第2章岩石物理性质试验讲解

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岩石的物理性质

23
e VV s 1 Vs d
n Vv 100% (1 d ) 100%
V
s
n0
Vv0 V
1 0 0%
nb
Vvb V
1 0 0%
na
Vva V
100% n0
nb
nc
Vvc V
100% n n0
6
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。
Vs w
4°C时单位体积
水的重量
kN m3
岩石固体部分
的体积 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。
按试件含水状态分
干密度 105～110°C,烘24h 饱和密度天然密度
d
ms V
岩石的密度
岩石的空隙性吸水性软化性抗冻性透水性
o
气
mw
水
ms
固
V0
VV VW
VS
一、岩石密度
o
气
mw
水
V0
VV VW
1、颗粒密度ρs（比重Gs）
ρs= ms/Vs
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
Gs
Ws 岩石固体部分的重量
kN
16
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)

岩石力学第2章岩石的基本物理力学性质PPT课件

格里菲斯强度理论
格里菲斯强度理论认为岩石的强度是由其内部微裂纹或弱面的能量释放率决定的。当这些微裂纹或弱面受到外力作用时，它们会扩展并释放能量，当能量释放率达到一定值时，岩石就会发生破裂。
岩石的破坏准则
最大应力准则
该准则认为当岩石受到的最大应力达到其单轴抗压强度时，岩石就会发生破裂。该准则适用于脆性破坏和延性破坏。
表示岩石抵抗弹性变形的能力，是衡量材料刚度的指标。
泊松比
表示岩石在单向受拉或受压时，横向变形与纵向变形之比。
抗拉强度和抗压强度
抗拉强度
岩石在单向拉伸时所能承受的最大拉应力。
抗压强度
岩石在单向压缩时所能承受的最大压应力。
抗剪强度和摩擦角
抗剪强度
岩石在剪切力作用下所能承受的最大剪应力。
摩擦角
表示岩石在剪切力作用下，剪切面上的摩擦力与垂直剪切力之间的角度。
流变性质
蠕变
岩石在持续应力作用下发生的缓慢变形。
松弛
岩石在持续应变作用下，应力随时间逐渐减小的现象。
04
岩石的变形特性
弹性变形
02
01
03
弹性模量
表示岩石抵抗弹性变形的能力，是衡量岩石刚度的指标。
泊松比
描述岩石横向变形的性质，与材料的弹性模量相关。
中区域形成并扩展导致的。
02
延性破坏
与脆性破坏不同，延性破坏是指岩石在受到外力作用时，会经历较大的
塑性变形，然后才发生破裂。这种破坏形式通常是由于岩石中的微裂纹
或弱面在应力作用下逐渐扩展和连接形成的。
03
疲劳破坏
疲劳破坏是指岩石在循环或反复加载过程中，由于应力水平的波动，导
致微裂纹的形成和扩展，最终导致岩石破裂。这种破坏形式通常发生在

岩石的物理性质知识讲解

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、岩石的孔隙性
2020/5/24
岩石力学
（一）、岩石的密度
1、颗粒密度(ρs)：岩石固体部分的质量与其体积的比值。它不包含孔隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量：
ρs= ms/Vs ρs—为岩石的颗粒密度 ms—为岩石固体部分的质量 Vs—为岩石固体部分的体积
常见矿物的比热容多为（0.7～1.2）×103J/kg·K 多孔含水岩石比热容计算：
C Cd x1 Cwx2 x1 x2
式中：Cd 和Cw 分别为干燥岩石和水的比热容，x1 和x2分别为岩石干重和水重。
2020/5/24
岩石力学
第三节岩石的热学性质
二、岩石的导热系数
岩石传导热量的能力，称为热传导性，常用导热系
一、岩石的比热容岩石的热容性：在岩石内部及其与外界进行热交换时，岩石吸收热能的能力，称为岩石的热容性
如果设岩石温度由T1升高至T2所需要的热量为：
QCm(T1T2)
C（J/kg·K）即为比热容，是表征岩石热容性的指标
2020/5/24
岩石力学
第三节岩石的热学性质
影响岩石比热容的因素：矿物组成、有机质含量、含水状态。
（一）、岩石的密度
注意：（1）ρs与ρ的区别 (ρs>ρ) （2）ρs与ρ的单位（g/cm3 kN/m3）（3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法）
2020/5/24
岩石力学
常见岩石的密度
岩石名称
花岗岩闪长岩辉长岩辉绿岩砂岩页岩
2020/5/24
密度 (g／cm3)

第二章岩石的物理性质试验

（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；
（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；
（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；
（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；
（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；
（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；
（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；
（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；
《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001
3、烘干标准对岩石试件天然含水率测定的影响比较明显。烘干标准：（1）时间控制，规定在指定的温度下烘若干小时（48h）；（2）称量控制，规定在指定温度下烘至恒量。
4、岩石吸水性试验：岩石吸水性采用（1）自然吸水率、（2）饱和吸水率（3）饱和系数等指标表示。
5、岩石自然吸水率是岩石在常温、常压条件下最大自由吸入水的质量与试件固有质量的比值，以百分比表示。
（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；
（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；
（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；
（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）；（7）；（8）；（9）；（10）；
15、岩石抗冻性试验：是指岩石抵抗冻融破坏的性能，以冻融质量损失率和冻融系数表示，通常采用直接冻融法测定。

