岩石及岩体的基本性质清楚明了

PAGEPAGE22第一章岩石及岩体的基本性质第一节概述岩石是组成地壳的基本物质，它由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律（通过结晶或借助于胶结物粘结）组合而成。一、岩石的分类自然状态下的岩石，按其固体矿物颗粒之间的结合特征，可分为：①固结性岩石：固结性岩石是指造岩矿物的固体颗粒间成刚性联系，破碎后仍可保持一定形状的岩石。②粘结性岩石、③散粒状岩石、④流动性岩石等。在煤矿中遇到的大多是固结性岩石。常见的有砂岩、石灰岩、砂质页岩、泥质页岩、粉砂岩等。按岩石的力学性质不同，常把矿山岩石分为：①坚硬岩石②松软岩石两类。工程中常把饱水状态下单向抗压强度大于10MPa的岩石叫做坚硬岩石，而把低于该值的岩石称为松软岩石。松软岩石具有结构疏松、密度小、孔隙率大、强度低、遇水易膨胀等特点。从矿压控制角度看，这类岩石往往会给采掘工作造成很大困难。二、岩石的结构和构造岩石的强度与岩石的结构和构造有关。1.岩石的结构指决定岩石组织的各种特征的总合。如岩石中矿物颗粒的结晶程度、颗粒大小、颗粒形状、颗粒间的联结特征、孔隙情况，以及胶结物的胶结类型等。岩石中矿物颗粒大小差别很大，在沉积岩中，有的颗粒小到用肉眼难以分辩（如石灰岩、泥岩、粉砂岩中的细微颗粒），有的颗粒可大至几厘米（如砾岩中的粗大砾石）。组成岩石的物质颗粒大小，决定着岩石的非均质性。颗粒愈均匀，岩石的力学性质也愈均匀。一般来说，组成岩石的物质颗粒愈小，则该岩石的强度愈大。2.岩石的构造是指岩石中矿物颗粒集合体之间，以及与其它组成部分之间的排列方式和充填方式。主要有以下几种构造：晚1危.弄整体构霉造虽—摄—计岩石的颗粒互毕相紧密地紧贴亏在一起，没有顺固定的排列方爷向；呼2.琴多孔状构搭造专—毁—狡岩石颗粒间彼您此相连并不严祖密，颗粒间有盟许多小空隙；事3.事层状构主造闷—灿—衡岩石颗粒间互栋相交替，表现添出层次叠置现泳象（层理）。趟岩石的构造特隶征对其力学性句质有明显影响义，如层理的存烘在常使岩石具罢有明显的各向库异性。在垂直注于层理面的方犁向上，岩石承另受拉力的性能像很差，沿层理牢面的抗剪能力超很弱。受压时社，随加载方向羞与层理面的交搞角不同，强度脆有较大差别。符第二旬节浸涝岩石的物理性艘质胜一、岩石的相签对密度（比重榜）邪岩石的相对密惨度就是岩石固搁体部分实体积搞（不包括空隙艺）的质量与同片体积水质量的姐比值。其计算拖公式为：蛛徒姓葡耻劝（抹1-莲1积）够式绸中敢罚Δ畅—驳岩石的比重；摔G合d掠—巷绝对干燥时岩抽石固体实体积或的重量，怒g鸣；墓V予c隙—赖岩石固体部分按实体积，殖cm绪3寨；春w冈—耍水的密度，总g/cm脊3竖岩石比重的大掩小取决于组成盛岩石的矿物比垒重，而与岩石寄的空隙和吸水闸多少无关。岩结石的比重可用泄于计算岩石空侄隙度和空隙比切。煤矿中常见志岩石的比重见汗表物1-鸣1朝。茫二、岩石的质哀量密度被岩石的密度是挑指单位体积（胡包括空隙）岩局石的质量。葬根据含水状态艳不同，岩石的茂密度分为天然暂密度、干密度张、和饱和密度质。蝶天然密度是岩售石在天然含水茶状态下的密度率。浩干密度是岩石花在存10融5迅～晋110灾℃脱烘箱内烘至恒宋重时的密度。呼饱和密度是岩舍石在吸水饱和胆状态下的密度喷。后干密度、饱和自密度和天然密腰度的表达式如见下：巴单喜破及芹（关1-卖2破）喉式龙中担语G饮d包、泪G曾sat歪、拴G寒—暴分别是干燥岩席石、水饱和岩秃石和天然含水害岩石的质量，搞g耽；洲d记、同sat敌、育—赴岩石的密干密度、饱和翠密度和天然密嚼度，伐g/cm递3夺V齐—差岩石的体积，灰cm应3猫。巴通常，不说明换含水状态时，榨即指岩石的干宫密度。煤矿常娃见的岩石密度伐见底表捞1-库1变。碑对于遇水易膨遗胀的某些松软表岩石，区分干打密度和湿密度蛋有重要意义。运三、岩石的空朱隙性犁岩石的空隙性阿是指岩石中孔强隙和裂隙的发卸育程度，常用拳空隙度表示。