工程地质学第五章岩石的工程地质性质ppt课件

1、工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质工程地质学概论第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质贾贾 洪洪 彪彪中国地质大学武汉工程学院中国地质大学武汉工程学院工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质第一节 岩石与土工程地质性质的差别第二节 岩石的物理、水理性质第三节 岩石的力学性质工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质第一节第一节 岩石与土工程地质性质的差别岩石与土工程地质性质的差别岩石和土都是矿物的集合体，是自然

2、地质作用的产物，并在地质岩石和土都是矿物的集合体，是自然地质作用的产物，并在地质作用下相互转化。作用下相互转化。土在一定温度和压力下，经过压密、脱水、胶结、重结晶等成岩土在一定温度和压力下，经过压密、脱水、胶结、重结晶等成岩作用构成岩石。作用构成岩石。岩石经风化作用，构成土。岩石经风化作用，构成土。巩固岩石巩固岩石脆弱岩石脆弱岩石半成岩石半成岩石巩固土层巩固土层脆弱土层脆弱土层岩石岩石风化作用风化作用土土 成岩作用成岩作用岩石岩石岩石与土之间，即存在多方面的共性和联络，又有明显不同岩石与土之间，即存在多方面的共性和联络，又有明显不同:岩石岩石在力学性能、抗水性、完好性等都比土好的多。但也有些岩

3、石与在力学性能、抗水性、完好性等都比土好的多。但也有些岩石与土很难区别，如粘土岩、泥灰岩、凝灰岩等。总的来说，岩石的土很难区别，如粘土岩、泥灰岩、凝灰岩等。总的来说，岩石的建筑条件比土体要优越的多，土体中出现的问题，对岩体就显得建筑条件比土体要优越的多，土体中出现的问题，对岩体就显得非常微弱或不存在了。非常微弱或不存在了。工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质岩石与土之间的差别，主要表如今：岩石与土之间的差别，主要表如今：1岩石矿物颗粒间具有结实的连结。岩石区别于土并赋予岩石矿物颗粒间具有结实的连结。岩石区别于土并赋予岩石以优良工程地质性质的主要缘由岩

4、石以优良工程地质性质的主要缘由 岩石岩石结晶连结、胶结连结结晶连结、胶结连结 土土 水胶连结、水水胶连结、水 连连 结结2岩石中存在着构造面带。如断层、节理等，使岩体遭岩石中存在着构造面带。如断层、节理等，使岩体遭到不同程度切割。土体中普通没有这种构造面切割。到不同程度切割。土体中普通没有这种构造面切割。 岩体岩体构造面切割构造面切割岩块力学性质各向异性岩块力学性质各向异性 土体土体没有构造面没有构造面土体可以看作各向同性土体可以看作各向同性3岩体中具有较高的地应力。岩体在长期地质历史过程中，岩体中具有较高的地应力。岩体在长期地质历史过程中，蒙受地质构造作用的结果蒙受地质构造作用的结果 岩体岩

5、体自重应力、构造应力自重应力、构造应力物理力学性质复杂物理力学性质复杂 土体土体自重应力自重应力工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质岩石岩石: :矿物、岩屑的集合体。矿物、岩屑的集合体。构造面构造面: :指地质历史开展过程中，在岩体内构成的具有指地质历史开展过程中，在岩体内构成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。岩块岩块: :指不含显著构造面的岩石块体，是构成岩体的最指不含显著构造面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。小岩石单元体。岩体岩体: :指地质历史过程中构成的，由岩块和

6、构造面网络指地质历史过程中构成的，由岩块和构造面网络组成的，具有一定的构造并赋存于一定的天然应力形状组成的，具有一定的构造并赋存于一定的天然应力形状和地下水等地质环境中的地质体。和地下水等地质环境中的地质体。第二节第二节 岩石的物理、水理性质岩石的物理、水理性质工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三相组成的。相组成的。物理性质：物理性质是指岩石由于三相组成物理性质：物理性质是指岩石由于三相组成的相对