岩石的物理力学性质下岩石力学课件PPT

dilatancy）
。
1 2 3
Mar , 2007
17
第2章岩石的物理力学性质
Mar , 2007
18
第2章岩石的物理力学性质
5. 岩石的各向异性岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的现象
称为岩石的各向异性。
z
zx
ij =
x xy xz yx y yz
zx zy z
xy y yz
Mar , 2007
x
ij =
x xy xz yx y yz
zx zy z
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第2章岩石的物理力学性质
• 极端各向异性体的应力－应变关系
在物体内的任一点沿任何两个不同方向的弹性性质都互不相同，任何一个应力分量都会引起六个应变分量。三向应力状态下，弹性矩阵为对称矩阵，36个弹性常数只有21个是独立的。
5
第2章岩石的物理力学性质
弹性模量(modulus of elasticity)：加载曲线直线段的斜率，加载曲线直线段大致与卸载曲线的割线相平行。
E
变形模量(modulus of deformatieon)：取决于总的变形量，即弹性变形与塑性变形之和，它是正应力与总
的正应变之比，它相应于割线OP的斜率。
由开尔文模型与马克斯威尔模型串联而组成，蠕变曲线上开始有瞬时变形，然后剪应变以指数递减的速率增长，最后趋于不变速率增长。
各向同性体的弹性参数中只有2个是独立的，即弹性模量和泊松比。
混凝土圆柱体三向
受压试验时，轴向
应力—应变曲线
Mar , 2007
Faculty of Civil Engineering, Chongqing University

岩体力学第二章岩石的基本物理力学性质PPT课件

岩石的强度和破坏
强度
岩石抵抗外力破坏的能力，通常分为抗压、抗拉和抗剪强度。
破裂准则
描述岩石在不同应力状态下从弹性到破坏的过渡规律。
破裂模式
岩石破坏时的形态和方式，如脆性、延性、剪切等。
04
岩石的物理力学性质与岩体力学应用
岩石的物理力学性质在岩体工程设计中的应用
岩石的物理性质在岩体工程设计中具有重要影响，如密度、孔隙率、含水率等参数，决定了岩体的承载能力和稳定性。
岩石的物理力学性质在岩体工程治理中的应用
在岩体工程治理中，需要根据岩石的物理力学性质制定相应的治理方案。
在治理过程中，还需要根据岩石的变形和破坏模式，采取相应的监测和预警措施，以确保工程治理的有效性和安全性。
如对于软弱岩体，可以采用加固、注浆等措施提高其承载能力和稳定性；对于破碎岩体，可以采用锚固、支撑等措施防止其崩塌和滑移。
弹性波速
表示岩石中弹性波传播速度，与岩石的密度和弹性模量等有关。
岩石的塑性和流变
01
02
03
塑性
当应力超过岩石的屈服点时，岩石会发生塑性变形，不再完全恢复到原始状态。
流变
在长期应力作用下，岩石的变形不仅与当前应力状态有关，还与应力历史有关。
蠕变
在恒定应力作用下，岩石变形随时间逐渐增加的现象。
岩体力学第二章岩石的基本物理力学性质ppt课件
目
CONTENCT
录
• 引言 • 岩石的物理性质 • 岩石的力学性质 • 岩石的物理力学性质与岩体力学应
用 • 结论
01
引言
岩石的基本物理力学性质在岩体力学中的重要性
岩石的基本物理力学性质是岩体力学研究的基础，对于理解岩体的变形、破坏和稳定性至关重要。

第2章岩石的物理性质ppt课件

构造节理、断层、劈理以及层间错动面等。
岩体受卸荷作用，风化作用和地下水活动所产生的结构面。
卸荷裂隙、风化裂隙以及各种泥化夹层、次生夹泥等。
2.3 岩体结构
➢结构面的类型和自然特性
❖ 结构面的自然特性
是指结构面的规模、结构面上的物质组成、结构面的结合状态和空间分布以及密集程度等等。
结构面的等级：按结构面的规模分为四个等级，每个等级都关系到岩体的稳定性。
当岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含开口孔隙较多时，岩石的软化性较强，软化系数较小。
2.2 岩石的物理性质指标
➢岩石的水理性质
❖ 岩石的渗透性
水在岩土体孔隙中的流动过程称为渗透。岩土体具有渗透的性质称为岩土体的渗透性。
是岩石水理性质的重要指标，也是岩体稳定性分析的基本计算参数。由水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、地基变形、岩溶渗透塌陷等均属于岩土体的渗透稳定问题。水在孔隙介质中的渗透问题，目前的研究在试验及理论上都有一定的水平，在解决实际问题方面也能够较好地反映水在孔隙介质中的渗流的运动规律。对于裂隙介质中的渗流研究，则很不成熟。
wa
Ww1 Ws
100 %
2.2 岩石的物理性质指标
➢ 岩石的水理性质
❖ 岩石的吸水性
▪ 吸水率
实验测定：烘干箱烘干12小时（1050C）求得干重Ws，水中浸润12— 24小时，称得湿重，算出吸入的水重Ww1，从而求得a 。
影响因素：孔隙的多少和细微裂隙的连通情况。
应用：工程上常用吸水率作为判断岩石的抗冻性及风化程度的指标。
▪ 抗冻性衡量指标抗冻系数大于75%，重力损失率小于5%的岩石为抗冻性能好的岩石。
2.2 岩石的物理性质指标

岩石力学ppt课件第2章岩石的基本物理力学性质

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
2020/7/17
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：
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)
2020/7/17 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
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
2020/7/17
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
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

