【井巷工程课件】第一章 岩石的性质及工程分类

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岩石的强度（ 3. 岩石的强度（P10） ）
单向抗压强度 单向抗拉强度 剪切强度 三轴压缩
研究岩石的强度的意义 ⑴ 岩石的强度是各种岩石分类（级）中的重要数量指标。 岩石的强度是各种岩石分类（ 中的重要数量指标。 作为强度(安全)准则，判别所计算或测定的岩土工程是否稳定. ⑵ 作为强度(安全)准则，判别所计算或测定的岩土工程是否稳定. 在简单的工程条件下，可作为极限平衡条件（塑性条件）， ），求 ⑶ 在简单的工程条件下，可作为极限平衡条件（塑性条件），求 解弹塑性问题的塑性区范围、弹性区和塑性区应力与应变。 解弹塑性问题的塑性区范围、弹性区和塑性区应力与应变。
影响强度及风化速度
e~n关系 关系
VV VV /V e = = VC VC /V n = 1 − γ
c
/Gγ
VV V = V − VV V
n = 1 − n
W
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岩石的水理性质---- 孔隙量 大小、 孔隙量、 三. 岩石的水理性质 -孔隙量、大小、开闭及分布
1. 吸水率 2. 透水性
吸水率 = 大气压力下吸入水的质量 试件干质量
破碎后总体积 碎胀系数 = 原岩体积
坚硬程度、块度大小、 坚硬程度、块度大小、堆积排列情况
岩石名称 碎胀系数 k
砂、砾岩 1.05~1.2
砂质粘土 1.2~1.25
中硬岩石 1.3~1.5
坚硬岩石 1.5~2.5
煤 < 1.2
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扁鹊的医术
魏文王问名医扁鹊说。 你们家兄弟三人，都精于医术， 魏文王问名医扁鹊说。“你们家兄弟三人，都精于医术，到底哪一位 最好呢？ 最好呢？” 扁鹊答：‘’长兄最好，中兄次之，我最差。 扁鹊答：‘’长兄最好，中兄次之，我最差。” 长兄最好 文王再问： 那么为什么你最出名呢？ 文王再问：“那么为什么你最出名呢？” 扁鹊答：“长兄治病，是治病于病情发作之前。由于一般人不知道他事 扁鹊答： 长兄治病，是治病于病情发作之前。 先能铲除病因，所以他的名气无法传出去；中兄治病， 先能铲除病因，所以他的名气无法传出去；中兄治病，是治病于病情初起 时，一般人以为他只能治轻微的小病，所以他的名气只及本乡里。而我是 一般人以为他只能治轻微的小病，所以他的名气只及本乡里。 治病于病情严重之时。一般人都看到我在经脉上穿针管放血、 治病于病情严重之时。一般人都看到我在经脉上穿针管放血、在皮肤上敷 药等大手术，所以以为我的医术高明，名气因此响遍全国。 药等大手术，所以以为我的医术高明，名气因此响遍全国。” 事后控制不如事中控制，事中控制不如事前控制， 事后控制不如事中控制，事中控制不如事前控制，可惜大多数的人均未 能体会到这一点，等到错误的决策造成了重大的损失才寻求弥补。 能体会到这一点，等到错误的决策造成了重大的损失才寻求弥补。
2. 密度（容重）（kN/m3）：
G ρc = V G ρ= 1 V
2.30~2.80，组成岩石的矿物的比重 ，
矿物成份、孔隙、含水量、 矿物成份、孔隙、含水量、埋藏深度 容重大， 容重大，力学性质好
比重与密度在数值上大体相等。 比重与密度在数值上大体相等。 一般地，岩石密度越大，其力学性质越好。 一般地，岩石密度越大，其力学性质越好。
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常用建筑材料的特性 连续的 均质的 各向同性的 线弹性的 Continuous Homogeneous Isotropic Lineraly Elastic
C.H.I.L.E.
岩体的特性（具有尺度效应） 岩体的特性（具有尺度效应） 不连续的 非均质的 Discontinuous Inhomogeneous
各向异性的 Anisotropic 非线弹性的 Non-Lineraly Elastic
D.I.A.N.E.
