2-2 岩石的物理、水理性质

小开型空隙 闭型空隙：岩石中不与外界相通的空隙。
开型空隙：岩石中与外界相通的空隙。包括大开型空隙和 小开型空隙。
在常温下水能进入大开型空隙，而不能进入小开型空隙。 只有在真空中或150个大气压以上，水才能进入小开型空隙。
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①空隙率
根据岩石空隙类型不同，岩石的空隙率分为：
(1)总空隙率n (2)大开空隙率nb (3)小开空隙率ns (4)总开空隙率n0 (5)闭空隙率nc 一般提到岩石的空隙率时系指岩石的总空隙率。
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石的物理性质指标值
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Vns ns 100% V
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(4)总开空隙率n0: 即岩石试件内开型空隙的总体积（Vn0) 占试件总体积(V)的百分比。
Vn 0 n0 100% V
(5)闭空隙率nc: 即岩石试件内闭型空隙的体积（Vnc)占
试件总体积(V)的百分比。
Vnc nc 100% V
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②空隙比(e)
所谓空隙比是指岩石试件内空隙的体积（V V)与
岩石试件内固体矿物颗粒的体积（Vs)之比。
VV V Vs n e Vs Vs 1 n
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四、岩石的水理性质
岩石遇水后会引起某些物理、化学和力学性质 的改变，岩石的这种性质称为岩石的水理性。 ①岩石的吸水性
岩石吸收水分的性能称为岩石的吸水性，其吸
水量的大小取决于岩石空隙体积的大小及其密闭程度。 岩石的吸水性指标有吸水率、饱水率和饱水系数。
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（1）岩石吸水率(ω a)： 是指岩石试件在标准大气压力下吸入水的质量 ma与岩石干质量ms之比。
ma a 100% ms
岩石的吸水率的大小，取决于岩石所含孔隙、裂隙 的数量、大小、开闭程度及其分布情况，并且还与试验 条件（整体和碎块、浸水时间等）有关。 根据岩石的吸水率可求得岩石的大开空隙率nb：
c cf Cf 100% c
可见：抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。
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⑤岩石的抗冻性
岩石在反复冻融后其强度降低的主要原因： 一是构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化 时，由于矿物的胀缩不均而导致岩石结构的破坏； 另外当温度降低到0℃以下时，岩石孔隙中的水将结冰， 其体积增大约9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构
ms d V
（g/cm3） (kN/m3)
d d g
式中：ms——岩石试件烘干后的质量(g)； V——岩石试件的体积(cm3)； g——重力加速度。
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③饱和密度（ρw）和饱和容重(γw)
饱和密度就是饱水状态下岩石试件的密度。
sat
msat V
（g/cm3）
sat sat g
试验过程：将经过烘干的试块 （500g,分成约10块），放在带 有筛孔的圆筒内，使该圆筒在水 槽中以20r/min,连续旋转10 min, 然后将留在圆筒内的岩块取出烘 干称重，如此反复进行两次，按
下试计算耐崩解指数。
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④岩石的崩解性
Id 2 mr W2 W0 100% md W1 W0
(kN/m3)
式中：msat——饱水状态下岩石试件的质量(g)； V——岩石试件的体积(cm3)；
g——重力加速度。
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测定岩石的容重可采用量积法（直接法）、水中法或蜡封 法。采取何种方法，应根据岩石的性质和岩样形态来确定。 岩石容重取决于组成岩石的矿物成分、孔隙发育程度及其 含水量。岩石容重的大小，在一定程度上反映出岩石力学性
中南大学土木工程学院 《岩体力学》课程
第二章 岩石的物理、水理力学性质
2012-2013年度第一学期
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§2.1 岩石的结构和构造
结构：矿物颗粒的形状、大小和联结方式所决定的结构特征。
结晶联结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起， 它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。 粒间联结 胶结联结：矿物颗粒通过胶结物联结在一起。 硅质胶结＞铁质、钙质＞泥质胶结 构造：各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式。
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⑤岩石的抗冻性
岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能， 是评价岩石抗风化稳定性的重要指标。 岩石的抗冻性用抗冻系数Cf表示，指岩石试样在 ±250C的温度期间内，反复降温、冻结、融解、升
温，然后测量其抗压强度的下降值（σ c-σ
分比代表抗冻系数Cf ，即
cf ）,以
此强度下降值与融冻试验前的抗压强度σ c之比的百
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③岩石的膨胀性
平衡加压法试验中不断加压，
并保持体积不变，所测得的最大 压力即为岩石的最大膨胀力；然
后逐级减压，直至荷载为0，测
定其最大膨胀变形量，膨胀变形 量与试件原始厚度的比值即为膨 胀率。
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④岩石的崩解性
岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结性并 变为完全丧失强度的松散物质的性质。 岩石的崩解性一般用耐崩解指数 Id2 的表示。其指标 可在实验室用干湿循环试验确定。
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②岩石的软化性
岩石的软化性是指岩石在饱水状态下其强度相对 于干燥状态下降低的性能，可用软化系数η c表示。
软化系数指岩石试样在饱水状态下的抗压强度
σ
cb与在干燥状态下的抗压强度σ c之比，即
cb c c
各类岩石的η c=0.45～0.9之间。 η η
c c
>0.75,岩石软化性弱、抗水、抗风化能力强； <0.75，岩石的工程地质性质较差。
d a Vnb nb 100% 1 100% 1 d a 100% V w
式中：ρd, ρw分别为干燥岩石和水的密度。
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（2）岩石的饱水率（ω sat） 岩石的饱水率指在高压（150个大气压）或真空
条件下，岩石吸入水的质量msat与岩石干质量ms之比，
式中：
Id2 ——两次循环试验求得的耐崩解指数，在0～100%之间变化； md——试验前试块的烘干质量； mr——残留在圆筒内试块的烘干质量； W1 ——试验前试件和圆筒的烘干重量； W2——第二次循环后试件和圆筒的烘干重量； W0——试验结束冲洗干净后圆筒的烘干重量。
岩石的崩解性指数反映了岩石在浸水和温度变 化的环境下抵抗风化作用的能力。
完整密实的岩石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数
一般是在钻孔中进行抽水或压水试验而测定的。
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⑦岩石的碎胀性
岩石破碎后的体积VP 比原体积V增大的性能称为岩石 的碎胀性，用碎胀系数ξ 来表示。
VP V
碎胀系数不是一个固定值，是随时间而变化的。 永久碎胀系数（残余碎胀系数）――不能再压密时 的碎胀系数称为永久碎胀系数.