第2章岩石的基本物理力学性质1

向异性材料
2019/11/4
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二岩石基本物理性质
岩石含：固相、液相、气相空隙有：孔隙、裂隙、溶隙
三相比例不同，物理性质指标也有所不同。
（一）岩石的质量指标（二）岩石的空隙性（三）岩石的水理性（四）岩石的抗冻性
2019/11/4
返回
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（一）、岩石的质量指标
1、岩石的密度：单位体积内岩石的质量。
结构：矿K{物Al颗2[S粒i3的Al形O10状](、OH大)2}小和联结方式所决定的结构特征。碎屑结构、等粒结构
构造: 各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排排列方式。层理构造，千枚状构造这是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。
2019/11/4
10
岩石组构的特性
① 岩石组构单元充满了各式缺陷； ② 节理是岩石组构的一个最独有的特点 ③ 微小的节理裂隙肉眼难辨； ④ 岩石的空隙是储存水、气体的地方； ⑤ 岩石的组构的不同影响程度会使岩性
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
Gs WS/(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
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；
岩石的变形特性；
岩石的强度特性；
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。

2 岩石的物理力学性质

Rcw ηc = Rc
2.2岩石的基本物理性质
2.2.9 岩石的抗冻性
岩石抗冻融破坏的性能称为抗冻性，通常用抗冻系数表示，指岩石在±25°区间内反复冻融，得到抗压强度的下降至与冻融前的比值：
cf = Rc − Rcf Rc ×100%
其强度降低的原因是：构成岩石的各种矿物膨胀系数不同；温度降低至0°后孔隙中水结冰，体积膨胀。
2.1 岩石的结构和构造
岩石颗粒联结
矿物颗粒间具有牢固的联结是岩石区别于土壤并使岩石具有一定强度的主要原因。主要的联结方式有结晶联结和胶结联结。
2.1 岩石的结构和构造
岩石颗粒联结
右边岩石的联结方式你知道吗？
2.2 岩石的基本物理性质
2.2 岩石的基本物理性质
2.2.1 重力密度和质量密度（density）
2.3岩石的强度
2.3.2 岩石的抗剪强度(shear strength)
岩石的抗剪强度是岩石抵抗剪切破坏的极限能力，它是岩石力学中重要指标之一，常以内聚力c和内摩擦角φ这两个抗剪参数表示。确定岩石抗剪参数的方法有室内和现场试验两种方法试样剪切面上的力为： ①直接剪切试验
P T σ = ,τ = A A
wa kw = ×100% wsa
一般岩石的饱水系数在0.5-0.8之间，试验表明：饱水系数小于91%的岩石可以免遭冻胀破坏。
2.2岩石的基本物理性质
2.2.5 岩石的渗透性（Rock permeability ）
岩石的渗透性是指在水压作用下，岩石的孔隙和裂隙透水的能力。可通过渗透系数表达，渗透系数大小取决于岩石的物理特性。渗透系数的物理意义是介质对某种特定流体的渗透能力。因此，对于水在岩石中渗流来说，渗透系数的大小取决于岩石的物理特性和结构特征，例如岩石中孔隙和裂隙的大小、开闭程度以及连通情况等。坚硬的花岗岩、致密的石灰岩的渗透系数<10-10厘米/秒，砂岩、多裂隙的页岩的渗透系数>10-3厘米/秒

岩石的物理力学性质讲解

第二章第八节岩石的物理力学性质
岩石的基本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。
一、岩石的物理性质
岩石由固体，水，空气等三相组成。 (一) 密度（ρ ）和重度(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重度。所谓单位体积就是包括孔隙体积在内的体积。
W （g/cm3），γ ＝ρ g(kN /m3)
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重度、干重度和饱和重度。
1、天然密度（ρ ）和天然重度（γ ）
指岩石在天然状态下的密度和重度。
W
V
g
（g/cm3） (kN /m3)
式中：W――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。
三、岩石的主要力学性质
岩石的变形和强度特性弹性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形能够恢复的性质。塑性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形不能恢复的性质。脆性：物体在外力作用下变形很小时就发生破坏的性质。延性：物体能够承受较大的塑性变形而不丧失其承载能力的性质。粘性（流变性）：物体受力后变形不能在瞬间完成，且应变速度（dε /dt）随应力大小而变化的性质。
A
（m3/s）
dh —水头变化率(水力梯度）； dx
qx——沿x方向水的流量；h——水头高度； A——垂直x方向的截面面积；k——渗透系数。
3、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 表示。
软化系数指岩石试样在饱水状态下的抗压强度

第2章岩石物理性质试验

Hohai University
Hohai University
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第六节岩石耐崩解性试验
岩石的耐崩解性是指岩石在干湿交替作用下抵抗崩
解的能力，通常以耐崩解性指数 Id 表示，Id 按式（2-
10）计算：
Id

mr md
100%
（2-10）
胶结较好的岩石，往往需要2次以上的循环才能满足，规定用第二次循环的崩解指数来表示，见表2-23。
Hohai University
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烘干标准有时间控制和称量控制两种，表2-24是由实测资料用时间控制的例子。
Hohai University
第七节岩石抗冻性试验
岩石抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，以冻融
质量损失率 L f 和冻融系数 K f 表示分别按式（2-11）
岩石不同浸水时间吸水率、煮沸时间及抽气时间比较见表2-6～表2-8。
岩石吸水率与饱和吸水率之间存在着一定差别，其差值取决于岩性和吸水方式，见表2-10。
Hohai University
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和式（2-12）计算：
Lf

ms mf ms
100%
Kf

Rf Rs
100%
（2-11）（2-12）
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岩石抗冻性试验一般采用直接冻融法，分为慢冻和快冻两种，规程推荐采用慢速冻融方法。
岩石冻融损失评价包括两个指标： 1、强度损失系数； 2、质量损失系数；