伸所谓空隙度是怪指岩石中各种馋空隙、裂隙的矛体积的总和与浅岩石总体积之牺比。按下式计嫩算：食仁岂划蜻（愁1-梅3妄）部式采中庆木n柄—钱岩石的空隙度矩（也称空隙率法）；迅d古—恐岩石的干密度恳，纷g/cm焰3祖；栽Δ习—揉岩石的比重值慕。冲岩石的空隙性早也可用空隙比歇表示。空隙比败是指岩石中各京种孔隙和裂隙欢体励积累展总和与岩石内寇固体部分实体纯积之比。表达感式如下：烦仪蕉寸茶链（兼1-装4烦）列式恋中派悄e务—倚岩石的空隙比屯；浴V阶o争—档岩石内各种空寺隙和裂隙体积吃的总和，燕cm俘3辽；券V揭c刃—棍岩石内固体部脾分实体积，孝cm漠3御；强空隙比与空隙请度之间有如下流关系：萄渴裳貌然嘉（渠1-彻5馒）穴岩石的空隙性逢对岩石的其它岂性质有显著影甚响。一般来说浙，空隙度增大打可使岩石密度计和强度降低，躁使塑性变形和福透水性增加。感煤矿中常见岩冶石的空隙度和打空隙比见峰表名1-广1涉。含四、岩石的碎馅胀性和压实性睡岩石破碎以后寸的体积将比整聋体状态下增大缎，这种性质称广为岩石的碎胀酬性。秘碎胀系鸽数锈—工—盆岩石的碎胀性雨可用岩石破碎宰后处于松散状设态下的体积与拥破碎前处于整办体状态下的体弹积之比来表示絮，该值称为碎麦胀系数。表达殖式如下：那紧晒浅碍（丢1-鬼6隆）艇式计中宽令k链p出—边岩石的碎胀系哗数；议V春’幕—牌岩石破碎膨胀阿后的体积，个cm瞒3谣；馋V吗—熊岩石处于整体纱状态下的体积炕，楼cm娱3属。父岩石的碎胀系正数对矿山压力滤控制，特别是跑采煤工作面的详顶板管理有重景要意义。碎胀勿系数与岩石的朗物理性质、破帝碎后块度的大钳小及其排列状活态等因素有关苍。例如，坚硬乱岩石成大块破瓶坏且排列整齐痒时，碎胀系数脚较小，如破碎较后块度较小且条排列较杂乱，浅则碎胀系数较启大。煤矿中常戴见岩石的碎胀蓬系数见罗表狱1-矛2斧。砍岩石破碎后，匙在其自重和外在加载荷的作用坊下会逐渐压实匹，体积随之减峰小，碎胀系数害比初始破碎时蒸相应变小。这箭种压实后的体营积与破碎前原吸始体积之比，磨称为残余碎胀届系数，以汽k摩‘恨p毁表示，其值见迅表盗1-馆2王。挤五、岩石的水翅理性质筒1诉.积岩石的吸水性坦。岩石的吸水篇性是指遇水不区崩解的岩石，务在一定试验条疗件下（规定的硬试尺寸和试验喊压力）吸入水苦分的能力。且通常以岩石的谊自然吸水率和耕强制吸水率表躺示。肺岩石的自然吸吹水率是指试件渣在大气压力作典用下吸入水分超的质量与试件池的烘干质量之唱比。泄岩石的强制吸弟水率（也称饱织和吸水率）是真指试件在加压凯（趁15恐0兔个大气压）条农件下吸入水分兔的质量与烘干黑质量之比。两绘种吸水率表达慕式如下：满吃剂洲宽歪估碎（作1-处7净）辞式撒中异随ω它、歉ω撑sat急—飘岩石的自然吸歉水率和强制吸乐水率；腐G隔w添—捏岩石试件在大溉气压力下吸入患水分的质量，趴g芹；鼻G乘d捷—皂岩石试件烘干况后质量，洪g村；障G怖w·s亮—骗岩石试件强制础饱和吸水后质侍量，饥g滨。歪2仗.能岩趴石的透水性。驾在地下水水力艇坡度（压力差刊）作用下，岩垮石能被水透过每的性能称为岩启石的透水性。面用渗透系数来萝表征岩石透水遭性能的大小。腥渗透系数的大隶小取决于岩石乒孔隙的大小、棚数量和相互贯睡通情况。根据弯达西定律：与日习滩肚屑（奥1-垂8榴）宗式起中筝钓Q甩—圆单位时间透水肺量；球K厌—莲渗透系数；弹A律—木渗透面积；行I赌—宇水力坡度（压搞力差）；六3.伐岩石的软化性陪。岩石浸水后咱的强度明显降球低，可用软化渔系数表示水分尘对岩石强度的粘影响程度。店软化系数是水喉饱和岩石试件份的单向抗压强众度与干燥岩石样试件单向抗压趴强度的比值，恼其关系式如下顺：谣清走认吗钓（峡1-忧9削）雹式胶中狠伐η稼c扇—还岩石的软化系隆数；熔R豪cw福—坡水饱和岩石试忧件的单向抗压遣强度，仰MPa汇；声R亮c僻—警干燥岩石试件寨的单向抗压强牙度，拣MPa奉。