率(Km)：冻融试验前后干质量之差(ms1ms2)与试验前干质量(ms1)之比，以百分数表示,Rd75，Km2，抗冻性高吸水率Wa5、软化系数KR0.75，饱水系数小于0.8的岩石，抗冻性高。,第2章 岩石的物理力学性质,抵抗冻融破坏的能力,冻融破坏原因,岩石中各组成矿物的体膨胀系数不同，以及在岩石变冷时不同层中温度的强烈不均匀性，而产生内部应力。岩石空隙中冻结水的冻胀作用，使得体积增大产生膨胀压力，使得岩石结构和连接遭到破坏。,第2章 岩石的物理力学性质,四、岩石的透水性,在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过的性质，称为透水性。一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流动一
7、样，也服从于线性渗流规律达西定律，即,U渗流速度；K渗透系数；J水力梯度,渗透系数K大小取决于岩石中空隙的数量、规模及连通情况,第2章 岩石的物理力学性质,几种岩石的渗透系数值,第2章 岩石的物理力学性质,五、岩石的膨胀性,1、自由膨胀率轴向径向2、侧向约束膨胀率3、膨胀压力是指岩石试件浸入水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。,岩石浸水后体积增大的性质,六、岩石的崩解性,指岩石与水相互作用时失去黏结性，并变成完全丧失强度的松散物质的性能。耐崩解性指数是通过对岩石试件进行烘干，浸水循环试验所得的指标。试验时，将烘干的试块约500g分成10份，放入带有筛孔的圆筒内，使圆筒在水槽中以20rs速度连续转10分钟，然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重。如此反复进行两次。,2.4 岩石的热学性质,岩石内或岩石与外界的热交换方式传导传热 普遍对流传热 地下水渗流带内进行辐射传热 只发生在地表面常用热学性质指标比热容、热导率热扩散率、热膨胀系数,温度对岩石特性的影响温度对岩体力学性质的影响温度变化引起的热应力的影响各种岩石的抗压强度与变形模量随温度降低而提高,2.4 岩石的热学性质,
