岩石物理性质PPT课件

1、 岩石是构成地壳表层岩石圈的主 题，目前人类前所未有地、广泛 地接触和改造岩体； 20世纪被誉为高层建筑的世纪， 而21世纪出于环境保护等方面的 原因，人类将要向地下索取更多 的空间，因此专家预言21世纪将 是地下工程的世纪。 2.1 概述 岩石是赋存于自然界中的十分复杂的介质， 是自然界各种矿物的集合体； 岩石形成后遭受了不同的地质作用，包括 地应力变化、构造运动、风化作用以及人 类的改造作用； 因此，岩石的力学性质表现出非线性、不 连续性、不均质性和各向异性； 岩石力学需要以实验为基础，为数值计算 等提供基础数据，这是数值计算及工程施 工的基础； +2m 2.1 概述 2.2 2.2 岩石

2、的基本构成和分类岩石的基本构成和分类 岩石是矿物的集合体，是天然地质作用的产物。 岩石是构成岩体的基本组成单位，在以岩体为研究对象时，可以看成 是均匀的； 岩石中存在微裂隙、粒间空隙、晶格缺陷等微结构面； 岩石的基本构成 岩石中微结构面包括：岩石中微结构面包括：晶粒边界、微裂隙、粒间空隙、晶格缺陷等晶粒边界、微裂隙、粒间空隙、晶格缺陷等 岩石的基本构成 岩石的基本构成是由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的岩石的基本构成是由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的 n造岩矿物主要有：正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石、方解石、 白云石、高岭石、赤铁矿等，岩石中矿物成分会影响

3、岩石的物理力学性质和稳定性； n岩石的结构类型：结晶连接、胶结连接、微结构面（包括矿物的解理、晶格缺陷、晶 粒边界、粒间空隙、微裂隙等）； 微结构对于岩石物理力学性质的影响微结构对于岩石物理力学性质的影响 n大大降低岩石的强度（格里菲斯理论的解释，在低围压下明显）； n微结构面具有方向性，致使岩石各向异性； n增大了岩石的变形，改变岩石的弹性波速、电阻率和导热系数等物理参数； 岩石的地质成因分类 可以分为岩浆岩、沉积岩和变质岩可以分为岩浆岩、沉积岩和变质岩 岩浆岩：岩浆岩：岩浆冷凝后形成的，又可分为深成岩、浅成岩和喷出岩（火山岩）； n深成岩常见岩石：花岗岩、闪长岩、花岗闪长岩、石英闪长岩；

4、n浅成岩常见岩石：花岗斑岩、闪长玢岩、伟晶岩、辉绿岩； n喷出岩常见岩石：玄武岩、安山岩和流纹岩 沉积岩（水成岩）：沉积岩（水成岩）：由风化剥蚀作用或火山作 用形成的物质，在原地或被外力搬运，在适当 的条件下沉积下来，经胶结和成岩作用而形成的；又细分为：火山碎屑岩、胶结碎屑岩、粘土 岩、化学岩和生物岩； n火山碎屑岩常见岩石：火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩； n胶结碎屑岩常见岩石：各种砾岩、砂岩、粉砂岩、胶结碎屑岩； n粘土岩常见岩石：页岩、泥岩； n化学岩和生物岩常见岩石：碳酸盐类岩石（石灰岩和白云岩） 岩石的地质成因分类 变质岩：变质岩：在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后形成的。可分为

5、 接触变质岩、动力变质岩、区域变质岩； 动力变质岩常见岩石：压碎岩、角砾岩、糜棱岩； 区域变质岩常见岩石：片麻岩、片岩、千枚岩、板岩、石英岩、大理 岩； 岩石的地质成因分类 2.3 岩石的物理性质 2.3.1 岩石的容重 2.3.2 岩石的比重 2.3.3 岩石的孔隙性 2.3.4 岩石的水理性 岩石的容重岩石的容重指岩石单位体积（包括岩石内孔隙体积）的重量。岩 石容重表达式为 式中，为岩石容重（kN/m-3）；W为被测岩样的重量（kN）；V 为被测岩样的体积（m3）。 岩石的容重取决于组成岩石的矿物成分、孔隙发育程度及其含水 量。岩石容重的大小，在一定程度上反映出岩石力学性质的优劣。 一般地