沃岩石浸水后的蔬软化程度，与品岩石中亲水矿叹物和易溶性矿织物的含量、空管隙的发育程度撑、水的化学成暗份，以及岩石摄浸水时间的长挠短等因素有关衔。亲水矿物和喷易溶矿物含量缘越多，张性裂帽隙越发育，则羊岩石浸水后强着度降低程度越溉大。此外，岩线石浸水时间越娃长，其强度降肢低程度也越大当。如某些砂岩宁浸稳水蠢3打天后，单向抗做压强度降隔低太3构2他～复35春%鸽，浸滋水才9膜天后降推低也5玻1眯～蚕59汪%记。撕研究岩石的软妄化性对用高压口注水法控制坚岂硬难冒落顶板衣有重要意义。贞表大1-层3庭为煤矿中几种煌常见岩石的软言化系数，由该乎表可看出，各下种岩石的软化燃系数都小坑于赴1俩，说明岩石普衣遍具有软化性选。为第三犁节鲜瞧妈岩石的变形性渔质糟变形是岩石的心主要力学性质巡。岩石受载时浩将首先发生变奥形，当载荷超篮过一定数值（疫极限强度）时辩导致破坏。变灿形和破坏是载弊荷作用下岩石电的力学性质发砍展变化的两个盯阶段。婚一、岩石的弹笔性和塑性殿岩石受力后既陕可出现弹性变联形，也可出现塔塑性变形。但麻岩石与一般固絮体材料不同，此它的弹性变形红和塑性变形往满往同时出现。都岩石是兼有弹累性和塑性的材交料。叫二、在单向压级缩下岩石的变洋形特性椒1.呜脆性岩石的变逃形性质。享图蔽l狮－比l治a香为脆性岩石的班应污力盏—飞应变曲线。其丛特点是岩石在赠破坏前没有明缸显的塑性变形污，势总应变量也较蠢小。通常把在酸外力作用下破蹦坏前总应变小各于蝇3亮%糕的岩石，叫做朋脆性岩石。弓可将属图厌l尤－钱l惑a核所示曲线分为冒三段：删OA孝段表示岩石受丛载初期，由于烈岩石中的各种效空隙受压闭合非，曲线出现上述弯，油OA排段称为岩石的辉压密阶段；县AB宾段接近于直线焦，可近似地称约为线弹性阶段辩，这时可认为桂岩石处于弹性染状态；在每BC呈段内，自高B哨点开始岩石内岛部已有微破裂踢不断发生，到同C痒点发生破坏，裁故擦BC龙段可称为破裂蓄发展阶段。吐C表点即为岩石的凑强度极限。钥图廊l乐－妙1文a道是利用具有普墨通刚度的试验纯机所得的结果撕，岩石破碎时膏发出巨大的声房响，岩石碎块御强烈弹出习，卖这就是一般所荣说的脆性破坏险。宿如果采用刚度根很大的材料试类验焰机对(酷常称为刚性试舍验荡机涌)卸加压，就可以锯使原先呈炸裂沉性破坏的岩石储试件平静地产忘生破坏，从而怀可使试验继续奉进行下去，并询得出岩石的应斧力训—域应变全程曲蚕线叮(译图填l欣－潮l后b身)高。它说明岩石苹应力达到最大法值以后，并不沾立即完全丧失鞭承载能力，而想是要达到搂D滨点才完全破坏进。彻D宅点称为完全破夸坏点，而该点巷所保持的某一剑较小的应力值酒称为残余强度柄。岩石具有残欠余强度的特性芝，对地下开采亏过程中合理地商利用已经受到六破坏的围迈岩在(桨或煤竟体荒)砌的自承能力有姜重要意义。阶惊少盐雄图叙l幅－严l取歪脆性岩石的应蚊力应变曲线寨2.赶塑性岩石的变伍形性质。误图填l串－稠2问为塑性岩石的娱应力应变曲线遭，它的特点是姜岩石在破坏之堂前的应变量较爪大。通常把外矩力作用下破坏积前总应变大粮于疏5短%太的岩石叫做塑喜性岩石。纤由妄图拆l障－抵2朽可知，塑性岩纹石应变曲线的销斜率开始较陡颈，以后逐渐平柔缓。工程上把你开始变缓的转赠折点称为屈服狸点，该点的应瞧力值称为屈服驱极限腥σ敌T饶。有时为了方生便起见，也将若OEF教曲线简化为恼OEG棚折线。认为岩铲石在达到屈服信极限以前处于短近似弹性状态倾，而朱σ敬T抛表示塑性流动熟开始。塑性岩取石产生的塑性圈变形要比弹性幸变形大得多。费图默1-2步挖塑性岩石的应睬力应变曲线苍三、三向压缩润条件下岩石的员变形特性突图欲l膛－柴3译a炭、槐b语为干砂岩和湿隐砂岩在常温和海不同侧凉压予(恰或称围登压稠)筑三向压缩条件杯下的变形曲线恩。图中的纵坐鱼标表示最大的较主应力贱σ看1裕（一般为垂直蹄应力）与最小要应力油σ扒3旋，梳(给一般为侧向应语力固)角之差，横坐标谈表示轴向应变根。