第章岩石的性质及工程分级

北京工业职业技术学院第1章

岩石的性质及工程分级讲述内容第一节概述第二节岩石的物理性质第三节岩石的力学性质第四节岩石的工程分级第一节概述基本概念1.岩石

2.岩块

3.岩体

4.表土

5.基岩

组成地壳的基本物质，由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律而形成的自然地质体，包括岩浆岩、沉积岩、变质岩。从地壳中切取出来的小块体，不包含软弱面（岩体中的地质遗迹、层理、节理、断层、裂隙面），近似认为各向同性的连续介质,。地下工程周围较大范围内的自然地质体。从煤矿采掘工程角度：包括岩石、地下水、瓦斯。岩体的性质复杂，是我们研究的主要对象。

建井工作者把覆盖在地壳上部的第四纪沉积物成为表土，也称为松散性岩石，如：黄土、流沙、粘土等。表土以下的固结性岩石称为基岩。第一节概述第一节概述第一节概述第一节概述第二节岩石的物理性质一、岩石的相对密度、密度

二、岩石的孔隙性三、岩石的水理性质四、岩石的碎胀性一、岩石的相对密度、密度

1．相对密度岩石的相对密度是指岩石固体实体积(不包括孔隙体积)的质量与同体积水的质量的比值。计算公式为：式中：d——岩石的相对密度；G—绝对干燥时体积为VC的岩石质量，g；VC—岩石固体实体积，cm3；ρW——水的密度，g／cm3。第二节岩石的物理性质2.密度岩石单位体积(包括岩石内孔隙体积)的质量，称为岩石的密度，亦称质量密度。两种：干密度和湿密度。前者是单位体积岩石绝对干燥后的质量，后者是天然含水或饱水状态下的密度。式中：ρC——岩石的干密度，g／cm3；ρ——岩石的湿密度，g／cm3G——岩石试件烘干后的质量，g；G1——岩石试件的质量(天然含水或饱水)，g；V——岩石试件的体积，cm3。第二节岩石的物理性质3．重度(重力密度)单位体积岩石质量所受的重力。

γ=ρg式中：γ——岩石的重度，N／m3；ρ——岩石密度，kg／m3；g——重力加速度，9.8m／s2。第二节岩石的物理性质二、岩石的孔隙性岩石的孔隙性是指岩石的孔隙和裂隙的发育程度，它通常用孔隙度n和孔隙比e来表示。孔隙度是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件总体积V之比(常以百分数表示)：

孔隙比是岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件内固体矿物颗粒体积Vc之比。第二节岩石的物理性质三、、岩岩石石的的水水理理性性质质1.岩石石吸吸水水率率（（W）是指岩岩石石试试件件在在标准准大大气气压压下下吸入入水水的的质质量量与与试试件件烘烘干干后后质质量量G之比值。影响吸水率的的因素：⑴岩石所含孔孔隙，裂隙的的数量、大小小、开闭程度度及其分布情情况有关；⑵试验条件，，试验表明，，整体岩石试试件的吸水率率要比同一岩岩石的碎块试试样吸水率小小，随着吸水水水时间的增增加，吸水率率也会有所增增大。吸水率率对岩石力学学性质有影响响。第二节岩岩石的物理理性质第二节岩岩石的物理理性质2．岩石的透水水性地下水存在于于岩石的孔隙隙和裂隙之中中，而且大多多数岩石的孔孔隙和裂隙是是相互贯通的的，因而，在在一定水压作作用下，地下下水可在岩石石中渗透，这这种岩石能被被水透过的性性质，称为岩岩石的透水性性。Q—渗水量;A—渗透面积；I—水力坡度;K-渗透系数影响因素：地下水压力、、岩体应力状状态、孔隙发发育程度、连连通程度等。。第二节岩岩石的物理理性质第二节岩岩石的物理理性质3.岩石的溶蚀性性由于水的化学学作用而把岩岩石中某些组组成物质带走走的现象称为为岩石的溶湿湿性。导致岩岩石致密程度度降低，孔隙隙度增大，强强度降低,贵州761矿巷道中的钟钟乳石、石笋笋。4．岩石的软化化性岩石浸水饱和和后强度降低低的性质，称称为软化性，，用软化系数数(ηc)表示。ηc定义为岩石试试件的饱和抗抗压强度(Rcw)与干抗压强度度(Rc)的比值，即第二节岩岩石的物理理性质5.岩石的膨胀性和崩崩解性。⑴膨胀性软岩浸水后体积增增大和响应的的引起压力增增大的性质，，用膨胀应力力和膨胀率来来表示。膨胀应力：岩岩石与水进行行物理化学反反应后，随时时间变化会产产生体积增大大的现象，这这时，使试件件体积保持不不变所需要的的压力称膨胀胀应力。膨胀率：岩石石与水进行物物理化学反应应增大后的体体积与原体积积的比率。⑵崩解性软岩浸水后发生解解体的性质。用耐崩解指数表表示：岩石试试件在承受干干燥和湿润两两个标准循环环后，岩样对对软化和崩解解表现出来的的抵抗力。用用耐崩解仪测测定。第二节岩岩石的物理理性质四、岩石的碎碎胀性岩石的碎胀性岩岩石破破碎后因岩块块间空隙增多多而总体积增大的性质称称为碎胀性。。碎胀程度的的大小可用碎碎胀系数表示示。第二节岩岩石的物理理性质第三节岩石石的力学性质质一、岩石的变变形特征二、岩石的强强度特征三、岩石的硬硬度四、岩石的可钻钻性和可爆性性一、岩石的变变形特征㈠静载荷下岩岩石的变形特特征（单向压压缩）⑴应力应变曲曲线I—OA阶段裂隙压密密闭合阶段Ⅱ—AB阶段线弹性阶阶段Ⅲ—BC段破裂发展阶阶段Ⅳ一CD，软化阶段第三节岩石石的力学性质质⑵体积应变岩石的体积改变量量ΔV与原体积V的比值,也称体积改变率率。一般岩石具有在弹弹性阶段体积积变小和塑性性阶段体积增大的特点、转折折点在附近。。岩石在塑性阶段体体积增大的性性质称为扩容容现象,对于研究巷道变形和围围岩对支护造造成的压力等等问题有重要要意义。第三节岩石石的力学性质质⑶三种破坏形形式脆性破坏：永永久变形或全全变形小于3%者为脆性破坏坏。具有这种特性的岩岩石称为脆性性岩石；塑性破坏：永永久变形或全全变形大于5%者塑性破坏。。具有这种特性的岩石称称为塑性岩石石；过度状态：永永久变形或全全变形在3%到5%之间。第三节岩石石的力学性质质特点：⑴弹性段与单轴轴压缩基本相同；⑵岩石表现出出明显的塑性变形；⑶屈服极限，，强度峰值、残余强度与围压大小成正比；⑷大部分岩石石在一定临界围压下出现屈服平平台，呈塑性流动现象象；⑸达到临界围围压后，继续提高围压，不在出出现峰值，应力—应变出现单调调增长趋势。第三节岩石石的力学性质质（三）动压条条件下岩石的的变形特征⑴动荷载的特特点第三节岩石石的力学性质质⑵岩石在动荷荷载作用下的的变形特征F