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§来自百度文库.2 岩石的基本物理性质
岩石由固体，水，空气等三相组
成，其物理性质指三相组成相对比 例关系不同表现出的物理状态。
Air Water
Rock
参 数
物理性质 质量指标 空隙性 水理性质
容重、密度、比重 空隙率、空隙比 含水率、吸水率、饱水率、渗透性
抗风化指标
膨胀性、崩解性、软化性、抗冻性
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§2.2 岩石的基本物理性质
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①天然密度（ρ）和天然容重（γ）
指岩石在天然状态下的密度和容重。
m (g / cm3 ) V
g (kN / m )
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式中：m——天然状态下岩石试件的质量(g)； V——岩石试件的体积(cm3)； g——重力加速度。
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②干密度（ρd）和干容重(γd )
干密度是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积 岩石的质量，相应的容重即为干容重。
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(1)总空隙率n: 即岩石试件内空隙的体积（VV)占试件 总体积(V)的百分比。
VV n 100% V
(2)大开空隙率nb:即岩石试件内大开型空隙的体积（Vnb) 占试件总体积(V)的百分比。
Vnb nb 100% V
(3)小开空隙率ns:即岩石试件内小开型空隙的体积（Vns) 占试件总体积(V)的百分比。
ms Vs w
式中：Δ ——岩石的比重； ms——干燥岩石的质量(g); Vs——岩石固体体积(cm3); Δ W——40C时水的密度。
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三、岩石的空隙性
空隙：岩石中孔隙和裂隙的总称。 空隙度：指岩石的裂隙和孔隙发育程度，其衡量指标为 空隙率(n)或空隙比（e）。 闭型空隙
空隙
大开型空隙 开型空隙
一、密度(ρ)和容重(γ)
单位体积的岩石的质量称为岩石的密度。单位体积的
岩石的重力称为岩石的容重。所谓单位体积即包括孔隙体
积在内的体积。
m (g / cm3 ), g (kN / m 3 ) V
岩石的密度可分为天然密度、干密度和饱和密度。相应
地，岩石的重度可分为天然容重、干容重和饱和容重。
发生改变，直至破坏。
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⑥岩石的透水性
地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数岩
石的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的压力作用下，地
下水可以在岩石中渗透。岩石的这种能透水的性能称为 岩石的透水性。岩石的透水性大小不仅与岩石的孔隙度
大小有关，而且还与孔隙大小及其贯通程度有关。
衡量岩石透水性的指标为渗透系数(K)。一般来说，
质的优劣。
④颗粒密度（ρs）
岩石颗粒密度指岩石固体部分质量与固体体积的比值。
ms s Vs
度及含量。
（g/cm3）
岩石颗粒密度不包括空隙，其值取决于岩石的矿物密
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二、比重(Δ)
岩石的比重就是指岩石固体的质量与同体积水
的质量之比值。岩石固体体积，指不包括孔隙体积 在内的体积。岩石的比重可在实验室进行测定，其 计算公式为：
即：
sat
msat 100% ms
根据饱水率求得岩石的总开空隙率n0：
Vn 0 d sat n0 V sat
式中：ρd,ρsat干燥岩石和饱水岩石的密度。
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（3）岩石的饱水系数（η w） 岩石吸水率与饱水率之比称为岩石的饱水系数，即
a w sat
饱水系数反映了岩石中大开空隙和小开空隙的相对 含量。饱水系数越大，岩石中的大开空隙越多，而小开 空隙越少。 吸水性较大的岩石吸水后往往会产生膨胀，给井巷 支护造成很大压力。
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③岩石的膨胀性
岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。某些含 粘土矿物(如蒙脱石、水云母及高岭石)成分的软质岩 石，经水化作用后在粘土矿物的晶格内部或细分散颗粒 的周围生成结合水溶剂腔(水化膜)，并且在相邻近的颗 粒间产生楔劈效应，当楔劈作用力大于结构联结力，岩
石显示膨胀性。
岩石膨胀性大小一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示， 目前国内大多采用土的固结仪和膨胀仪测定岩石的膨胀 性，测定岩石膨胀力和膨胀率的试验方法常用的有平衡 加压法、压力恢复法和加压膨胀法。