试验时侧向哥应力窗σ伙2伸=敬σ辽3叹。由图可知：盖(l睁)区当岩石受三向羡压缩时，其应涌力应变的开始服阶段，有一段迹近似于直线的哨关系，说明在着主应力差筛值系(代σ匪1旬-唯σ冲3旅)病的峰值前不远德的范围内，岩恋石属弹性变形浴。增(2纠)亿岩石的脆性和酬塑性是相对的永，在单向应力株或较低的三向跨应力状态下表刚现为脆性的岩赔石，在高压三触向应力状态下悠破坏前也能表技现出很大的塑协性。隶(3阁)赔三向压缩时，王随着侧向应力熔σ超3站和主应力差乐值奋(凳σ叉1窜-购σ颠3颠)通的增加，强度负极座限菊(摩峰妹值箱)湖也随之增大。怠(4插)悲岩石在三向压桶缩条件下破坏希以后，虽然其却结构发生了变柏化，但仍然保辱留一定的承载游能力。这对于木在井下控制煤窜柱和岩体的稳深定性很有实际围意义。伐图末1-3洁饰砂岩在常温和达不同侧压三向菊压缩下的应变篇曲线棉a乌－干砂岩；贤b步－湿砂岩洁四、岩石的蠕戒变性贿在恒定载荷持炸续作用下，应轻变随时间增长疤而变化的现象尚称为蠕变，表淋示这一特征的贝曲线叫做蠕变架曲线。静图我l复－料4辩是岩石的典型许蠕变曲线。由植图可知，在开灿始加载时，试哄件立即产生一棒个瞬时应飞变威(益图中晃OA那段朴)糠，由于这一段闪作用的时间极妙短，故可近似集地认为是弹性户变形。在梅AB痰段，应变不断妄增加，但应变岭速率不断降低盖，故曲线呈下牲凹型，这个阶语段的蠕变称为脑第一阶段蠕变蔬或短暂蠕变。而在雁BC旬段，应变以稳芳定恒速增长，光这个阶段的蠕处变称为第二阶淡段蠕变或定常蚀蠕变，且这个叼阶段的时间延枕续最长。在乘CD摸段，应变以加均速增长，曲线充呈上凹型，这恼个阶段的蠕变纳称第三阶段蠕早变或加速蠕变句。当应变达到右某数值册D点时，最终引起钥试件破坏。美图沈1-易4撑岩石的典型蠕法变曲线倾第四姜节戴止最岩石的强度特喇性疾在载荷的作用掘下，岩石变形袋达到一定程度绪就会破坏。岩层石发生破坏时绿所能承受的最垄大载荷称为极胃限载荷，用单旺位面积表示则插称为极限强度铲。在不同应力框条件下，岩石冠具有不同的极福限强度。宰岩石的强度可览分为单向抗压惭强度、单向抗统拉强度、抗剪棋强度、抗弯强泉度、三向抗压厦强度等。蹲一、岩石的单袖向抗压强度餐岩石试件在单势向压缩时所能蹄承受的最大应败力值，称为岩肯石的单向抗压遣强度。它是地扣下工程中使用壤最广的岩石力伍学特性参数，辫在煤矿中研究拜岩石分类、确蕉定破坏准则以秒及表达围岩坚宾硬程度时，常将采用这一指标盯。讯测定岩石的单阳向抗压强度，事通常采用直屋径还5踏cm订和高径比求为尝2广的圆柱形试件补，在压力机上望以浙5剥0芳～粉100N/努s越的速度加载，寺直到试件破坏仅，然后按下式露计算：沟稀桌替贞欺（蒜1-1总0楚）致式职中滔宪R限c悼—唇岩石试件的单柏向抗压强度，逆kPa居；维P据—镜岩石试件破坏那时施加的载荷坛，裕k鞭N泛；概A共—皱试件初始截面傲积，辽m蜻2打。逢煤矿常见岩石锦的单向抗压强向度见鞭表身1-将4夹。帜二、岩石的单蓄向抗拉强度南岩石试件在单喝向拉伸时能承案受的最大拉应抹力值，称为单乡向抗拉强度。丝它是岩石力学嘉性质中的重要液指标。由于岩楚石的抗拉强度丧远小于抗压强怜度，在受载不胳大时就可能出贴现拉伸破坏，锤因此，它对研怒究井下巷硐失超稳等问题有重责要意义。璃目前，测定岩况石抗拉强度的截基本方法基本敌上可分两类，脸即直接拉伸法苹和间接拉伸法粮。直接拉伸法铁与金属材料拉色伸试验类似。遥可按下式求得洪岩石的抗拉强土度：锄该姑塑蚁压（浪1-1笨1阁）防式幼中液赤R像t题—搅岩石试件的单胜向抗拉强度玻，系kPa蛇P忙t薯—市试件破坏时的置总拉力，崭k讲N蚊；练A灰—偿试件破坏断面跨积，舌m块2愚。偶由于直接拉伸券法的岩石试件涉加工复杂，目异前广泛采用劈娇裂法间接地测兴定岩石的单向宋抗拉强度。这价种方法是用直姻径溉为筑5偿cm桑和厚银2.5cm种的圆盘形试件懒，在材料试验边机上以山3浮～炒5命N丛/s脸的速度加载，烛直至试件被压舍裂（束图肃1-突5螺）。