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第二节
一. 岩石的比重与密度
岩石物理性质
岩石物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一， 也是岩石力学学科中研究最早、最完善的内容之一。
绝对干燥时体积为Vc的岩石重量G 1. 相对密度（比重）： 比重＝ 岩石固体实体积V × 水的密度ρ c w
岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论和应用科学，它是 岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论和应用科学， 力学的一个分支，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。 力学的一个分支，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。
US National Committee on Rock Mechanics, 1964
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第三节
岩石力学性质 岩石力学性质 力学
Strength, Deformation and Failure of Rock Material
试验所需的试件应该加工成标准的圆柱形， 试验所需的试件应该加工成标准的圆柱形，其高与直径之比应该 介于2.0~3.0之间，试件的直径最好不要超过50mm。 介于2.0~3.0之间，试件的直径最好不要超过50mm。试件的直径应 2.0~3.0之间 50mm 该至少是岩石最大颗粒直径的20倍 该至少是岩石最大颗粒直径的20倍。料的比较
岩石和土壤类似，与其它工程材料有显著的区别。 岩石和土壤类似，与其它工程材料有显著的区别。 钢筋混凝土结构的设计，工程师首先计算外荷裁， 钢筋混凝土结构的设计，工程师首先计算外荷裁，然后根据所要 求的强度选择材料（采取措施以保证其强度），同时相应地确定出 求的强度选择材料（采取措施以保证其强度），同时相应地确定出 ）， 结构的几何尺寸。 结构的几何尺寸。 然而，在岩体结构中，作用荷载往往难于确定。此外， 然而，在岩体结构中，作用荷载往往难于确定。此外，由于地下 洞室一类的岩体结构有许多可能的破坏模式，材料“强度” 洞室一类的岩体结构有许多可能的破坏模式，材料“强度”的确定 既需要量测，也需要判断。还有最后一点， 既需要量测，也需要判断。还有最后一点，地下结构的几何尺寸至 少在一定程度上由地质构造来决定。 少在一定程度上由地质构造来决定。
第一章 岩石的性质及工程分类
井巷工程的最基本工作就是破岩与维护。因此， 井巷工程的最基本工作就是破岩与维护。因此，在这一 章主要讲述岩石的一些基本性质，包括岩石的物理性质和 章主要讲述岩石的一些基本性质， 力学性质，为破岩与维护的基础知识；另外， 力学性质，为破岩与维护的基础知识；另外，围岩的工程 分级一直是工程设计的基本依据之一，将在本章的最后进 分级一直是工程设计的基本依据之一， 行讲授。本章的重点应是围岩分级。 行讲授。本章的重点应是围岩分级。
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1. 岩石的单轴压缩全应力—应变曲线 岩石的单轴压缩全应力—
单轴压缩试验设备
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弹模值：E=20~50GPa，为软钢弹模（206GPa） 10~24%； 弹模值：E=20~50GPa，为软钢弹模（206GPa）的10~24%； 泊松比： 泊松比：ν = − ε 2 = 0.15 ~ 0.35 ，理想塑性材料 ν = 0.5 ε1
岩石样品渗透性的确定对实际问题有直接的意义，例如：将水、 岩石样品渗透性的确定对实际问题有直接的意义，例如：将水、油或 气泵入多孔的岩层中，或从其中抽出来；在多孔岩层中处理卤水废物； 气泵入多孔的岩层中，或从其中抽出来；在多孔岩层中处理卤水废物；为 了能量转换而在地下洞穴中贮存液体；评价水库的不透水性； 了能量转换而在地下洞穴中贮存液体；评价水库的不透水性；排除深处洞 室的海水，或预估流入隧洞的水量等。 室的海水，或预估流入隧洞的水量等。
Rock mass = Rock material + Rock discontinuities
然地质体
岩石：不分岩块与岩体时的泛称。 ♣ 岩石：不分岩块与岩体时的泛称。
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岩块（ 性质： 岩块（Rock）性质：
强度：抗压强度、抗拉强度、剪切强度等； 强度：抗压强度、抗拉强度、剪切强度等； 变形：弹性模量、泊松比； 变形：弹性模量、泊松比； 矿物：矿物成分、颗粒大小、结构等； 矿物：矿物成分、颗粒大小、结构等； 物理性质：密度、水理性、孔隙性等。 物理性质：密度、水理性、孔隙性等。
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岩石的孔隙性-----密度与强度降低，风化速度加快 密度与强度降低， 二. 岩石的孔隙性 密度与强度降低 1. 孔隙度（率）n
n= V − Vc ρc = 1 − d ⋅ ρ × 100% V w
2. 孔隙比e
V − Vc d ⋅ ρ w e= = −1 Vc ρc
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3. 软化性 强度； 强度；
ηc =
Rcw－水饱和岩石的单向抗压强度； Rc－干燥岩石的单向抗压 水饱和岩石的单向抗压强度； 4. 膨胀性和崩解性
Rcw ≤1 Rc
强度越大， 强度越大，软化系数越大
膨胀压力
治水
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岩石的碎胀性-----选用装载、运输、提升等设备 选用装载、运输、 四. 岩石的碎胀性
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2. 岩石在三轴压缩条件下的力学性质
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首先，破坏前岩石的应变随围压增大而增加；另外，随围压增大， 首先，破坏前岩石的应变随围压增大而增加；另外，随围压增大， 应变随围压增大而增加 岩石的塑性也不断增大 且由脆性逐渐转化为延性。围压增加时， 塑性也不断增大， 岩石的塑性也不断增大，且由脆性逐渐转化为延性。围压增加时， 试件承载力则随围压稳定增长，出现所谓应变硬化现象。 试件承载力则随围压稳定增长，出现所谓应变硬化现象。 围压是影响岩石力学属性的主要因素之一。 围压是影响岩石力学属性的主要因素之一。 从图分析围压对岩石变形影响，得出如下结论： 从图分析围压对岩石变形影响，得出如下结论： ①随着围压的增大，岩石的抗压强度显著增加； 随着围压的增大，岩石的抗压强度显著增加； ②随着围压的增大，岩石的变形显著增大； 随着围压的增大，岩石的变形显著增大； ③随着围压的增大，岩石的弹性极限显著增大； 随着围压的增大，岩石的弹性极限显著增大； ④随着围压的增大，岩石的应力一应变曲线形态发生明显改变， 随着围压的增大，岩石的应力一应变曲线形态发生明显改变， 岩石的性质发生了变化：由弹脆性一弹塑性一应变硬化。 岩石的性质发生了变化：由弹脆性一弹塑性一应变硬化。