1、岩体力学第二章岩石的基本物理力学性质 资源与环境工程学院宁建国 山东科技大学资源与环境工程学院 第二章岩石的基本物理力学性质 2 1岩石的基本物理性质2 2岩石的强度特性2 3岩石的变形特性2 4岩石的强度理论 山东科技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 提纲 岩石的密度指标 岩石的孔隙性 2 1岩石的基本物理性质 岩石的水理性质 岩石的抗风化指标 岩石的其他性质 山东科技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 空气水固体颗粒 山东科技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 1 天然密度 定义 岩石在自然条件下 单位体积的质量 计算公式 试验方法 称重法 精度
2、0 01g g cm3 量尺 天平 一 岩石的密度指标 山东科技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 含遇水溶解 遇水膨胀矿物成分的岩石 量尺 石蜡 水槽 天平 山东科技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 2 饱和密度 定义 岩石中的孔隙全被水充填时单位体积的质量 计算公式 g cm3 试验方法 浸水法 抽真空法 煮沸法 水槽 真空机 煮沸箱 山东科技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 3 干密度 定义 岩石孔隙中的水全部蒸发 试件中仅有固体和气体的状态下 单位体积的质量 计算公式 g cm3 试验方法 烘干法 温度 105 110 时间 24h 山东科
3、技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 4 重力密度 定义 单位体积中岩石的重量 计算公式 KN m3 山东科技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 5 岩石的颗粒密度 定义 岩石固体物质的质量与固体的体积之比 计算公式 g cm3 试验方法 比重瓶法 山东科技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 磨碎 过筛 烘干 称重 测体积 煤油或纯水 摇晃 静置4h 查表修正 山东科技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 二 岩石的孔隙性 1 岩石的孔隙比e 定义 孔隙的体积与固体体积之比 计算公式 2 岩石的孔隙率n 定义 孔隙的体积与试件总体积的比值
4、以百分率表示 计算公式 山东科技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 试验方法 压汞法 间接法 干密度 岩石的颗粒密度 孔隙比与孔隙率的关系 压汞仪 2 1岩石的基本物理性质 山东科技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 三 岩石的水理性质 1 岩石的含水率w 定义 岩石孔隙中含水的质量与固体质量之比的百分数 计算公式 试验方法 燃烧法 铝盒 支架 天平 酒精灯 2 1岩石的基本物理性质 温度 105 110 时间 24h 烘干法 天平 烘箱 山东科技大学资源与环境工程学院 2 1岩石的基本物理性质 2 岩石的渗透性 定义 岩石在一定的水力梯度作用下 水穿透岩石的能力
5、计算公式 m3 s 试验方法 达西法 x y 1856年达西 Darcy 在研究城市供水问题时进行的渗流试验 2 1岩石的基本物理性质 有水可以透过岩石的孔隙 裂隙而流动 岩石能透过水的能力称为岩石的渗透性 不同岩石或裂隙性不同的岩石的渗透性不同 渗透性的大小用渗透系数K表示 某些岩石的渗透系数K cm s 2 1岩石的基本物理性质 岩石渗透试验仪 轴向渗透 2 1岩石的基本物理性质 径向渗透试验示意图 b 径向渗透试验时 其渗透系数计算 2 1岩石的基本物理性质 四 岩石的抗风化指标 1 软化系数 计算公式 定义 岩石干燥状态下的单轴抗压强度Rcd和饱和单轴抗压强度Rcs的比值 说明 一般小
6、于1或等于1 越小 表示岩石受水的影响越大 2 1岩石的基本物理性质 2 岩石耐崩解性指数 Id 计算公式 定义 通过对岩石试件进行烘干 浸水循环试验所得到的指数 直接反映了岩石在浸水和温度变化的环境下抵抗风化作用的能力 经两次循环试验而求得的耐崩解性指数 试验前试块的烘干质量 残留在圆筒内试块的烘干质量 试验方法 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20r s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 1岩石的基本物理性质 3 岩石的膨胀性 计算公式 定义 岩石试件在无任何约束的条件下浸水后所产生的膨胀变形与试件
7、原尺寸的比值 岩石的自由膨胀率 径向自由膨胀率 轴向自由膨胀率 分别为浸水后岩石试件轴向和径向膨胀变形量 H D 分别为岩石试件试验前的高度和直径 2 1岩石的基本物理性质 试验方法 将加工完成的试件侵入水中 按一定的时间间隔测量其变形量 3次的读数差值不大于0 001mm 计算公式 定义 具有侧向约束的岩石试件浸水后 使岩石试件产生轴向膨胀变形而求得的膨胀率 岩石的侧向约束膨胀率 VHP 侧向约束的岩石试件浸水后 岩石试件产生轴向膨胀变形 2 1岩石的基本物理性质 膨胀压力 定义 岩石试件浸水后 使试件保持原有体积所施加的最大压力 试验方法 先加预压0 01MPa 变形稳定后 浸水 岩石遇水
8、膨胀的变形量大于0 001mm时 施加一定的压力 试件保持原有的体积 测量试件保持不变时的最大压力 2 1岩石的基本物理性质 五 岩石的其他指标 岩石硬度 影响岩石可钻性 热传导 影响硐室冷热流的存储和地热回收 热膨胀系数 2 1岩石的基本物理性质 2 1岩石的基本物理性质 有一个7cm 7cm 14cm试样 其质量为900g 用球磨机磨成岩粉并进行风干 天平称得其质量为870g 取其中岩粉100g作颗粒密度实验 岩粉装入李氏瓶前 煤油的读数为0 9cm3 装入岩粉后静置半小时 得读数为26 7cm3 求 该岩石的天然密度 干密度 颗粒密度 岩石天然孔隙率 不计煤油随温度的体积变化 P4810