此时，可我按下式计算试巨件的抗拉强度枕：钓葡热婶篇蒜（笔1-1矿2供）记式碍中火惠R配p巾—则圆盘形试件的双抗拉强度，程kPa;辆P尽—前试件裂开破坏铲时的竖向总压树力，上k斧N旨；货D拌、嚷t米—掩圆盘形试件的杏直径和厚度，吧m然。年图岂1-5升办劈裂法试验装勺置示意图而1逃-捐试件说；教2惊-缠钢丝垫条纵；旗3歌-壳承压板银图叉1-6蚁叹倾斜压模剪切黄装置脑三、岩石的抗境剪强度端岩石的抗剪强佣度是指岩石抵容抗剪切作用的禾能力。朗目前广泛采用努倾斜压模法测疯定岩石抗剪强犯度。如蹦图冬1-液6岗所示，将规格先为狡5cm×5c惹m×5cm链的立方体试件帆放在两个钢制可的倾斜压模之耍间，樱以蝶5笨0尸～彩100莲N/s狼的速度加载迫蛮使试件沿预定未的剪切面拿AB培剪断。这时作袄用在破坏面上拉的应力为：培弃航鱼原沉触拜（橡1-1参3处）纺式蛮中绵站T姻、总N过—镜作用在剪切破刑坏面上的剪应棒力和正应力，攀k榜N墓；荷τ排—训抗剪强度，岂kPa;社σ骂n懂—疤剪切破坏面上祝的正应力，炸kP梦a拼；们P阁—姜试件发生剪切排破坏时压力机歇施加的总压力容，打k却N末；懂A子—糖试件剪切破坏熟面的面积，体m励2海；疲α啊—板试件与水平面夫的夹角，（寄°鞭）棉四、岩石的三述向抗压强度刷岩石在三向应龄力作用下所能促抵抗的最大轴坑向应力，称为阿岩石的三向抗励压强度。它通黎常是在轴对称掩应力组合方式碰（即末σ惕1斗>罚σ饶2聪=述σ划3密）的三向应力膏条件下，利用慧岩石三轴应力丸试验机测定的钻。绘图绣1-7轻笑三轴试验装置衬1尾-处压力室书；术2地-谨密封设备希；稳3品-液球面底座快；武4醋-插压力液进口殊；望5楚-忆排气口弃；像6陕-菠侧向压力吐；播7堤-架试件睡如牧图乏1-千7饱所示，测定时今将试件放在密愁闭的高压容器副内，用油泵向练压力室内送入涌高压油，对试泥件施加侧向压宪力（夸σ继2获=并σ肝3活），达到预定瓶值后封闭压力抖室，然后御以税5椒0榆～胳100N赏/刮s士的稳定速度，盐连续均匀地通桃过压力机活塞讽施加轴向载荷我，直至试件破虹坏。试件在相剂应侧压力下的并三向抗压强度暮可按下式计算窜：职的没混垂壶（枕1-1伯4耐）茅式烫中因趁R胡3c窝—吼在一定侧向压玩力作用下的岩吉石三向抗压强沫度，社kPa;盟P先—洲试件破坏时的屡轴向载荷，熄k低N逃；察A宗—傲试件的初始横健断面积，育m拥2幼。改岩石因受力状究态不同，其极垮限强度相差很慎大。岩石在不踪同应力状态下努的各种极限强箭度一般符合下味列顺序：重三向等压抗压拉强度欢>图三向不等压抗止压强度忽>蒸双向抗压强度爹>逐单向抗压强度斤>挣抗剪强度纠>洲抗弯强度万>呀单向抗拉强度挥。罪此外，单向抗煤压强度侄R啦c辱、单向抗拉强通度没R为t伞和抗剪强度睛τ批之间有以下数仆量关系：级第五仇节折围稍岩石的破坏类吃型握岩石在外力作馅用下首先产生平不同形式的变姓形，继而产生见微细裂缝和破露裂，如果破裂寒不断发展，将萝导致岩石最终筋破坏。盈有些岩石在破意坏前出现很大柜的变形，而另吴一些岩石破坏淘前出现的变形遗很小或可忽略势不计。通常把向岩石在载荷作慕用下没有显著饼的变形而突然势发生的破坏称乐为脆性破坏，括把岩石在载荷冰作用下出现较仆大的变形以后浪才发生的破坏高称为塑性破坏胁。但是在脆性伤破坏和塑性破蹦坏之间并无明名确的界限，岩笔石呈现脆性破堡坏还是塑性破指坏，不仅取决血于岩石本身的退性质，还在很渐大程度上取决曾于外界条件，宜如岩石所处的捏应力状态，温延度，压力，水男分，受载时间考等等。例如，振在常温、低围勒压和高应变率榴条件下呈现为等脆性破坏的岩脊石，在高温、肉高围压、多水捡分和低应变率斧的条件下，岩承石可呈现为塑绳性破坏。毛不论在何种受污力状态下，岩耗石发生破坏的筹基本形式只有愚两种：拉断破村坏和剪切破坏哀。例如岩石在康受单向压缩时红，根据其上下可端面的润滑情迷况，可能出现丑拉断破或剪切蜡破坏。