岩石的物理性质

总空隙率(n) 岩 石 空 隙 率
空隙比
总开空隙率(no) 大开空隙率(nb) 小开空隙率(na) 闭空隙率(nc)
VV s e 1 Vs d
n0
nb na
Vv 0 100 % V
Vvb 1 0 0 % V
Vva 100 % n 0 nb V
nc
Vvc 100 % n n0 V
第二章 岩石的物理力学性质
§2.1 岩石的物理性质
§2.2 岩石的热学性质 §2.3 岩块的变形性质 §2.4 岩块的强度性质
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§2.1 岩石的物理性质
岩石也是由固体、液体和气体三相组成的。 定义：物理性质是指岩石三相组成部分的相对比例 关系不同所表现的物理状态。岩石在水溶液作用下表 现出来的性质，称为水理性质。 V0 气 o 岩石的密度 VV 水 VW mw 岩石的空隙性 吸水性 软化性 ms 固 VS 抗冻性 透水性
dWp VV 0 n0 100 % dWp V w
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。
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四、软化性
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(σ cw)与干抗 压强度(σ c)的比值，即
dT Q kA dt dx
式中：k为导热系数（w/(m.K））
k C
式中：λ为岩石的热扩散率（cm2/s）
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三、热膨胀性
岩石在温度升高时体积膨胀，温度降 低时体积收缩的性质，称为热膨胀性。用 线膨胀（收缩）系数表示。
l al(T2 T1 )
a 为线膨胀系数（1/K） 式中：

一、岩石密度
1、颗粒密度ρ s（比重Gs） ρ s= ms/Vs
o
气 水
V0
mw
VW
VV
ms
固
VS
岩石的比重(Gs ) 岩石固体部分的重量和4°C时与同体积纯 水重量的比值。 无单位
Ws Gs Vs w
岩石固体部 分的体积 m3
岩石固体部分的重量 4°C时单位体 积水的重量
百度文库kN
kN m3
ρs的单位 （g/cm3 ） ρs测试方法— 比重瓶法；
2、块体密度(岩石密度)－－岩块单位体积内的质量。与
矿物组成、岩石的孔隙性及含水状态有关。
ms d 干密度 105 ～ 110 ° C, 烘 24h 按试 V msat 3 件含 饱和密度 sat 单位： g / cm 水状 V m 态分 天然密度 V 容重是工 程岩体稳 干容重 d 单位： kN m3 定性分析 岩石 饱和容重 sat 容重 计算及岩 g 天然容重 3 体压力计 9.80kN m 算的基本 测试方法：量积法（规则试样） 参数 水中法或蜡封法（不规则试样）
强度降低的越多,岩石软化性
愈强。如粘土岩和泥质胶结
的岩石，其 KR 一般为 0.4 ～
0.6。对水下建筑影响大。 另外，软化系数是评价 岩石力学性质的一个重要物 理性质指标。
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五、抗冻性
• 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。 • 抗冻系数 (Rd) 是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强 度(σ c2)与冻融前干抗压强度(σ c1)之比，用百分数表 示，即 c2 Rd 100% c1 • 质量损失率 (Km) 是指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，即
l a l (T2 T1 )
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四、温度对岩石性质的影响
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在高的温度下，温度改变10C可在岩石内产生0.4-0.5Mpa 的热应力变化
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KR
cw c
• 岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含大开空 隙较多时，岩石的软化性较强，软化系数较小。
• 软化系数 KR＞0.75 时，岩石的软化性弱，同时也说明 岩石的抗冻性和抗风化能力强。而 KR＜0.75 的岩石则 是软化性较强和工程地质性质较差的岩石
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•工程意义：
岩石的软化系数愈小， 说明岩石吸水饱和后其抗压
mw1 Wa 100% ms
VVb dWa nb 100% dWa V w
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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
Wp m w2 1 0 0% ms
常见岩石的物理性质指标值(部分)
颗粒密度与块体密度不 一样： (ρs>ρ)
颗粒密度不包括孔隙， 其大小只与矿物密度及其含 量有关。 块体密度，不仅与矿物 组成有关，还与岩石的空隙 性及含水状态密切相关。
二、空隙性
岩石的空隙
(裂隙、孔隙) 闭空隙 大开空隙
开空隙
小开空隙
n Vv 100% (1 d ) 100% V s
U KJ
渗透流速
渗透系数－－数值上等于水力梯度为1时 的渗透流速，cm/s或m/d
水力梯度
•渗透系数 大小主要取决于岩石空隙的数量、大小、方向及其
连通性等，水只能通过连同的空隙渗透。因此，裂隙岩体的渗 透系数（透水性）远大于岩块的渗透系数，
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§2.2 岩石的热学性质
一、热容性 二、导热性 三、热膨胀性
Km m s1 m s 2 100% m s1
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• Rd＞75％，Km＜2％时，为抗冻性高的岩石；
六、岩石的透水性
• 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。常用渗透系数来表征。 • 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：
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工程意义：
是岩石物理性质的 一个重要指标。
对岩块和岩体的水 理、热学性质及力学 性质影响很大。
空隙率愈大→岩石 中的孔隙和裂隙愈多 →岩石的力学性质越 差(岩石的强度愈小、 塑性变形越大），渗 透性愈大，抗风化能 力愈差等。 7
三、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) 是指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，即
四、温度对岩石性质的影响
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一、热容性 在岩石内部及其外部进行热交换时，岩 石吸收热能的能力，称为岩石的热容性。
Q Cm(T2 T1 )
式中：C为岩石的比热（J/(kg.K)）
C Q / m(T2 T1 )
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二、导热性
岩石传导热的能力，称为岩石的热传 导性。用导热系数表示。