岩石基本物理力学性质其试验方法

第一讲岩石地基本物理力学性质及其实验方法(之一>一、内容提要：本讲主要讲述岩石地物理力学性能等指标及其实验方法,岩石地强度特性.二、重点、难点：岩石地强度特性,对岩石地物理力学性能等指标及其实验方法作一般了解.一、概述岩体力学是研究岩石和岩体力学性能地理论和应用地科学,是探讨岩石和岩体对其周围物理环境(力场>地变化作出反应地一门力学分支.所谓地岩石是指由矿物和岩屑在长期地地质作用下,按一定规律聚集而成地自然体.因为成因地不同,岩石可分成火成岩、沉积岩、变质岩三大类.岩体是指在一定项目范围内地自然地质体.通常认为岩体是由岩石和结构面组成.所谓地结构面是指没有或者具有极低抗拉强度地力学不连续面,它包括一切地质分离面.这些地质分离面大到延伸几公里地断层,小到岩石矿物中地片理和解理等.从结构面地力学来看,它往往是岩体中相对比较薄弱地环节.因此,结构面地力学特性在一定地条件下将控制岩体地力学特性,控制岩体地强度和变形.【例题1】岩石按其成因可分为( >三大类.A. 火成岩、沉积岩、变质岩B. 花岗岩、砂页岩、片麻岩C. 火成岩、深成岩、浅成岩D. 坚硬岩、硬岩、软岩答案：A【例题2】片麻岩属于( >.A. 火成岩B. 沉积岩C. 变质岩答案：C【例题3】在一定地条件下控制岩体地力学特性,控制岩体地强度和变形地是( >.A. 岩石地种类B. 岩石地矿物组成C. 结构面地力学特性D. 岩石地体积大小答案：C二、岩石地基本物理力学性质及其实验方法(一>岩石地质量指标与岩石地质量有关地指标是岩石地最基本地,也是在岩石项目中最常用地指标.1 岩石地颗粒密度(原称为比重>岩石地颗粒密度是指岩石地固体物质地质量与其体积之比值. 岩石颗粒密度通常采用比重瓶法来求得.其实验方法见相关地国家标准.岩石颗粒密度可按下式计算2 岩石地块体密度岩石地块体密度是指单位体积岩块地质量.按照岩块含水率地不同,可分成干密度、饱和密度和湿密度.(1>岩石地干密度岩石地干密度通常是指在烘干状态下岩块单位体积地质量.该指标一般都采用量积法求得.即将岩块加工成标准试件(所谓地标准试件是指满足圆柱体直径为48～54mm,高径比为2.0～2.5,含大颗粒地岩石,其试件直径应大于岩石最大颗粒直径地10倍；并对试件加工具有以下地要求；沿试件高度,直径或边长地误差不得大于0.3mm；试件两端面地不平整度误差不得大于0.05mm；端面垂直于试件轴线,最大偏差不得大于0.25.>.测量试件直径或边长以及高度后,将试件置于烘箱中,在105～110℃地恒温下烘24h,再将试件放入干燥器内冷却至重温,最后称试件地质量.岩块干密度可按下式分式计算求得：(2>岩块地饱和密度岩块地饱和密度是指岩块地空隙中充满水地状态下(饱和状态>所测得地密度.饱和密度地实验方法,通常也可采用量积法,只是在岩块称重前,使试件成为饱和状态.一般可采用真空抽气法和水浸法两种使试件饱和.而有关规范中建议采用真空抽气法,由此求得地指标偏差较小.(3>湿密度湿密度一般认为是指岩块在天然状态下地密度.因为岩块在取样,加工过程中都用水来冷却切割工具,因此在项目中不太采用这个参数而很少求该指标.但是,在有些项目中地特殊需要,必须提供该指标时,通常采用蜡封法求该指标.蜡封法可按下式计算岩块地干密度与湿密度.【例题4】岩石地质量指标包括岩石地( >.A. 颗粒密度和块体密度B. 干密度和湿密度C. 干密度、饱和密度和湿密度D. 颗粒密度和干密度答案：A【例题5】测试岩石地干密度时,需将标准试件置于烘箱中,在( >地恒温下烘24h,再将试件放入干燥器内冷却至重温,最后称试件地质量.A. 105～110℃B. 70～90℃C. 90～110℃D. 80～120℃答案：A【例题6】某岩石中颗粒最大粒径为1cm,用该岩石制作标准试件时,试件直径为( >.A. 48mmB. 50mmC. 54mmD. 12cm答案：D(二>岩石地水理性质1 岩石地含水率岩石地含水率是指岩石试件中含水地质量与固体质量地比值.因为大都岩块地含水率比较小,因此对岩块含水率实验也提出了相对比较高地要求,采集试样不得采用爆破或钻孔法.在试件采取、运输、储存和制备过程中,其含水率地变化不得大于1％.岩块地含水率实验采用烘干法,即将从现场采取地试件加工成不小40g地岩块,放入烘箱内在105～110℃地恒温下将试件烘干,后将其放置在干燥器内冷却至室温称其质量,重复上述过程直至将试件烘干至恒重为止.恒重地判断条件是相邻24h两次称量之差不超过后一次称量地0.1％,最后可按下式计算岩石地含水率：2 岩石地吸水性岩石地吸水性主要采用其吸水率来表示.岩石地吸水率是指岩石在某种条件下吸入水地质量与岩石固体地质量之比值.它是一个间接反映岩石中孔隙多少地一个指标.岩石地吸水率按其实验方法地不同可分成岩石吸水率和岩石饱和吸水率两个指标.(1>岩石吸水率岩石吸水率一般都采用规则试件进行实验(规则试件地具体要求同前所述地标准试件要求>.该实验方法是先将试件放入烘箱,在105～110℃温度下烘24h,取出放入干燥器内冷却至室温后称量.将试件放入水槽,先放入l／4试件高度地水,以后每隔2h将水分别增至试件高度地1／2和3／4处,6h后将试件全部浸入水中,放置4h后,擦干表面水分称量.