岩石试记件在受弯曲时蝇，往往是由于铸下部表面受到趟拉应力的作用胆而导致拉断破吧坏。至于塑性悟破拳坏锹(五例如粘土类岩场石怨)暗，它实质上是乒塑性岩石颗粒士间产生微小剪琴切滑移的结果怪，仍属于剪切兔破坏。因此，吹尽管由于岩石团性质、构造特蝴征、受力方式汪以及试件形状撇和尺寸不同，罩试件的破坏形灾态有很大差别企，但从岩石的届破坏方式和机刑理来看，都可流归结为拉断破蝴坏和剪切破坏裳这两种基本类烦型。一、拉断破坏顷拉断破坏可以宰直接由拉力引朵起的拉应力造研成，也可以由个压缩、弯曲等少衍生的拉应力粮造成，但不论阀加载方式如何爪，都是由于拉丰应力超过极限齐强度而造成的坚破坏，其特点懒是岩石破坏时念呈现出沿破坏竭面发生拉开的模运动。拉断破超坏又称张性破柔坏。失图冈l-8冲辫拉断破坏的两东种情况脆a士—舞直接拉断；骨b尤、抚c押—鸽间接拉断生根据加载方式简不同，拉断破窜坏可分两种情绞况：络(损一板)腹直接拉断阴直接拉钩断津(扶图予l为－欲8爷a冰)下的特点是断裂之面与受力方向粱垂直，断裂面裹明显分离。而排在断裂面之间禽没有错动。军(捧二阀)槐间接拉断斤间接拉晒断辞(桑图鼻l-8龄b股、靠c吓)坛的特点是断裂班而与受力方向无平行。当在受竞压面上涂润滑龙剂时，由于加仪压板与试件受敞压面之间无摩概擦阻力或摩擦驶阻力很小，在附纵向压缩过程什中，引起试件尘自由地产生横停向变形。当横布向变形伸长量存超过试件抵抗呀伸长的能力时努，就会导致试针件产生纵向劈逼裂而被拉断。丘这种因压缩而滋引起的拉断破捏坏形式又蝇叫吗“斗压稼裂定”刃或告“谜横向张震裂各”笔。求尽管以上两种惯拉断破坏的受扣力方式不同，却但两者共同之咳处都是由拉应帽力引起破坏，井而且都出现张托开的裂缝。二、剪切破坏明剪切破坏可以场直接由剪切破性坏或者由压缩鼠衍生的剪应力拉造成。但无论花加载方向如何狐，都是由于剪拘应力超过极限烘强度而造成的百破坏。其特点眨是岩石破坏时尝呈现出沿破坏贿面发生相互错胁动的运动。剪借切破坏又称剪解破裂或剪裂。放根据加载方式过不同，剪切破萝坏有两种情况咏：径（一）直接剪乳切卧通常由外加的剧剪力造成，其疾特点是剪切破蕉坏面与外加剪追力方向一致（叉图丰1-绢9畏，吧a载）。贼图冰1-9沾惕剪切破坏的两富种情况卵a烫—沙直接剪切；唉b护、钉c钟—娘间接剪切唱（二）间接剪乓切堵由轴向压缩或兰其它受力方式蛮引起的剪切破心坏。当受压面圾上不涂润滑剂纹时，加压板与疫试件受压面之羽间有很大的摩较擦阻力，试件闷不易产生横向散变形。于是试价件内部产生剪吐应力，最后沿旅与最大压应力己垂直方向成一敢定角度产α偷的某个平面发请生剪切破坏（凶图藏1-9贺b窑、凭c吓）。边α茶称为剪切破坏最角。剪切破坏臣角与岩石强度成有关。通常，乏坚硬岩石的剪怨切破坏角较大肆，软岩则较小虏，常见岩石剪覆切破坏角见洋表老1-挣5煎。从尽管直接剪切民和间接剪切破怀坏的受力方式主不同，但两者洗共同之处是其芦破坏形式表现业为试件的一部迈分相对于另一冈部分产生滑移锣，即形成剪切昨裂缝。但这种气裂缝通常都不咐张开，而是呈励闭合的形式，糠常称之为剪裂赢面。路通常，试件内涛部的剪应力具退有对称性，试失件受剪切破坏骤时常出现成对毕的倾斜裂缝，迎常称膊为客“斑X商形剪裂萌隙麦”轮（疤图垂1-9近c冰）。序第六贞节呼陕引岩体的基本性躁质误前面讨论的岩便石力学性质，致都是以对小块泉岩石试即件棒(苗岩桐块栏)赏进行的实验和撤研究为基础，役与大范围天然泡岩体的力学性摔质有很大差别科。为了有效地惊解决与工程有诱关的岩石力学央实际问题，需与要了解岩体的铃特征及其有关夸的力学性质。掩概括来说，岩燥体在以下三个屿方面与实验室数岩石试件有显贿著不同：碰l己)勿岩体以天然状门态埋藏在地下字，处于特定的贿自然物理环观境断(念地下水、地温叨、地应力巩等集)倍之中，这些因方素无疑将对岩灾体的物理力学把性质有很大影辞响。稳2婶)贡岩体由一定数袄量的岩石组成扒，没有特定的付自然边界。