中矿岩石力学-第二章PPT课件

d Ms /V
2020/11/24
Ms——岩石烘干后的质量，kg。
13
（3）饱和密度：岩石中的孔隙被水充填时的单 位体积质量（水中浸48小时）
sa t MsVVVW
(kg/m3)
VV——孔隙体积 ρW:一个大气压下4℃时水的密度
测定方法及适用条件：量积法、水中称重法、蜡封法。
2、岩石的比重：岩石固体烘干重量（WS）与4℃时 同体积纯水的重量比
2.试验方法： 试件标准：
圆柱形试件：Ф 4.8－5.2cm ，高H=（2－2.5)Ф 长方体试件：边长L= 4.8－5.2cm , 高H=（2－2.5)L
两端面垂直于轴线±0.25o 试件两端不平度0.05mm；
试验装置：
2020/11/24
15
2020/11/24
16
3.单向压缩试件的常见破坏形态
（1）单斜面剪切破坏：最常见的破坏方式 （2）圆锥形破坏
原因：压板两端存在摩擦力，箍作用（又称端部效应）， 在工程中也会出现。
（3）柱状劈裂破坏 岩石单向压缩破坏的真实反映（消除了端部效应）
产生的是张拉破坏（∵岩石的抗拉强度远小于抗压强度）
消除端部约束方法： 磨平端部、润滑试件 端部（如垫云母片；涂黄 油在端部）、加长试件
2020/11/24
9
2020/11/24
10
(五) 耐崩解性
耐崩解性指数是通过对岩石试件进行烘干，浸水循环 试验所得的指标。 试验时，将烘干的试块，约500g，分成10份，放入带有 筛孔(2mm)的圆筒内，使圆筒在水槽中以20r／min速度 连续转10分钟，然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重。 如此反复进行两次，按下式计算耐崩解性指数：
VV—孔隙体积(m3) Vs —岩石固体的体积(m3)
（二）孔隙率 nVV /V
V=VV+Vs
V—包含孔隙在内的岩石体积(m3)
2020/11/24
返回 6
含水性 膨胀性
二、岩石的水理性质
软化性
（一）含水性
渗透性 耐崩解性
1、含水量：岩石孔隙中含水量(WW)与岩石烘干重量 (Ws)比值的百分率
w=Ww/Ws×100％
2020/11/24
返回
3
岩石的强度性质
工程师对材料提出两个问题 1. 最大承载力——许用应力[σ] ？ 2. 最大允许变形—— 许用应变[ε]？
本节讨论Βιβλιοθήκη Baiduσ]问题
岩石强度: 岩石材料受力破坏时所能承受的最大荷载应力
一、岩石的单轴抗压强度
二、岩石的三轴抗压强度
试 验
三、岩石的抗剪强度
方
四、岩石的抗拉强度
主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节
基本物理性质 岩石的强度特性 岩石的变形特性 岩石的强度理论
2020/11/24
2
基本物理性质
岩石含：固相、液相、气相（孔隙）。
三相比例不同，物理性质指标也有所不同。
一、岩石的孔隙性 二、岩石的水理性 联 三、岩石的抗冻性 系 四、岩石的质量指标
2020/11/24
cf
Rc Rcf 10% 0 Rc
Cf—岩石的抗冻系数；
Rcf—岩石冻融后的抗压强度(kPa)
返回
12
密度
四、岩石的质量指标
比重
1、岩石的密度：单位体积内岩石的质量。
（1）天然密度：自然状态下，单位体积质量
M/V
M——岩石总质量，kg；V——总体积，m3。
（2）干密度：岩块中的孔隙水全部蒸发后的单位体积 质量（108℃烘24h）
Ws：在105-110°C温度下烘干24小时的重量(kN)
2、吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条件 下吸入水的重量与岩石烘干重量之比
a W W W S W0W SWS 10% 0
W0－烘干岩样浸水48h后的湿重(kN)
2020/11/24 吸水率是一个间接反映岩石内孔隙多少的指标
7
（二）渗透性
2020/11/24
17
4. 单轴抗压强度的主要影响因素
岩石自身的因素： 矿物成分、结晶程度、颗粒大小及胶结情况、 风化程度、含水情况和周围环境（温度、湿度） 层理和裂隙的特性和方向等；
第二章 岩石的基本物理力学性质
本章内容
岩石的基本物理性质；
岩石的强度特性；
岩石的变形特性；
岩石的强度理论。
基本要求 掌握岩石的基本物理性质，理解岩石的变形性质； 掌握岩石的强度特性； 掌握莫尔强度理论、库伦—莫尔强度理论； 了解格里菲斯理论；
2020/11/24
1
第二章 岩石的基本物理力学性质
渗透性：在一定的水压作用下，岩石的孔隙和裂隙透过
水的能力，可用渗透系数来衡量。
大多渗透性可用达西（Darcy）定律描述：
qx
k dh A dx
dh ——水头变化率； dx qx——沿x方向水的流量，m3/s ；h——水头高度，m； A——垂直x方向的截面面积，m2；k——渗透系数，m/s。
渗透系数是介质对某种特定流体的渗透能力，取决于岩体物理特 性和结构特征，如孔隙和裂隙大小，开闭程度以及连通情况等
2020/11/24
8
（三）岩石的膨胀性 自由膨胀率：无约束条件下，浸水后膨胀变形与原尺寸之比
轴向自由膨胀
径向自由膨胀
(四) 软化系数
VHH/H （%）
H——试件高度
VDD/D （%）
D——直径
Rcw/Rc
Rcw——饱和单轴抗压强度； Rc——干燥单轴抗压强度；
η （η≤1）越小，表示岩石受水的影响越大(见表2-2）。
法
2020/11/24
返回
4
岩石的变形特性（弹，塑，粘）
一、岩石在单轴压缩作用下的变形特性
（1）普通试验机下的变形特性
（2）刚性试验机下的单向压缩的变形特性
二 岩石在三轴压应力下的变形特性
三、岩石的流变特性
返回
2020/11/24
5
一、岩石的孔隙性：
——反映孔隙发育程度的指标
（一）孔隙比 eVV /Vs
Id2 mR/mS(%)
残留在筒内的试件烘干质量mR
试验前的试件烘干质量(mS)
返回
2020/11/24
11
三、岩石的抗冻性
抗冻性: 岩石抵抗冻（胀）融破坏的性能， 通常用抗冻系数表示。
岩石的抗冻系数是指岩样在±25℃的温度区间内，反复降温、 冻结、升温、融解，其抗压强度有所下降，岩样抗压强度的 下降值与冻融前的抗压强度之比：
W S/(VCW)
VC——岩石实体部分(不包含孔隙）的体积；
——W 一个大气压下4℃时水的重度
2020/11/24
返回 14
一 岩石的单轴抗压强度
1. 定义：指岩石试件在单轴压力作用下（无围压，只受
轴向压力）所能承受的最大压应力，也即是岩石在达到破 坏时承受的最大轴向荷载P除以试件的横截面积A。
Rc P/ A