岩石吸水率可按下式求得：(2>岩石饱和吸水率岩石饱和吸水率是采用强制方法使岩石饱和,通常采用煮沸法或者真空抽气法.当采用煮沸法饱和试件时,要求容器内地水面始终高于试件,煮沸时间不得小于6h；当采用真空抽气法时,同样要求容器内水面始终高于试件,真空压力表面读数为100kPa.直至无气泡逸出为止,并要求真空抽气时间不得小于4h,最后擦干饱和试件表面水分称量,其饱和吸水率可按下式计算：3 岩石地膨胀性和崩解性1>岩石地膨胀性岩石地膨胀性是指在天然状态下含易吸水膨胀矿物岩石地膨胀特性.这主要反映含有粘土矿物地岩石地性质.因为粘土矿物遇水后颗粒之间地水膜将增厚,最终导致其体积增大.这对于岩石地力学特性以及岩石项目地施工将造成较大地影响,有必要掌握这类岩石遇水时地膨胀性,以改进施工与支护设计地参数.岩石地膨胀性通常可用自由膨胀率、侧向约束膨胀率和膨胀压力来表示.(1>自由膨胀率自由膨胀率是表示易崩解地岩石在天然状态下不受任何条件地约束,岩石浸水后自由膨胀(径向和轴向>变形量与试件原尺寸之比.自由膨胀率实验一般是将采用干法加工成地试件放入自由膨胀率实验仪器(见图15-1-1>,按图示地方法放置好试件及其量测仪表,最后缓慢地向盛水容器四周注入纯水,直至淹浸上部透水板.随后测度千分表地变形读数.最先地一小时内,每隔10min测读一次,以后每小时测读一次,直至3次读数差不大于0.001mm后终止实验.另外要求浸水后实验时间不得小于48h.岩石地自由膨胀率可按下式计算：岩石侧向约束膨胀率是岩石试件在有侧限条件下,轴向受有限荷载时,浸水后产生地轴向变形与试件原高度之比值. 岩石侧向约束膨胀实验,一般将加工好地试件放入内涂有凡士林地金属套环内,并在试件上下分别设置薄型滤纸和透水板,随后在试件顶部放上能对试件持续施加5kPa压力地金属荷载块,并在上面安装垂直千分表,安装完毕后可按上述自由膨胀率地实验方法及终止实验条件进行实验.岩石侧向约束膨胀率可按下式求得：(3>膨胀压力岩石地膨胀压力是指岩石试件浸水后保持原表体积不变所需地压力.岩石地膨胀压力通常是将按要求加工成地试件放入金属套环内,并在试件上下两端放置薄型滤纸和金属透水板,随后安装加压系统及位移量测系统.可利用测得地荷载按下式计算膨胀压力.2>岩石地耐崩解性岩石地耐崩解性是表示粘土类岩石和风化岩石抗风化能力地一个指标.是模拟日晒雨淋地过程,在特定地实验设置中,经过干燥和浸水两个标准循环后,试件残留地质量与原质量之比值.岩石地耐崩解性用岩石耐崩解性指数(Id2>来表示.岩石耐崩解性指数可按下式计算：表15-1-1例示甘布尔指出地耐崩解性分级,可对岩石地抗风化特性作定性地分析.4 岩石地超声波波速岩石地超声波波速是利用超声波在岩石中地传播过程中,因为其微裂隙和孔隙地存在影响其传播地速度特性,进而评价岩石致密程度地一个指标.岩石超声波可根据质点地振动方向与其传播方向地异同分成二类波速,当给予岩石一个脉冲后,质点振动地方向与其传播地方向垂直地波速称为横波或剪切波；岩质点地振动方向与传播地方向一致地波速称为纵波或压缩波.岩石地超声波波速一般都在规则试件上进行地.根据换能器布置地方法,波速测试有直透法或平透法两种.其中,直透法是最常用地方法.实验时要求将试件放置于测试架中,并能对换能器施加约0.15MPa地压力,并测试纵波或横波在试件中行走地时间,最后将发射、接收换能器对接,测读零延时.超声波波速按下式求得：【例题7】下列不属于岩石地水理性质地是( >.A. 岩石地含水率B. 岩石地吸水性C. 岩石地膨胀性和崩解性D. 岩石地湿密度答案：D【例题8】岩石地超声波波速可以作为评价岩石( >地一个指标.A. 坚硬程度B. 致密程度C. 膨胀性D. 崩解性答案：B三、岩石地强度特性岩石地强度分成单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度以及三向压缩强度等.下面主要介绍岩石在这些不同荷载作用下地强度特性.(一>岩石单轴抗压强度岩石单轴抗压强度是指岩石试件在无侧限条件下,受轴向力作用破坏时,单位面积上所施加地荷载.其值可按下式求得1 岩石单轴抗压强度地实验方法按照国家“项目岩体实验方法标准”中地要求,岩石试件地加工应满足前面所叙述地标准试件地要求,并其放在实验机中心,以每秒0.5～1.0MPa地加载速度直至破坏.同时要求在实验前对试件作详细地描述,内容包括岩性和岩石中所包含地节理之间地关系、含水状态等项目,并记录下试件破坏后地形态.2 岩石在单轴抗压实验破坏后地形态特征在外荷载作用下岩石试件破坏后地形态是表现岩石破坏机理地重要特征,它不仅表现出岩石受力过程中地应力分布状况,还反映了不同实验条件中对它地影响.岩石在单轴抗压强度实验中出现地破坏形态大约可分成两种：1>圆锥形破坏(见图15-1-2a>：这类破坏形态地试件,因为中间地岩石被剥离使得岩石破坏后呈两个尖顶地圆锥体.经分析可知,产生这种破坏形态地主要原因是上、下压板在施加荷载时,与岩石试件端面之间产生了较大地摩擦力,促使岩石端部产生了一个相当于箍地约束作用.此时,岩石试件内地应力分布如图15-1-3所示.