第一章岩石的性质及其工程分级优秀课件
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岩土工程分类与分级
• 空隙率( porosity)：岩石中空隙的体积与岩石总体积的比值。
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岩土工程分类与分级
水理性质
•吸水率：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干 燥岩石质量之比。
•饱水率：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质 量与干燥岩石质量之比。
•饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值 越大，岩石的抗冻性越差。
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岩土工程分类与分级
变质岩 • 工程性质与其原岩密切相关。
• 动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。 • 片理构造使岩石具有各向异性特征。
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岩土工程分类与分级
•二、 岩体及岩体结构
岩石（Rock）: 具一定结构构造的矿物集合体。
岩体（Rock mass）：
包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质 首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的 岩石性质。
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岩土工程分类与分级
力学性质
• 强度指标： 抗压强度(compressive strength)： 岩石单向受压时抵抗破坏的能力。 抗拉强度(tensile strength)：
• 岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。 抗剪强度(shear strength)：
• 岩石抵抗剪切破坏的能力。
•强度特性
•最主要是抗剪强度
•c
m
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•
图 7—12 岩体抗剪强度包络线
•1－结构面强度线；2－岩块强度线；3－岩体强度包络线变化范围 岩土工程分类与分级
•四、岩石和岩体的工程分类
1、分类的目的
（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编 制定额提供必要的基本依据。 （2）便于施工方法的总结,交流,推广。 （3）为便于行业内技术改革和管理。
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岩土工程分类与分级
水理性质
•吸水率：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干 燥岩石质量之比。
•饱水率：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质 量与干燥岩石质量之比。
•饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值 越大，岩石的抗冻性越差。
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岩土工程分类与分级
变质岩 • 工程性质与其原岩密切相关。
• 动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。 • 片理构造使岩石具有各向异性特征。
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岩土工程分类与分级
•二、 岩体及岩体结构
岩石（Rock）: 具一定结构构造的矿物集合体。
岩体（Rock mass）：
包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质 首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的 岩石性质。
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岩土工程分类与分级
力学性质
• 强度指标： 抗压强度(compressive strength)： 岩石单向受压时抵抗破坏的能力。 抗拉强度(tensile strength)：
• 岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。 抗剪强度(shear strength)：
• 岩石抵抗剪切破坏的能力。
•强度特性
•最主要是抗剪强度
•c
m
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图 7—12 岩体抗剪强度包络线
•1－结构面强度线；2－岩块强度线；3－岩体强度包络线变化范围 岩土工程分类与分级
•四、岩石和岩体的工程分类
1、分类的目的
（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编 制定额提供必要的基本依据。 （2）便于施工方法的总结,交流,推广。 （3）为便于行业内技术改革和管理。
第一章岩石的性质及其工程分级
2、影响岩石性质的因素有哪些?
3、解释岩石碎胀性的意义和表示方式。
4、三向压力作用下岩石的变形和强度特征有哪些?
5、解释岩石可钻性和可爆性。
6、岩石工程分级的目的和意义是什么?常用哪些表 示方法?
7、画出岩石在静荷载情况下单向受压应力—应变 关系示意图，并叙述其特性？
（5）岩石的膨胀性
是软岩石表现出来的特征，是指软岩石浸水后
体积增大和相应的引起压力增大的性质。
（6）岩石的崩解性
是指软岩浸水后发生的解体现象。
四、.岩石的碎胀性
岩石破碎以后的体积将比整体状态下 增大，这种性质成为岩石的碎胀性
用碎胀系数表示 K V1
V
V1—岩石破碎后处于松散状态下的体
一、岩石的变形特征
（一）静载荷作用下两个发展阶段
变形：岩石在外荷载作用下，首先是组成岩石的基本微粒之 间的相对位置的变形，可称为变形。
破坏：随着作用的荷载不断增大，或者荷载达到某一数值而 恒定保持下去，便会导致岩石的破坏。
外荷载的分类
静荷载：岩石本身周围的压力
按外荷载的作用性质{
表
二、岩石的孔隙性
岩石的孔隙性：是指岩石的裂隙和孔隙发育程度，通常用孔隙 度n和孔隙比e来表示。
岩石的孔隙度n：是指岩石试件内各种裂隙，孔隙的体积总和 与试件总体积之比。
岩石的孔隙比e：是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和 与试件内固体矿物颗粒体积之比。
意义： 岩石的孔隙度增大 岩体本身整体性下降 强度降低 透水性增大 由于存在着孔隙 加快岩石的风化速度，从而又增大 了岩石的透水性
（四）、动荷载下岩石的变形特征
无论是冲击式凿岩机凿碎还是爆破破碎岩石，岩石承 受的外力都不是静荷载而是一种冲击荷载。
3、解释岩石碎胀性的意义和表示方式。
4、三向压力作用下岩石的变形和强度特征有哪些?