7、比例关系不同所表现的物理形状。的相对比例关系不同所表现的物理形状。水理性质：岩石在水溶液作用下表现出来的水理性质：岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质性质，称为水理性质工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质一、岩石的密度 1、颗粒密度(s) s= ms/Vs 2、块体密度() =m/V 留意： 1s与的区别 (s) 2s与的单位 g/cm3, kN/m3 3测试方法s-比重瓶法；-量积法工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质二、岩石的空隙性岩石的空隙(裂隙、孔隙) 闭空隙开空隙大开空隙小开空隙工程地质

8、学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质%10000VVnv%100VVnvbbbvaannVVn0%1000%100nnVVnvcc1dssVVVe%100)1(%100sdvVVn隙比岩石空隙率 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)工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质三、岩石的吸水性定义：岩石在一定的实验条件下吸收水分的才干，称为岩石的吸水性。 1.吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条件下自在吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示

9、%10021wwammW %100ddawaVbbWWVVn工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质2.饱和吸水率岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩石试件在高压(普通压力为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:%1002swpmmW %100dd00WpWVVnwpV工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质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。工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程

10、地质性质岩石的工程地质性质四、岩石的软化性 岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性。岩石浸水饱和后强度降低的性质，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为岩石试件的饱和抗压强度(cw)与干与干抗压强度抗压强度(c)的比值。的比值。ccwRK 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。工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质五、岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的才干，称为抗冻性。 抗冻系数(Rd

11、)：岩石试件经反复冻融后的干抗压强度(c2)与冻融前干抗压强度(c1)之比，用百分数表示%10012ccdR工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质 质量损失率(Km)：冻融实验前后干质量之差(ms1ms2)与实验前干质量(ms1)之比，以百分数表示%100121sssmmmmKRd75，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。工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质六、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。 普通以为，水在

12、岩石中的流动，好像水在土中流动一样，也服从于线性渗流规律达西定律，即KJU 工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质一、单轴紧缩条件下的岩块变形一、单轴紧缩条件下的岩块变形一一 延续加载延续加载 1 1、变形阶段、变形阶段空隙压密阶段空隙压密阶段(OA)(OA)峰值前变形阶段峰值后变形阶段oABCDE(+) (-) L V d 破坏后阶段(DE)全过程曲线前过程曲线非稳定开展阶段(CD) D点:峰值强度微裂隙稳定开展阶段(BC) C点:屈服强度弹性变形阶段(AB) B点:弹性极限第三节第三节 岩石的力学性质岩石的力学性质工程地质学概论工程地质学概论:第五

13、章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质2、峰值前岩块的变形特征、峰值前岩块的变形特征 弹性型弹-塑性型塑-弹性型塑-弹-塑性型1塑-弹-塑性型2弹性-蠕变型工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质3、变形参数、变形参数1)变形模量modulus of deformation)是指单轴紧缩条件下，轴向压应力与轴向应变之比。应力-应变曲线为直线型(又称为弹性模量)oLiiEii工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质 应力-应变曲线为“S型 初始模量(i)指曲线原点处切线斜率 切线模量(t)指曲线上任一点处切线

14、的斜率，在此特指中部直线段的斜率 割线模量(s)指曲线上某特定点与原点连线的斜率，通常取c处的点与原点连线的斜率Lo2501i1 50 2iiiiE1212tE5050iE工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质2)泊松比():是指在单轴紧缩条件下，横向应变与轴向应变之比. 在实践任务中，常采用/处的横向应变与轴向应变来计算岩块的泊松比。 岩块的变形模量和泊松比受岩石矿物组成、构造构造、风化程度、空隙性、含水率、微构造面及其与荷载方向的关系等多种要素的影响，变化较大。Ld工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质二二

