岩石的物理、水理性质

隧道超前预报红外线预报成果
因地下水的活动会引起岩体红外辐射场强的变化，可利用 红外探水仪通过接受岩体的红外辐射强度，根据围岩红外 辐射场强的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周是否有隐 伏的含水体。
思考题 岩石的物理、水理和热力指标有哪些？表达方 式如何？
Wa m w1 = × 100 % m w2 V Vb ρ dW a = × 100 % = = ρ dW a V ρw
大开孔隙进水
nb
2.饱和吸水率
岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩石试件在高压(一 般压力为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，即
W 所有开孔 隙进水
2.体膨胀系数 β ：岩石的温度升高
10 C
0
引起体积伸长量 Vt 与温度为 00 C 时体积 V 比值。
Vt − V0 β= V0t
所 的
四、温度对岩石特性的影响
主要包括两方面：一是温度对岩体力学性质的影 响；二是由于温度变化引起的热应力的影响。目 前，这方面的研究刚起步。在国内，由于液化天 然气的贮存、复杂地质条件下的冻结施工及核废 料处理等工程的需要，温度的影响问题已逐渐为 人们所重视。
（二）导热性 l 岩石传导热量的能力，常用导热系数来 度量。 l 导热系数 ：当温度梯度为10 C 时，单位时 间内通过单位面积岩石所传导的热量。用 λ 表示。
（三）热膨胀性 l 在温度变化时，岩石形状和尺寸变化的 性质，常用线膨胀系数和体膨胀系数表示。 α ：岩石的温度升高 10 C 1.线膨胀系数 所引起的线性伸长 Lt 与在温度为 00 C 时长度 L0 的比值。 Lt − L0 α= L0t
二、岩石的软化性
l l
岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化 性， 软化系数(KR)为岩石试件的饱和抗压强度(σcw) 与干抗压强度(σc)的比值
σ cw KR = σc
l l l
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。 KR＞0.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好 KR＜0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差
常见岩石的物理性质指标值
二、岩石的空隙性
岩石的空隙
(裂隙、孔隙) 开空隙
大开空隙 小开空隙
闭空隙
n= Vv ρ × 100 % = (1 − d ) × 100 % V ρs
总空隙率(n) 岩 石 空 隙 率
隙比
总开空隙率(no) 大开空隙率(nb) 小开空隙率(na) 闭空隙率(nc)
e= VV ρ = s −1 Vs ρd
第三章 岩石的物理、水理性质
第三章 岩石的物理、水理性质
§ 3.1 岩石的物理性质
一、岩石的密度 二、岩石的空隙性
§ 3.2
岩石的水理性质
一、岩石的吸水性 二、岩石的软化性 三、岩石的抗冻性 四、岩石的透水性
§ 3.1 岩石的物理性质
岩石和土一样，也是由固体、液体和 气体三相组成的。 l定义：物理性质是指岩石由于三相组成 的相对比例关系不同所表现的物理状 态。 1、岩石的密度 2、岩石的空隙性
p
m w2 = × 100 % ms
ρ dW p VV 0 n0 = × 100 % = = ρ d Wp V ρw
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。
几种岩石的吸水性指标值
一般来说，饱水系数愈大，岩石中的大开空隙相对愈多， 而小开空隙相对愈少。另外，饱水系数大，说明常压下吸 水后余留的空隙就愈少，岩石愈易被冻胀破坏，因而其抗 冻性差。
软化系数是评价岩石力学性质的重要指标，特别是在水工建 设中，对评价坝基岩体稳定性时具有重要意义。
常见岩石的物理性质指标值
三、岩石的抗冻性
l l
岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。 抗冻系数(Rd)：岩石试件经反复冻融后的干抗压强度 (σc2)与冻融前干抗压强度(σc1)之比，用百分数表示
Rd = σ c2 × 100% σ c1
四、岩石的透水性
l l
