岩石的基本物理力学性质及其试验方法

第一讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之一)

一、内容提要：

本讲主要讲述岩石的物理力学性能等指标及其试验方法，岩石的强度特性。

二、重点、难点：

岩石的强度特性，对岩石的物理力学性能等指标及其试验方法作一般了解。

一、概述

岩体力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学，是探讨岩石和岩体对其周围物理环境(力场)的变化作出反应的一门力学分支。

所谓的岩石是指由矿物和岩屑在长期的地质作用下，按一定规律聚集而成的自然体。由于成因的不同，岩石可分成火成岩、沉积岩、变质岩三大类。岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。通常认为岩体是由岩石和结构面组成。所谓的结构面是指没有或者具有极低抗拉强度的力学不连续面，它包括一切地质分离面。这些地质分离面大到延伸几公里的断层，小到岩石矿物中的片理和解理等。从结构面的力学来看，它往往是岩体中相对比较薄弱的环节。因此，结构面的力学特性在一定的条件下将控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形。

【例题1】岩石按其成因可分为( )三大类。

A. 火成岩、沉积岩、变质岩

B. 花岗岩、砂页岩、片麻岩

C. 火成岩、深成岩、浅成岩

D. 坚硬岩、硬岩、软岩答案：A

【例题2】片麻岩属于( )。

A. 火成岩

B. 沉积岩

C. 变质岩

答案：C

【例题3】在一定的条件下控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形的是( )。

A. 岩石的种类

B. 岩石的矿物组成

C. 结构面的力学特性

D. 岩石的体积大小答案：C

二、岩石的基本物理力学性质及其试验方法

(一)岩石的质量指标

与岩石的质量有关的指标是岩石的最基本的，也是在岩石工程中最常用的指标。

1 岩石的颗粒密度(原称为比重)

岩石的颗粒密度是指岩石的固体物质的质量与其体积之比值。岩石颗粒密度通常采用比重瓶法来求得。其试验方法见相关的国家标准。岩石颗粒密度可按下式计算

2 岩石的块体密度

岩石的块体密度是指单位体积岩块的质量。按照岩块含水率的不同，可分成干密度、饱和密度和湿密度。

(1)岩石的干密度

岩石的干密度通常是指在烘干状态下岩块单位体积的质量。该指标一般都采用量积法求得。即将岩块加工成标准试件(所谓的标准试件是指满足圆柱体直径为48～54mm，高径比为2.0～2.5，含大颗粒的岩石，其试件直径应大于岩石最大颗粒直径的10倍；并对试件加工具有以下的要求；沿试件高度，直径或边长的误差不得大于0.3mm；试件两端面的不平整度误差不得大于0.05mm；端面垂直于试件轴线，最大偏差不得大于0.25。)。测量试件直径或边长以及高度后，将试件置于烘箱中，在105～110℃的恒温下烘24h，再将试件放入干燥器内冷却至重温，最后称试件的质量。岩块干

密度可按下式分式计算求得：

(2)岩块的饱和密度

岩块的饱和密度是指岩块的空隙中充满水的状态下(饱和状态)所测得的密度。饱和密度的试验方法，通常也可采用量积法，只是在岩块称重前，使试件成为饱和状态。一般可采用真空抽气法和水浸法两种使试件饱和。而有关规范中建议采用真空抽气法，由此求得的指标偏差较小。

(3)湿密度

湿密度一般认为是指岩块在天然状态下的密度。由于岩块在取样，加工过程中都用水来冷却切割工具，因此在工程中不太采用这个参数而很少求该指标。但是，在有些工程中的特殊需要，必须提供该指标时，通常采用蜡封法求该指标。蜡封法可按下式计算岩块的干密度与湿密度。

【例题4】岩石的质量指标包括岩石的( )。

A. 颗粒密度和块体密度

B. 干密度和湿密度

C. 干密度、饱和密度和湿密度

D. 颗粒密度和干密度

答案：A

【例题5】测试岩石的干密度时，需将标准试件置于烘箱中，在( )的恒温下烘24h，再将试件放入干燥器内冷却至重温，最后称试件的质量。

A. 105～110℃

B. 70～90℃

C. 90～110℃

D. 80～120℃

答案：A

【例题6】某岩石中颗粒最大粒径为1cm，用该岩石制作标准试件时，试件直径为( )。

A. 48mm

B. 50mm

C. 54mm

D. 12cm

答案：D

(二)岩石的水理性质

1 岩石的含水率

岩石的含水率是指岩石试件中含水的质量与固体质量的比值。由于大都岩块的含水率比较小，因此对岩块含水率试验也提出了相对比较高的要求，采集试样不得采用爆破或钻孔法。在试件采取、运输、储存和制备过程中，其含水率的变化不得大于1％。

岩块的含水率试验采用烘干法，即将从现场采取的试件加工成不小40g的岩块，放入烘箱内在105～110℃的恒温下将试件烘干，后将其放置在干燥器内冷却至室温称其质量，重复上述过程直至将试件烘干至恒重为止。恒重的判断条件是相邻24h两次称量之差不超过后一次称量的0.1％，最后可按下式计算岩石的含水率：