工程地质学课件 4-岩石的物理和力学性质

岩石的物理性质一.密度和重度：密度：单位体积的质量（）（g/cm³）

重度：单位体积的重量（）（N/cm³）

VnMwVMVsMsVn二.颗粒密度和比重颗粒密度：单位体积固位颗粒的质量（）

比重：单位体积固体颗粒的重力与4℃时同体积水的重力之比（ds）三.孔隙度和孔隙比：孔隙度：孔隙体积与岩石总体积之比（n）孔隙比：孔隙体积与岩石中固体颗粒体积之比（e）

岩石的水理性质

一.吸水性：指岩石吸收水的性能。其吸水程度用吸水率表示。吸水率：（常压条件下）吸入水量与干燥岩石质量之比。

饱水率：（150个大气压下或真空）吸入水量与干燥岩石质量之比。饱水系数：岩石吸水率与饱水率之比。二.透水性：指岩石能透过水的能力。用渗透系数K表示。（m/s）达西层流定律：渗透系数：三.软化性：指岩石浸水后强度降低的性质。用软化系数

KR表示。软化系数：一般软化系数的岩石具软化性。H1H2dhdL地下水位四.抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的能力。强度损失率：

重量损失率：

KW＞0.7

不抗冻的岩石GL＞2％

RL＞25％五.可溶性：指岩石被水溶解的性能。六.膨胀性：指岩石吸水后体积增大的性能。七.崩解性：岩石（干燥）泡水后，因内部结构破坏而崩解的性能。

岩石的力学性质一.变形：岩石受力后发生形状改变的现象。主要变形模量和泊松比表示。

1.变形2.泊松比：指横向应变比纵向应变εσEDCBAεt1εt2εtεsεσ50σo22ΔhΔdPPhd二.强度：指岩石受力破坏时承受的最大应力。

1.抗压强度：（烘干、垂直结构面受压、单轴）试样尺寸：

2.抗拉强度：（一般用劈裂法）

PPd——试样截面直径h——试样轴向长度3.抗剪强度：PP4.点荷载强度：τ=σtgφ+cτcφσoPPD影响岩石工程性质的因素岩石的地质特征（1）矿物成分:辉石、角闪石、石英、方解石等（2）岩石的结构特征：（3）岩石的构造特征：片状、板状、片麻等岩石所受外部因素的影响（1）水的作用：削弱矿物之间的联结（2）风化的作用：破坏岩石的结构、构造和整体性结晶联结胶结物联结基底胶结孔隙胶结接触胶结岩体的工程地质性质基本概念及研究意义岩体：通常指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的地质环境、被各种结构面所分割。是一种或多种岩石中的结构面、结构体的总体。结构面：是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称不连续面。结构体：结构面在空间的分布和组合可将岩体切割成形状、大小不同的块体，称结构体。研究岩体结构特征的意义⑴岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。⑵岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用。⑶靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩体的改造进程。※研究结构面最关键的是研究各类结构面的分布规律、发育密度、表面特征、连续特征以及它们的空间组合形式等。岩体结构特征及主要类型结构面的主要类型及特征结构面的成因分类：原生结构面、构造结构面及次生结构面沉积结构面：层理，层面，软弱夹层，不整合面，假整合面，古冲刷面等。火成结构面：侵入体与围岩接触面，岩脉、岩墙接触面，喷出岩的流线、流面，冷凝节理变质结构面：片理，片麻理，板劈理，片岩软弱夹层。原生结构面构节理（X型节理，张节理）造结断层（正断层，逆断层，走滑断层）构面层间错动带，羽状裂隙，破劈理。浅部卸荷断裂结构重力扩展变形破裂面

表卸荷裂隙部风化裂隙结风化夹层构泥化夹层面次生夹泥次生结构面结构面的特征类型主要特征力学性质代表性结构面A.贯通性宏观结构面连续性好，延伸方向确定，通常具一定厚度与方向破坏岩体的连续性，构成岩体力学性质作用边界，控制岩体变形破坏方向，稳定性计算的边界层面，软弱夹层，断层面或断层破碎带B.显现结构面硬性结构面，随机断续分布，延伸长度米级-数十米，具有统计优势方位破坏岩体的完整性，使岩体力学性质具各向异性特征，影响岩体变形破坏方式各类原生和构造裂隙，表生破裂结构面C.隐微结构面短小闭合，长度从毫米级至厘米级，随机分布可有统计优势方位影响岩块的强度和变形破坏特征岩石的隐微裂隙（1）结构面规模等级划分：按其对岩体力学行为所起控制作用，可划分为三个等级，即贯通性宏观软弱面（A类）；显现结构面（B类）；和隐微结构面（C类）。

（2）结构面的形态：平直的：层理、片理、劈理波状起伏的：波痕的层面、揉曲解理锯齿状的：不规则的：（3）结构面的密集程度：线密度（条/m）、结构面的间距

K=n/LK=1/M1+1/M2（4）结构面的连通性（连续性、延展性）（5）结构面的张开度闭合：＜0.2mm；微张：0.2—1.0mm；张开：1.0—5.0mm；宽张：＞5.0mm；结构体的类型结构体的形状：取决于结构面的组数以及产状。结构体的大小：取决于结构面组数以及各组间距。结构体的大小可以采用体积裂隙数Jv来表示，其定义是：岩体单位体积通过的总裂隙数（n/m³），表达式为：Si——岩体内第i组结构面的距离1/Si——该组结构面的裂隙数岩体的结构分类按结构特征可将岩体划分为块体状（或整体状）结构、块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。块体状结构：代表岩性均一，无软弱面的岩体，含有的原生结构面具有较强的结合力，间距大于1m。通常出现在厚层的碳酸盐岩、碎屑岩；花岗岩、闪长岩；原生节理不太发育的流纹岩、安山岩、玄武岩、凝灰角砾岩中等。块体结构：代表岩性较均一，含有2-3组较发育的软弱结构面的岩体，结构面间距1～0.5m。成岩裂隙较发育的厚层砂岩或泥岩，槽状冲刷面发育的河流相砂岩体等沉积岩，原生节理发育的火山岩体等。

层状结构：代表一组连续性好，抗剪性能显著较低的软弱面的岩体，一般岩性不均一。可进一步分为层状（软