6、，岩石容重愈大，其力学性质也愈好，反之则愈差。 V W 2.3.1 岩石的容重 2.3.1 岩石的容重 n岩石力学计算及工程设计中常用到岩石容重。根据岩石的含 水状况，将容重分为天然容 重（ ）、干容重（ ）和饱和容重（ ）。 d w 2.3.1 岩石的容重 测量岩石的容重可采用量积法（直接法）、水中法和蜡封法。选用依据岩石的性质和形态 量积法测定岩石容重量积法测定岩石容重 n适用于能制备成规则试样的岩石。 n测定试件的平均断面面积A，平均高度h 以及试样的重量W，代入式容重表达式即求得岩石 的天然容重。 n若试样在105 110 温度下烘干24小时称重，可测定岩石的干容重（ ）： gs岩样烘

7、干24小时后的重量（kN） d hA g s d 2.3.1 岩石的容重 水中称重法测定岩石的容重水中称重法测定岩石的容重 n首先称量出不规则岩样的重量（W），再根据阿基米德原理测定出不规则岩样的体积（V），由 容重公式求得天然容重（ ）。 n还可用同一岩样测定岩石的吸水率和饱和吸水率。 n不适用于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石。 蜡封法测定岩石容重蜡封法测定岩石容重 n计算岩石干容重的公式为： gs为干岩样重量；g1为蜡封后的岩样重量；g2为浸入纯水中称得的重量； 为蜡的容重。 n适用于前两种方法不能测定的的岩石。 n s d gg gg g 21 21 n 岩石的比重：岩石的比重：岩石固体

8、部分重量与4时同体积水的重量的比值，即 2.3.2 岩石的比重 ws s s V W G 式中，Gs为岩石的比重；Ws为体积为V的岩石固体部分的重量（kN）；Vs为岩石固体部分（不 包括孔隙）的体积（m3）；rw为4时单位体积水的重量（kN/m-3）。 岩石的比重，数值上等于其密度。 2.3.3 岩石的孔隙性 n天然岩石中含有数量不等、成因各异的孔隙和裂隙，它们对岩石力学的影响基本一致，工 程实践中难以分开，通称为岩石的孔隙性。用孔隙率孔隙率n表示。 n岩石的孔隙率岩石的孔隙率n是指岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值，以百分数表示。 岩石的孔隙 (裂隙、孔隙) 闭孔隙 开孔隙 大开孔隙 小开孔隙

9、 总孔隙率(n) 总开孔隙率(no) 大开孔隙率(nb) 小开孔隙率(ns) 闭孔隙率(nc) %100 0 0 V V n v %100 V V n vb b b vs s nn V V n 0 %100 0 %100nn V V n vc c %100)1(%100 s dv V V n 岩石 孔隙 率 2.3.3 岩石的孔隙性 1 d s s V V V e 隙比 孔隙率是衡量岩石工程质量的重要物理性质指标之一。岩石的孔隙率反映了孔隙和裂隙在岩石中所 占的百分比，孔隙率愈大，岩石力学性能则愈差。 2.3.3 岩石的孔隙性 吸水性吸水性 定义：岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石

10、的吸水 性。 吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条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 %100 2 1 w w a m m W %100 d d a w aVb b W W V V n 2.3.4 岩石的水理性质 岩石的水理性质岩石的水理性质指岩石与水相互作用时所表现的性质，包括岩石的吸水性、透水性、软化性和抗 冻性。 n饱和吸水率饱和吸水率 岩石的饱和吸水率(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 %100 2 s w p m m W n饱水系数饱水系数 岩石的吸