ΔLΔL—质点扰动位移移，CP—质点扰动的传传播速度（波波速），Δt—波的传播时间间，CPΔt—在Δt—时间内变形范范围。第三节岩石石的力学性质质⑶波的反射和和投射表面波(勒夫波)：沿介质边界界传播c；体积波：在介介质内部传播播，分为横波波和纵波横波：介质振振动方向和波波的传播方向向垂直，产生生剪切变形b；纵波：质点振振动方向和波波的传播方向向一致，产生生压缩、拉伸伸变形a；瑞利波：质点点运动轨迹为为椭圆的波，，为地震波的的主要形式d第三节岩石石的力学性质质二、岩石的强强度特征1．岩石在静荷荷载作用下的的强度⑴大多数情况况下，岩石表表现为脆性破破坏；⑵同种岩石强强度并非常数数；⑶不同受力情情况下，岩石石的极限强度度相差悬殊。。三向等压抗压压强度>三向不等压抗抗压强度>双向抗压强度度>单向抗压强度>单向抗剪强度度>单向抗弯强度度>单向抗拉强度度。单向抗压强度度RC、单向抗剪强强度τ、单向抗拉强强度Rt之间有下列关关系：第三节岩石石的力学性质质第三节岩石石的力学性质质三、岩石的硬硬度岩石的硬度是是岩石抵抗其其他较硬物体体侵入的能力力。硬度与强度又又有区别。1．静压入硬度度岩石的硬度是是岩石抵抗其其他较硬物体体侵入的能力力。2．回弹高度以重物落于岩岩石表面后的的回弹高度来来表示。岩石石越硬，回弹弹高度越大。。常用肖氏硬硬度计和施米米特锤来测定定。施米特锤用来来测定混凝土土硬度，我国国生产的施米米特锤叫回弹弹仪。第三节岩石石的力学性质质四、岩石的可可钻性和可爆爆性1．凿碎比功：：即破碎单位位体积岩石所所作的功．现现以a表示,单位为J／厘米3。2．钎刃磨钝宽宽：即岩石的的磨蚀性，量量出钎刃两端端向内4㎜处的磨钝宽度度，以b表示，单位为为㎜。目前，使用便便携式岩石凿凿测器，测定定岩石的凿碎碎比能和凿480次后钎刃磨钝钝的宽度第三节岩石石的力学性质质第四节岩石石的工程分级级一、岩石工程程分级的必要要性二、分级方法法一、岩石工程程分级的必要要性按成因不同，，将岩石分为为岩浆岩、沉沉积岩、变质质岩三类，对对于采掘工程程来说，又要要求要求对岩岩石进行定量量的区分，以以便能正确地地进行工程设设计，合理地地选用施工方方法、施工设设备、机具与与器材，准确确地制定生产产定额和材抖抖消耗定额等等。因此，提出了了岩石工程分分级与岩体工工程分类问题题。第四节岩石石的工程分级级二、分级方法法1．普氏分级法法用一个综合性性的指标——坚固性系数f，来表示岩石石破坏的相对对难易程度，，通常称f为普氏岩石坚坚固性系数。。ＲＣ—岩石单向抗压压强度，MPa；10—单位为MPa；普氏分级的优优点：普氏岩石分级级法简明，便便于使用，因因而多年来在在苏联及一些些东欧国家获获得广泛应用用。缺点：它没有有反映岩体的的特征。关于于岩石坚固性性正各方面表表现趋于一致致的观点，对对少数岩石也也不适用，如如粘土就钻眼眼容易，而爆爆破困堆。第四节岩石石的工程分级级根据f的大小将岩石石分为10级15种第四节