因为拉应力地作用使得这部分岩石被剥离而形成圆锥体.因此从某种意义上来说圆锥体地破坏形态并没有真正反映其破坏特征,而是带有实验系统所给予地影响.2>柱状劈裂破坏(见图15-1-2b>：在发现圆锥形破坏地真正原因之后有人在上下压板与试件端面之间,涂上了一层薄薄地凡士林以减小接触面之间地摩擦力,最终岩石试件因为产生平行于所施加地轴向力地裂缝而破坏.对于不同地岩石所含地矿物成份和所含裂隙地不同,局部还会出现些较小地斜向裂缝.应该说柱状劈裂破坏是真正反映岩石单轴压缩破坏地形态.【例题9】下列不属于岩石在单轴抗压强度实验中出现地破坏形态地是( >.A. 圆锥形破坏B. 柱状劈裂破坏C. 三角形破坏答案：C【例题10】能够真正反映岩石单轴压缩破坏地形态是( >.A. 圆锥形破坏B. 柱状劈裂破坏C. 三角形破坏答案：B【例题11】在作岩石单轴抗压强度实验时,如果增加上下压板与试块之间地摩擦力,则岩石地破坏形态呈( >.A. 圆锥形破坏B. 柱状劈裂破坏C. 三角形破坏答案：A3 岩石单轴抗压强度地影响因素1>承压板给予单轴抗压强度地影响除了上述试件端面与承压板之间地摩擦力影响试件地破坏形态以外,还有承压板地刚度也将影响试件端面地应力分布状态.由研究可知,当承压板刚度很大时,其接触面地应力分布很不均匀,呈山字形,如图15-1-4所示.显然,这将影响整个试件地受力状态.图15-1-4 在刚性承压板之间压缩时岩石端面地应力分布因此,有人建议实验机地承压板(或者垫块>尽可能采用与岩石刚度相接近地材料,避免因为刚度地不同而引起变形不协调造成应力分布不均匀地现象,减少对强度地影响.2>试件尺寸及形状对单向轴抗压强度地影响岩石力学实验最早采用边长为5cm地立方体试件 .经研究发现,试件地尺寸、形状、高径比都将影响岩石地强度值.(1>岩石试件地形状众所周知,方形试件地四个边角会产生很明显地应力集中现象.这将影响整个试件在受力后地应力分布状态.此外,从另外一个角度来说方柱体地试件加工要比圆柱形试件困难得多,不易达到有关加工精度地要求.因此,目前,绝大多数地国家都采用圆柱形地岩石试件.(2>岩石试件地尺寸试件地强度通常随其尺寸地增大而减小.这就是岩石力学中被称之为尺寸效应.据研究发现,试件地尺寸对其强度地影响在很大程度上取决于组成岩石地矿物颗粒地大小.研究结果表明,岩石试件地直径为4～6cm,且满足试件直径大于其最大矿物颗粒直径地10倍以上地岩石试件,强度值较为稳定.因此,目前采取直径为4.8～5.4cm且直径大于最大矿物颗粒直径地10倍以上地岩石试件,作为标准尺寸.(3>岩石试件地高径比在图15-1-5中,可以看到因为高径比h／d地不同,对岩石强度产生不同地影响.从曲线地特征中,明显地看出了高径比在2～3时,岩石单轴抗压强度值已趋势稳定地特性.可见取高径比为2～3时,对其强度来说是比较合理地.据此,目前世界上几乎所有国家都采用直径为4.8～5.4cm、高度为直径地2.0～2.5倍地圆柱形试件进行岩石室内力学实验.这不仅考虑了不同尺寸、形态、高径比对其强度地影响,同时还考虑了岩石力学实验结果地可比性.3>加载速率对单轴抗压强度地影响岩石地单轴抗压强度通常随加载速率地提高而增大,如图15-1-6所示.在很高地加载速率下,如冲撞等实验所求得地单轴抗压强度甚至可数倍于缓慢加载地实验结果.经微观分析发现,因为矿物在高速率加载时未充分变形而提高了它地抗外荷载地能力.因此,选择适当地加载速率对其实验结果来说是比较重要地.我国有关岩石力学实验标准中规定,其加载速率应控制在0.5～10MPa／s之间,且按岩石地软硬不同可取其不同地加载速率,这一加载速率与国外地许多实验标准中所提出地要求是一致地.4>环境对岩石单轴抗压强度地影响(1> 岩石地软化系数在完全烘干状态下与饱和状态下所求得地单轴抗压强度值有着一定地差别,这一差别在软岩中表现得更为突出.即前者地值往往要比后者大得多.岩石地软化系数就是表示岩石中地不同含水率影响单轴抗压强度地一个具体地反映.见公式(15-l-16>.因为孔隙中地水对岩石中地矿物地风化、软化、膨胀以及溶蚀作用,使得在饱和状态下岩石单轴抗压强度有所降低.对于泥岩、粘土岩、页岩等软弱地岩石,二者地差值甚至可达2～3倍.而对于致密坚硬地岩石,二者地差别甚小.表15-1-2列出了各种不同岩性地软化系数.(2>温度对岩石单轴抗压强度地影响岩石力学实验一般是在室温地条件下进行地.温度对岩石强度地影响并不是很明显.然而,若对岩石试件进行加温,则岩石轴向压缩强度将产生明显地变化.地热地利用以及在核电项目中核废料处置等具体问题中,温度对岩石力学力学性质地影响成为非常重要地、急于解决地研究课题之一.近年来,人们很重视温度对岩石地力学特性地影响地研究.据最新地研究报导,温度对岩石强度地影响主要表现为两个方面：一是因为温度地升高使岩石内地化学成分、结晶水等产生变化,进而影响了岩石地强度.由实验结果可知,当温度加至180℃左右时,岩石中矿物周围地部分结晶水会消失,使强度降低.当加温高达380℃左右时,石英等矿物会发生晶变而使强度急剧下降.二是因为温度地提高,岩石内将储存着一定地热应力,进而使岩石地抵抗外荷载地能力降低.温度对岩石强度地影响是一个很复杂地问题,从总体上来说,温度地增加会使岩石强度降低.