5、解释岩石可钻性和可爆性。
6、岩石工程分级的目的和意义是什么?常用哪些表 示方法?
7、画出岩石在静荷载情况下单向受压应力—应变 关系示意图，并叙述其特性？
（5）岩石的膨胀性
是软岩石表现出来的特征，是指软岩石浸水后
体积增大和相应的引起压力增大的性质。
（6）岩石的崩解性
是指软岩浸水后发生的解体现象。
四、.岩石的碎胀性
岩石破碎以后的体积将比整体状态下 增大，这种性质成为岩石的碎胀性
用碎胀系数表示 K V1
V
V1—岩石破碎后处于松散状态下的体
一、岩石的变形特征
（一）静载荷作用下两个发展阶段
变形：岩石在外荷载作用下，首先是组成岩石的基本微粒之 间的相对位置的变形，可称为变形。
破坏：随着作用的荷载不断增大，或者荷载达到某一数值而 恒定保持下去，便会导致岩石的破坏。
外荷载的分类
静荷载：岩石本身周围的压力
按外荷载的作用性质{
表
二、岩石的孔隙性
岩石的孔隙性：是指岩石的裂隙和孔隙发育程度，通常用孔隙 度n和孔隙比e来表示。
岩石的孔隙度n：是指岩石试件内各种裂隙，孔隙的体积总和 与试件总体积之比。
岩石的孔隙比e：是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和 与试件内固体矿物颗粒体积之比。
意义： 岩石的孔隙度增大 岩体本身整体性下降 强度降低 透水性增大 由于存在着孔隙 加快岩石的风化速度，从而又增大 了岩石的透水性
（四）、动荷载下岩石的变形特征
无论是冲击式凿岩机凿碎还是爆破破碎岩石，岩石承 受的外力都不是静荷载而是一种冲击荷载。
工程地质学第1章 岩石及其工程地质性质PPT
• 〔5〕岩石的抗冻性
• 岩石空隙中有水存在时，水一结冰，体积 膨胀，就产生巨大的膨胀力，使岩石的构 造和联结受到破坏，假设岩石经反复循环 冻融，那么会导致其强度降低。岩石抵抗 冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性。
• 一些常见岩石的物理性质的主要指标，见 表1.3。
• 〔1〕岩石的变形特性
应力-应变曲线
• 1.2 岩石的类型及其特征
• 〔1〕岩浆岩的矿物成分 • 〔2〕岩浆岩的构造与构造 • ①岩浆岩的构造 • 按结晶程度，岩浆岩的构造可分为： • a.全晶质构造〔crystalline〕 • b.非晶质构造〔glassy〕 • c.半晶质构造〔subcrystalline〕
• 按矿物颗粒大小，岩浆岩的构造可分为： • a．等粒构造〔equigranular〕
• 〔1〕变质岩的矿物成分 • 〔2〕变质岩的构造与构造 • ①变质岩的构造 • a.变晶构造〔crystalloblastic〕 • b.变余构造〔palimpsest〕 • ②变质岩的构造 • a.板状构造〔platy〕 • b.千枚状构造〔phyllitic〕 • c.片状构造〔schistose〕 • d.片麻状构造〔gneissic〕
• 可将岩石变形过程划分为4个阶段： • ①微裂隙压密阶段（图中的Oa段）
• ab段〕
• bc段〕
• c点以后〕
• 〔2〕岩石的强度
• 岩石抵抗外力破坏的能力，称为岩石的强 度〔strength〕。岩石的强度单位用Pa表示。 岩石的强度和应变形式有很大关系。岩石 受力作用破坏，有压碎、拉断和剪断等形 式，所以其强度可分为抗压强度、抗拉强 度和抗剪强度等。
• ①珍珠光泽 • ②丝绢光泽
• ③油脂光泽 • ④蜡状光泽 • ⑤土状光泽 • 〔4〕矿物的解理与断口 • 矿物受力后沿一定方向规那么裂开的性质称
• 岩石空隙中有水存在时，水一结冰，体积 膨胀，就产生巨大的膨胀力，使岩石的构 造和联结受到破坏，假设岩石经反复循环 冻融，那么会导致其强度降低。岩石抵抗 冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性。
• 一些常见岩石的物理性质的主要指标，见 表1.3。
• 〔1〕岩石的变形特性
应力-应变曲线
• 1.2 岩石的类型及其特征