岩社体的范围根据斤解决问题的需照要来圈定。础3防)版岩体中存在各谈种地质弱面和臣地质构造。岩粉体在自然状态味下经历了漫长俯的地质作用过岔程。在地应力碌作用下，岩体碎内部保留了各用种永久变形和摊地质构造形迹银，例如：不整剃合、褶皱、断康层、层理、节料理、裂隙等等替。搬根据上述特征肾，岩体可定义界为自然界中由文各种岩性各种梳结构特征的岩评石的集合体。占从工程实际来描看，大多数情牌况下遇到的岩原体，是存在有械各种弱面的坚穴硬天然岩石。王因此，从抽象粗的、典型化的洒角度来说，可拼以把岩体看作桂是由结构面和纸受它包围的结营构体共同组成恭的。翅所乌谓岛“卷结构惨面菊”雅是指在地质发买展历史中，尤妇其是地质构造闭运动过程中形秘成的，具有一巧定方向、延展症较大、厚度较暴小的地质界面雹，它包括岩石第物质的分界面爱和不连续面，蔽如岩体中存在严的层面、节理狱、断层、软弱庙夹层等，可统葵称为结构面。团结构面是岩体抱的重要组成单狡元，它的性质垄影响到岩体的区性质。松所末谓帆“亩结构睛体电”芳是指由不同产城状的结构面相脖互切割而形成撤的单元块体，跪也称单元岩块扑。结构体的四论周都被结构面敞包围，常见的芳结构体大都是夸有棱有角的多被面体，如立方帮体、柱状体、穗板状体、菱形闭体、梯形体、村楔形体、锥形统体等。结构体奇也是岩体的重丰要组成部分，论它本身的物质业组成和排列组樱合方式也影响允到岩体的力学窃性质。记一、岩体的基致本类型姜根据岩体结构梯特征的不同，奏岩体可分为以愤下几种基本类库型草(塌图军1-10用)欠，绒1滔.绝扔整体岩活体深(爱图愁1-10沫a忽)忘它是指只遭受畏轻微构造变动刺的厚层沉积岩漫，岩层多呈水右平或缓斜状，症节理不发育，芽很少有断层，冷通常可认为是睛均质、连续介暮质。这类岩体寿本身有很高的雾力学强度和抗渣变形能力，岩半体的整体强度楼接近于岩石的头强度，具有很放好的自稳性能枝。饶葡(a)贝图杯1-10届次逢岩体结构的基国本类型酒a期一整体结构；见b毒一块状结构；俊c电一层状结构；混d地一碎裂结构；药e奋一散体结构馋2.亲块状岩脏体泥(倘图惕1-10拨b骤)吃它是指遭受中肯等构造变动的汽厚层、中厚层君沉积岩，岩层晃多为水平或倾暂斜状，节理发董育，有小断层雄及偶有层间错伞动，岩石一般电比较坚硬，这怕类沉积岩通常钥由岩性单一或扒强度相近的岩炼层组合而成。排根据构造变动抛程度，可认为晨是连续介质或买不连续介质。肿这类岩体的整棉体强度也较高惑，岩体的变形丑、破坏受结构法面控制，它对黄一般跨度的巷税硐是稳定的，提开挖后在短时向间内应力即能园达到平衡。妥3.爷层状岩刘体果民(脖图汁1-10延c测)趁它是指构造比盖较简单的沉积巴岩，岩层可以种成水平或倾斜峡陡急状。它可帖以由单一岩性烧或不同岩性的暴互层或夹层组蛛合而成，岩层典的单层厚度一待般感在套0.5贵m间上下。这类岩舱体的特点是，财各个单层具有摧比较完整的层忆状组合，同时炕常含有粘结力急很小的层面、会极薄层或薄层货状的原生软弱皆夹层以及轻微内的层间错动面肯，其节理发育诵程度不等。岩躁体的完整性随协岩层变位程度堆而定，属于各蛛向异性的不连纳续介质，其变织形、破坏受岩丙层组合和结构滑面所控制，在丹跨度较大的巷偶硐顶部可能产诉生弯曲折断，控而平行于巷硐售侧壁的急斜岩搭层可能发生膨活出及张裂。骑4.刘碎裂岩写体历瑞(轮图仆1-10搬d花)冰它是指岩层受致强烈构造变动炕后产生严重变绞形和破裂的岩门体。在这类岩既体中，褶皱、汽断层、层间错郑动、节理、劈症理十分发育，泡而且断层、节客理经常互相切碰割，使岩层完州整性受到强烈轮破坏，属于不冰连续介质或似稠连续介质。这政类岩体比较破锄碎，整体强度匪低，受力后的虽变形、破坏受明结构面控制。提当在巷硐中悬令露时经常会发仅生片帮、冒顶联、侧向挤出和扇底膨等现象。帖如果碎裂岩体王中泥质含量较饥高时，也可能量呈现与时间效圈应有关的塑性担变形。唱5票.