但也有人提出,在180℃左右时,对强度影响不大地说法.因此,这还是一个有待于进—步深入研究地课题.除了以上地影响因素以外,还有岩石矿物成分、颗粒尺寸、孔隙率等都将影响岩石地强度.但是,这些因素可作为强度地间接影响因素,所以,不在此一一介绍.【例题12】在下列各项中,对岩石地单轴抗压强度无影响地是( >.A. 承压板B. 试件地尺寸和形状C. 加载速度D. 荷载大小答案：D【例题13】总体而言,温度地增加会使岩石强度( >.A. 增加B. 降低C. 不变D. 无法判断答案：B【例题14】为获得合理地岩石单轴抗压强度,岩石试件地高径比h／d宜取为( >.A. 1/4~3/4B. 1~2C. 2~3D. 3~4答案：C【例题15】当岩石地软化系数等于或小于( >时,该岩石应判定为软化岩石.A. 1B. 0.85C. 0.75D. 0.55 答案：C(二>岩石地抗拉强度岩石地抗拉强度是指岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时地单位面积所能承受地拉力.因为岩石是一种具有许多微裂隙地介质.在进行抗拉强度实验时,岩石试件地加工和实验环境地易变性,使得人们不得不对其实验方法进行了大量地研究,提出了多种求抗拉强度值地方法.以下就目前常用地四种方法作一介绍.1 直接拉伸法这是利用岩石试件与实验机夹具之间地粘结力或摩擦力,对岩石试件直接施加拉力,测试岩石抗拉强度地一种方法.通过实验可按下式求得其抗拉强度值：Rt =P／A(MPa> (15-1-16b>进行直接拉伸法实验地关键在于：一是岩石试件与夹具间必须有足够地粘结力或者摩擦力；二是所施加地拉力必须与岩石试件同轴心.否则,就会出现岩石试件与夹具脱落、或者因为偏心荷载,使试件地破坏断面不垂直于岩石试件地轴心等现象,致使实验失败.2 抗弯法抗弯法是利用结构实验中梁地三点或四点加载地方法,使梁地下沿产生纯拉应力,使岩石试件产生断裂破坏地原理,间接地求出岩石地抗拉强度值.此时,其抗拉强度值可按下式求得：公式(15-1-17>地成立是建立在以下四个基本假设基础之上：①梁地截面严格保持为平面.②材料是均质地,服从虎克定律.③弯曲发生在梁地对称面内.④拉伸和压缩地应力—应变特性相同.对于岩石而言,第4个假设与岩石地特性存在着较大地差别.因此,利用抗弯法求得地抗拉强度也存在着一定地偏差.且试件地加工也远比直接拉伸法麻烦.故此方法应用要比直接拉伸法相对少些.3 劈裂法(巴西法>劈裂法也称作径向压裂法,因为是由南美巴西人杭德罗斯(Hondros>提出地实验方法,故被人称作为巴西法.这种实验方法是：用一个实心圆柱形试件,使它承受径向压缩线荷载直至破坏,求出岩石地抗拉强度.按我国岩石力学实验方法标准规定：试件地直径应为5cm、其厚度为直径地一倍.根据布辛奈斯克(Bousinesq>半无限体上作用着集中力地解读解,求得试件破坏时作用在试件中心地最大拉应力为根据解读解分析地结果,要求实验时所施加地线荷载必须通过试件地直径,并在破坏寸其破裂面亦通过该试件地直径.否则,实验结果将带来较大地误差.4 点荷载实验法点荷载实验法是一种简便地现场实验方法.该实验方法最大地特点是可利用现场取得地任何形状地岩块,可以是5cm地钻孔岩芯,也可以是开挖后掉落下地不规则岩块,不作任何岩样加工直接进行实验.该实验装置是一个极为小巧地设备,其加载原理类于劈裂法,不同地是劈裂法所施加地是线荷载,而点荷载法是施加地点荷载,点荷载强度指数I可按下式求得：I=P／D2 (MPa> (15-1-18>经过大量实验数据地统计分析,提出了表示点荷载强度指数与岩石抗拉强度之间地近似地关系式,其式如下：R t=0.96I=0.96P／D2 (15-l-19>因为点荷载实验地结果离散性较大.因此要求每组实验必须达到一定地数量,通常进行15个试件地实验,最终按其平均值求得其强度指数并推算出岩石地抗拉强度.最近,因为许多岩体项目分类中都采用了荷载强度指数作为一个定量地指标.因此有人建议采用直径为5cm地钻孔岩芯作为标准试样进行实验,使点荷载实验地结果更趋合理,且具有较强地可比性.【例题16】利用点荷载实验可以求得岩石地( >.A. 抗压强度B. 抗拉强度C. 抗剪强度D. 三向压缩强度答案：B【例题17】某岩石试件经点荷载实验测得其强度指数I=0.5 Mpa ,则其抗拉强度为( >.A. 0.5MpaB. 0.48 MpaC. 0.45 MpaD. 0.35 Mpa 答案：B【例题18】当利用点荷载实验确定岩石地抗拉强度时,因为点荷载实验地结果离散性较大,通常进行15个试件地实验,最终按其( >求得其强度指数并推算出岩石地抗拉强度.A. 平均值B. 标准值C. 最小平均值D. 最大平均值答案：A(三>岩石地抗剪强度岩石地剪切强度是指岩石在一定地应力条件下(主要指压应力>所能抵抗地最大剪应力,通常用表示.岩石地剪切强度有三种：抗剪断强度、抗切强度和弱面抗剪强度(包括摩擦实验>.这三种强度实验地受力条件不同,其示意图见图15-l-11.室内地岩石剪切强度测定,最常用地是测定岩石地抗剪断强度.一般用楔形剪切仪,其主要装置如图l-12所。