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。 一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流 动一样，也服从于线性渗流规律——达西定律，即
U = KJ
几种岩石的渗透系数值
第三节、岩石的热学性质
岩石的热学性质，在诸如深埋隧洞、高寒地区及地 温异常地区的工程建设、地热开发以及核废料处理和 石质文物保护中都具有重要的实际意义。
物理性质是指岩石由于三相组成的相对比例关系不同所表现的物理状岩石的空隙性一岩石的密度一岩石的密度干密度饱和密度天然密度蜡封法扩展知识常见岩石的物理性质指标值常见岩石的物理性质指标值二岩石的空隙性二岩石的空隙性总空隙率裂隙孔隙闭空隙开空隙大开空隙小开空隙一般来说空隙率愈大岩块的强度愈小塑性变形和渗透性愈大反之愈大
l
一、岩石的密度
1、颗粒密度(ρs) ρs= ms/Vs l 2、块体密度(ρ)（干密度、饱和密度、天然 密度） ρ=m/V l 注意： （1）ρs与ρ的区别 (ρs>ρ) （2）ρs与ρ的单位 （g/cm3 kN/m3（重度）） （3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法、 蜡封法）
l
扩展知识
§ 3.2 岩石的水理性质
定义：岩石在水溶液作用下表现出来的 性质，称为水理性质。主要有： 1.吸水性 2.软化性 3.抗冻性 4.透水性
一、岩石的吸水性
定义：岩石在一定的试验条件下吸收水 分的能力，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 件下自由吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms) 之比，用百分数表示
n
n n
0
=
= =
V v0 × 100 VVvb%% − n
b
V
× 100
a
V va × 100 % = n V
0
b
nc
V vc = × 100 % = n − n 0 V
一般来说，空隙率愈大，岩块的强度愈小、 塑性变形和渗透性愈大，反之愈大。 岩石的空隙性指标一般不能实测，只能通过 密度与吸水性等指标换算求得
中心布置单根锚杆的锚固体在加载过 程中的红外热像系列 TVS28100MK Ⅱ红外热像仪
岩石温度－应力－渗流耦合三轴流变仪
一、设备简介 法国Top Industrie公司生产， 主要用于开展岩石类材料在应 力、温度、渗流、化学腐蚀耦 合条件下的流变试验。 二、主要技术参数 试样尺寸：Φ20ⅹ40mm、 Φ37.5ⅹ75mm、Φ50ⅹ100mm 最大轴压：600kN 最大围压：60MPa 温度：常温～90℃ 最大渗透压力：60MPa 试验力长时间稳定度＜±2％ 连续工作时间＞1200小时
l
质量损失率(Km)：冻融试验前后干质量之差(ms1 －ms2)与试验前干质量(ms1)之比，以百分数表示
Km m s1 − m s 2 = × 100% m s1
l l
Rd＞75％，Km＜2％，抗冻性高 吸水率Wa＜5％、软化系数KR＞0.75，饱水系数小 于0.8的岩石，抗冻性高。
水冻结成冰时，体积增大达9％并产生膨胀压力，使 岩石的结构和连结遭受破坏。据研究冻结时岩石中产 生的破坏应力取决于冰的形成速度及其与局部压力消 散的难易程度间的关系，自由生长的冰晶体向四周的 伸展压力是其下限(约0.05MPa)，而完全封闭体系中的 冻结压力，在－22℃温度下可达200MPa，使岩石遭受 破坏。
岩石在低温条件下，总的来说，其力学性质 都有不同程度的改善
抗压强度与变形模量随温度降低而逐渐提高
在高温条件下，岩石特性甚至有某些化学上的变化， 目前这方面的研究还很少。就已有的资料来看，岩石 的抗压强度σc和变形模量(E)均随温度升高而逐渐降低
围压16MPa下，不同温度对大理岩特性的影响
另外，温度的变化在岩石中产生热应力效应，使岩石遭受 破坏。某些研究资料表明：在较高的温度作用下，温度改 变1K，可在岩石内产生0.4～0.5MPa的热应力变化(表3-5)， 这是相当可观的。
l l l
岩石热学性质有：热容性、导热性、热膨胀性。 （一）容热性 在进行热交换时，岩石吸收热量的能力。 常用指标：岩石的比热、容积热容
∆Q = Cm(T2 − T1 )
1.岩石的比热： l 在不存在相转变条件下，单位质量岩石温度 变化10 C 时所需输入的热量，用 C 表示。 l 2.容积热容： l 单位体积的岩石，在温度变化10 C 所需要的 热量，用 CV 表示。 3.两者关系： CV = ρ × C