15、 循环加载循环加载2. 卸荷点卸荷点P的应力的应力高于岩石的弹性极限高于岩石的弹性极限(A)1. 卸荷点卸荷点P的应力低的应力低于岩石的弹性极限于岩石的弹性极限(A)工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质3.3.反复加卸荷反复加卸荷( (岩石记忆、回滞环、疲劳破坏岩石记忆、回滞环、疲劳破坏工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质二、单轴受力条件下的岩石的强度二、单轴受力条件下的岩石的强度岩石强度：岩石抵抗外力破坏的才干。岩块破岩块破坏方式坏方式 脆性破坏脆性破坏塑性破坏塑性破坏(延性破坏延性破坏拉破坏拉破坏剪切破

16、坏剪切破坏工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质1、定义：、定义：在单向紧缩条件下，岩块能接受的最大压应力，简称抗在单向紧缩条件下，岩块能接受的最大压应力，简称抗压强度压强度MPa 。 2、意义、意义衡量岩块根本力学性质的重要目的衡量岩块根本力学性质的重要目的岩体工程分类、建立岩体破坏判据的重要目的岩体工程分类、建立岩体破坏判据的重要目的用来大致估算其他强度参数用来大致估算其他强度参数 3、测定方法、测定方法抗压强度实验抗压强度实验试样pApcc一、单轴抗压强度一、单轴抗压强度c工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地

17、质性质工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质二、单轴抗拉强度二、单轴抗拉强度t1.定义：定义： 单向拉伸条件下，岩块能接受的最大拉应力，简称抗单向拉伸条件下，岩块能接受的最大拉应力，简称抗拉强度。拉强度。2.意义：意义： 衡量岩膂力学性质的重要目的衡量岩膂力学性质的重要目的 用来建立岩石强度判据，确定强度包络线用来建立岩石强度判据，确定强度包络线 选择建筑石材不可短少的参数选择建筑石材不可短少的参数 3.测定方法：测定方法： 直接拉伸直接拉伸 间接法间接法(劈裂法、点荷载法、三点弯曲法劈裂法、点荷载法、三点弯曲法)工程地质学概论工程地质学概论:第五章第

18、五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质APtt直接拉伸法是将圆柱状试件两端固定在资料实验机的拉伸夹具内，然后对试件施加轴向拉荷载至破坏。PtPt工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质劈裂实验是用圆柱体或立方体试件，横置于压力机的承压板上，且在试件上、下承压面上各放一根垫条。然后以一定的加荷速率加压，直至试件破坏。工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质在线布荷载(p)作用下，沿试件竖直向直径平面内产生的近于均布的程度拉应力x=2p/DL在程度向直径平面内产生的压应力y= 6p/ DL抗拉强度:DLPtt2圆形

19、试样22aPtt方形试样工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质点荷载实验是将试件放在点荷载仪中的球面压头间，加压至试件破坏，利用破坏荷载求岩块的点荷载强度。 工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质 点荷载强度 抗拉强度kIst2DPIst工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质1、定义：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力，称、定义：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力，称为剪切强度为剪切强度2、类型：、类型： 1抗剪断强度：指试件在一定的法向应力作用

20、下，沿预定剪切抗剪断强度：指试件在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。面剪断时的最大剪应力。 2抗切强度：抗切强度： 指试件上的法向应力为零时，沿预定剪切面剪断指试件上的法向应力为零时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。时的最大剪应力。 3摩擦强度：摩擦强度： 指试件在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面指试件在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面层面、节理等再次剪切破坏时的层面、节理等再次剪切破坏时的 最大剪应力。最大剪应力。Ctg CjjCtg三、剪切强三、剪切强度度工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质3 3、意义、意义 反映岩块的力学性质的重要目的反映岩块的力学性质的重要目的 用来估算岩膂力学参数及建立强度用来估算岩膂力学参数及建立强度判据判据 4 4、测试方法、测试方法 直剪实验直剪实验 变角板剪切实验变角板剪切实验 三轴实验三轴实验 工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质直剪实验在直剪仪上进展，按库仑定律求岩块的剪切强度参数C、值。工程地质学概论工程地质学概论:第五章第五章 岩石的工程地质性质岩石的工程地质性质三、三轴紧缩条件下岩石的