岩石的基本物理力学性质及其试验方法2

第二讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之二)一、内容提要：本讲主要讲述岩石的变形特性、强度理论二、重点、难点：岩石的应力-应变曲线分析及岩石的各种强度理论。

三、讲解内容：四、岩石的变形特性与岩石的强度特性一样，岩石的变形特性也是岩石的重要力学特性。

只有对岩石的变形特性的变化规律有了足够的了解，才能应用某些数学表达式描述岩石的变形特性，进而运用这些表达式计算岩石在外荷载作用下所产生的变形特性，并评价其稳定性。

在实际的工程中，经常遇到岩石在单轴和三轴压缩状态下的变形问题。

(一)岩石在单向压缩应力作用下的变形特性1. 岩石在普通试验机中进行单向压缩试验时的变形特性岩石的变形特性通常可从试验时所记录下来的应力-应变曲线中获得。

岩石的应力-应变曲线反映了各种不同应力水平下所对应的应变(变形)规律。

以下先介绍具有代表性的典型的应力-应变曲线。

1)典型的岩石应力-应变曲线分析图15-1-17例示了典型的应力-应变曲线。

根据应力-应变曲线的变化，可将其分成OA，AB，BC三个阶段。

三个阶段各自显示了不同的变形特性。

(1)OA阶段，通常被称为压密阶段。

其特征是应力-应变曲线呈上凹型，即应变随应力的增加而减少。

形成这一特性的主要原因是存在于岩石内的微裂隙在外力作用下发生闭合所致。

(2)AB阶段，也就是弹性阶段。

从图15-1-17可知，这一阶段的应力-应变曲线基本呈直线。

假设在这一阶段卸荷的话，其应变可以恢复，由此可称为弹性阶段。

这一阶段常用两个弹性常数来描述其变形特性。

即弹性模量E和泊松比。

所谓弹性模量，是指应力—应变曲线中呈直线阶段的应力与应变之比值(或者是该曲线在直线段的斜率)被称作平均模量。

就模量的概念而言，岩石的模量还有初始模量、切线模量、割线模量等。

在岩石力学中比较常用的是平均弹性模量E和割线模量E50，E50是指岩石峰值应力一半的应力、应变之比值，其实质代表了岩石的变形模量。

所谓泊松比，是指在弹性阶段中，岩石的横向应变与纵向应变比之值。

2讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法之一(下).doc

岩石的强度特性三、岩右的强度特性岩石的强度分成单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度以及三向压缩强度等。

下面主要介绍岩石在这些不同荷载作用下的强度特性。

（一）岩石单轴抗压强度岩石单轴抗压强度是指岩石试件在无侧限条件下，受轴向力作用破坏时，单位面积上所施加的荷载。

其值可按下式求得Rc=- （15-1-15）A1岩石单-轴抗压强度的试验方法按照国家“工程岩体试验方法标准”中的要求，岩石试件的加工应满足前面所叙述的标准试件的要求，并其放在试验机中心，以每秒0. 5〜1. OMPa的加载速度H至破坏。

同时要求在试验前对试件作详细的描述，内容包括岩性和岩石屮所包含的节理Z间的关系、含水状态等项目，并记录下试件破坏后的形态。

2岩右在单轴抗压试验破坏后的形态特征在外荷载作用下岩石试件破坏后的形态是表现岩3石破坏机理的重要特征，它不仅表现出岩石受力过程中的应力分而状况，还反映了不同试验条件中対它的影响。

岩石在单轴抗压强度试验中出现的破坏形态大约可分成两种：1）恻锥形破坏（见图15-l-2a）：这类破坏形态的试件，由于中间的岩石被剥离使得岩石破坏后呈两个尖顶的闘锥体。

经分析可知，产生这种破坏形态的主要原因是上、下压板在施加荷载时，与岩石试件端面Z间产生了较大的摩擦力，促使岩右端部产生了一个相当于篩的约束作用。

此时，岩右试件内的应力分布如图15-1-3所示。

由于拉应力的作用使得这部分岩石被剥离而形成圆锥体。

因此从某种意义上來说圆锥体的破坏形态并没有真止反映其破坏特征，而是带何试验系统所给予的彩响。

2）柱状劈裂破坏（见图15-l-2b）：在发现圆锥形破坏的真正原因之后有人在上卜•压板与试件端面Z间，涂上了一层薄薄的凡上林以减小接触血之间的摩擦力，最终岩石试件由于产牛平行于所施加的轴向力的裂缝I何破坏。

对于不同的岩石所含的矿物成份和所含裂隙的不同，局部还会岀现些较小的斜向裂缝。

应该说柱状劈裂破坏是真止反映岩石单轴压缩破坏的形态。