沙松散岩辣体聋艳(敞图误1-10港e君)蠢是指经受最剧沾烈的构造变动拜后由断层泥、援岩粉、压碎的漂岩石碎屑、碎妙块等所组成的话岩体。它往往渐出现在大断层玻交汇处，形成润破碎带，沿走葱向和沿倾斜的低厚度变化极不恨规则。此外，蹦近代未经胶结袖的松散沉积物拾，如砂卵石层丛等也属松散岩乓体。这类岩体钩的结构体呈颗书粒状、碎屑粉里状、角砾状，米属于非连续介蛾质。它受力后门的变形、滑移丰主要取决于散烧粒体之间的摩孔擦阻力和泥质础物的控制作用侮，故常呈现明资显的塑性或流批变性。这类岩酒体的整体强度筛极低，几乎没庸有自撑能力，盛悬露时极不稳休定，在掘进巷际道时，如不进欺行超前支护，意会立即冒落，鹰甚至在掘进以隐后，巷道中还摸会出现臌帮、糊臌底现象，而缝且来压既快又束大，持续时间沟长，往往产生梁连续的变形破泻坏，这是目前颠岩层控制领域膛中尚待解决的荐课题。显二、岩体的基防本特征车根据上述情况坊可以看出，岩希体除了有以上冬结构特点外，肯从本身组成状舍况来看也与岩殃石有许多区别鹅，其中比较明便显的特征有如凶下几点。梳1.铅岩体的非均质椅性漫岩体可以由一各种或几种岩石蜻组成，而且以寸后者居多。对宏于多种岩石组暮成的岩体，由脑于在自然条件仙下组成岩石的好物质成分、组喝织结构及其组斜合状况经常变夺化，所以一般流认为岩体是非般均质的。例如怠，对于倾斜层瓣状岩体，无论挠是铅直方向还剖是水平方向，弟其非均质性都磨十分明显；对灿水平或近水平容的层状岩体，赴在铅直方向上辱的非均质性也父是明显的，而州在水平方向，削尽管岩石种类美在一定范围内员可能没有明显圈变化，但物质谎组成、岩性岩危相也有变化，谜所以严格地说纤岩体都是非均绑质的。只有在暖少数情况下，孩在某些局部范导围内，如果不蛇存在软、硬悬秒殊的夹层，岩蓬石的物理力学捷性质基本一致族，才可看作均叙质体。戒2.圈岩体的各向异贼性勇大多数层状岩逮体在水平及铅扑直方向的致密麦程度不同，因锤而就有显著的底各向异性，即灭岩体在不同方示向上显示的物讨理力学性统质虑(绕如极限强度、票弹性模量女等股)桌有明显不同。跃岩体的各向异惧性还受到岩体梦内各种结构面扬的影响。由于商结构面的方位倚不同，数量不损等，规模不一尺，性质各异，打会造成岩体具蓄有各向异性。膨如结构面组数六较少、各自发介育程度不同的占岩体，其各向希异性会表现得堵很明显，反之欲，结构面组数坐多、各自都很调发育、方向十仇分复杂的岩体韵，其各向异性勇反而表现得不韵明显。所以，优岩体中组成岩狱石的成层条件暴及其分布规律革，结构面特性俱及其发育状况昼等都会导致岩辣体具有各向异现性。购3.串岩体的非连续把性丝由于岩体被各庄种结构面所切单割，因此从原拔则上说岩体属名于非连续体。徐但是随着被切假割的岩块大小泻、形态和性质陆不同，岩块的暑排列和相互接谊触状态的差异骗，及其不连续早程度都会有所耍不同。因此在肿研究工程问题扮，尤其是进行湖岩体稳定性分从析时，往往根秒据岩体的不同零结构类型把岩栋体分别看作是荷非连续体、似堂连续体或连续开体。例如，受臣结构面影响明透显的层状、块做状结构岩体和肯碎裂结构岩体喊可视为非连续封体，结构发育音密集的碎裂结匙构及结构面不才规则密集分布黑的散体结构岩蓬体可看成似连路续体，而只有旁那些整体结构颈岩体和部分块他状、中厚层状计结构的岩体才下可看作是连续墓体。壶为了对岩体的夸特性有较全面衡的了解，在欺表赛1-齐6勾中对岩石和岩果体特性的不同幻点进行了简要计对比。耗第七灰节单惑误岩体的力学性欢质歪像其他材料一叛样，在载荷作俯用下会产生变策形，载荷不断城增加，变形会瓜不断发展，最脏后会导致岩体股的破坏。了解夸岩体的变形规象律和特性，对止于控制岩体变先形，解决井巷宽设计、掘进和京维护，以及与矩地下开采有关孤的其它实际问魄题都有重要意分义。以岩体不是理想格的弹性体，而巾是具有弹性、迹塑性和粘性的邮，多裂隙的非鸦连续介质，其犹变形性质也反亿映了这些特点卸。例如，岩体秤在载荷作用下况出现弹性变形涂的同时也产生警塑性变形，岩成