11、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。 %100 d d 0 0 Wp W V V n w p V 岩石的吸水性 岩石的吸水性 国外采用高压设备高压设备，测定岩石的饱和吸水率；国内常用真空抽气法真空抽气法或煮沸法煮沸法测定饱和吸水率。 岩石的透水性岩石的透水性 在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过被水透过的性质，称为透 水性。 水只能沿连通孔隙渗透，主要决定于岩石孔隙的大小、方向及其互相 连通情况 一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流动一样，也服从于线 性渗流规律达西定律达西定律，即 KJU 几种岩石的渗透系数值几种岩石

12、的渗透系数值 岩石的软化性岩石的软化性 岩石浸水饱和后强度降低强度降低的性质，称为软化性， 软化系数软化系数(KR)为岩石试件的饱和抗压强度(cw)与干抗压强度(c)的比 值 c cw R K n岩石中含有较多的亲水性亲水性和可溶性可溶性矿物，大开孔隙孔隙较多，岩石的软化性较强，软化系数较小。 nKR0.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好 nKR0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差 岩石的抗冻性岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏冻融破坏的能力，称为抗冻性。 抗冻系数抗冻系数(cf)：岩样在25 的温度区间内，反复降温、冻结、升 温、融解，其抗压强度有所下降，岩样抗压强度的下降值与冻融前

13、的抗压强度的比值，用百分率表示，即 %100 c cfc f c 式中，cf为岩石的抗冻系数；c为岩样冻融前的抗压强度（kPa）； cf为岩样冻融后的抗压强度 （kPa） 岩石的抗冻性岩石的抗冻性 n cf 越小，岩石抗冻性越好越小，岩石抗冻性越好; 岩石在反复冻融后其强度降低反复冻融后其强度降低的主要原因是： n构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时，由于矿物的胀、缩不均而导致岩石结构 的破坏； n当温度降到0 以下时，岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约9%，会产生很大的膨胀压力， 使岩石的结构发生改变，直至破坏。 岩石的基本构成 岩石的基本构成是由组成岩石的物质成分和结构两大方面来

14、决定的岩石的基本构成是由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的 n造岩矿物主要有：正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石、方解石、 白云石、高岭石、赤铁矿等，岩石中矿物成分会影响岩石的物理力学性质和稳定性； n岩石的结构类型：结晶连接、胶结连接、微结构面（包括矿物的解理、晶格缺陷、晶 粒边界、粒间空隙、微裂隙等）； 微结构对于岩石物理力学性质的影响微结构对于岩石物理力学性质的影响 n大大降低岩石的强度（格里菲斯理论的解释，在低围压下明显）； n微结构面具有方向性，致使岩石各向异性； n增大了岩石的变形，改变岩石的弹性波速、电阻率和导热系数等物理参数； 岩石的地质成因分类 可以分为

15、岩浆岩、沉积岩和变质岩可以分为岩浆岩、沉积岩和变质岩 岩浆岩：岩浆岩：岩浆冷凝后形成的，又可分为深成岩、浅成岩和喷出岩（火山岩）； n深成岩常见岩石：花岗岩、闪长岩、花岗闪长岩、石英闪长岩； n浅成岩常见岩石：花岗斑岩、闪长玢岩、伟晶岩、辉绿岩； n喷出岩常见岩石：玄武岩、安山岩和流纹岩 岩石的比重：岩石的比重：岩石固体部分重量与4时同体积水的重量的比值，即 2.3.2 岩石的比重 ws s s V W G 式中，Gs为岩石的比重；Ws为体积为V的岩石固体部分的重量（kN）；Vs为岩石固体部分（不 包括孔隙）的体积（m3）；rw为4时单位体积水的重量（kN/m-3）。 岩石的比重，数值上等于其密度。 吸水性吸水性 定义：岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水 性。 吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条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 %100 2 1 w w a m m W %100 d d a w aVb b W W V V n 2.3.4 岩石的水理性质 岩石的水理性质岩石的水理性质指岩石与水相互作用时所表现的性质，包括岩石的吸水性、透水性、软化性和抗 冻性。 n饱和吸水率饱和吸水率 岩石的