• 〔1〕岩浆岩的矿物成分 • 〔2〕岩浆岩的构造与构造 • ①岩浆岩的构造 • 按结晶程度，岩浆岩的构造可分为： • a.全晶质构造〔crystalline〕 • b.非晶质构造〔glassy〕 • c.半晶质构造〔subcrystalline〕
• 按矿物颗粒大小，岩浆岩的构造可分为： • a．等粒构造〔equigranular〕
• 〔1〕变质岩的矿物成分 • 〔2〕变质岩的构造与构造 • ①变质岩的构造 • a.变晶构造〔crystalloblastic〕 • b.变余构造〔palimpsest〕 • ②变质岩的构造 • a.板状构造〔platy〕 • b.千枚状构造〔phyllitic〕 • c.片状构造〔schistose〕 • d.片麻状构造〔gneissic〕
• 可将岩石变形过程划分为4个阶段： • ①微裂隙压密阶段（图中的Oa段）
• ab段〕
• bc段〕
• c点以后〕
• 〔2〕岩石的强度
• 岩石抵抗外力破坏的能力，称为岩石的强 度〔strength〕。岩石的强度单位用Pa表示。 岩石的强度和应变形式有很大关系。岩石 受力作用破坏，有压碎、拉断和剪断等形 式，所以其强度可分为抗压强度、抗拉强 度和抗剪强度等。
• ①珍珠光泽 • ②丝绢光泽
• ③油脂光泽 • ④蜡状光泽 • ⑤土状光泽 • 〔4〕矿物的解理与断口 • 矿物受力后沿一定方向规那么裂开的性质称
第01章岩石的性质与分级
表1—2 煤矿中常见岩石的空隙比
岩石名称
空隙比
板岩
0.001~0.0101
石灰岩
0.053~0.250
砂岩
0.031~0.429
页岩
0.111~0.538
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§1.1 岩石的物理性质
四、岩石的碎胀性和压实性
岩石的碎胀性是指岩石破碎以后的体积将比整体状态下的体积增大的性质。两种状 态下的体积比称为碎胀系数，用α来表示。岩石的碎胀系数按下式计算：
层甚至溶洞之中。 地下水可使岩质软化，强度降低，不仅对井巷工程
的设计方案、施工方法与工期、工程投资以及工程长期 使用，有着密切的关系，而且若对地下水处理不当，还 可能产生不良影响，甚至发生工程事故。
在地下水中进行井巷工程施工时必须采取排水措施。
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§1.1 岩石的物理性质
3．瓦斯 瓦斯是指从井下煤体和围岩中涌出以及生产过程中
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§1.1 岩石的物理性质
二、岩石的密度和表观密度
岩石的密度是指在绝对密实状态下，单位体
积内岩石的质量。岩石的密度按下式计算：
ρ＝m/V
(1—1)
ρ——岩石的密度，g/m3； m——岩石在干燥状态下的质量，g； V——岩石在绝对密实状态下的体积，指不包 含岩石内部孔隙的实体积，cm3。
岩石的表观密度是指在自然状态下，单位体积
内岩石的质量。岩石的表观密度按下式
计算：
ρ0＝m/V0
(1—2)
式中 ρ0——岩石的表观密度，g/m3； m——岩石在干燥状态下的质量，kg；
V0——岩石在自然状态下的体积，指包括实体 积和孔隙体积在内的体积， m3。
绪论第一章岩石及其工程地质性质PPT课件
45
▪ 工程地质学在水利水电工程建设中的主要任务：
1、选择工程地质条件最优良的建筑地址；（选址在工程地质条件良好 的地址，可以节省投资、缩短工期、保证安全施工和运营）
2、查明建筑地区的工程地质条件和可能发生的不良工程地质作用； （没有足够的工程地质勘察资料，就不能进行设计；没有设计，就 不能施工）
▪ 仪器测定各种化学成分(常量元素、微量元素或同位素) 及其动态变化
▪ 物理仪器测定地球上的温度、压力、运动速度，进行 电磁场、重力场、幅射场以及地震波速的观测
▪ 生物生活性状观测并进而进行生物化学、生物分子学 和生物遗传学的观测
6
三、地质学研究的目的
▪ 1、理论研究的目的： ▪ （１）一方面满足人类认识自然，欣赏自
17
② 岩土类型及其工程地质性质 坚硬完整的岩石：花岗岩、厚层石英砂岩、花岗片麻
岩等，强度高强度高，性质良好； 软弱岩石：页岩、粘土岩、炭质岩及泥质胶结的砂砾
岩，以及遇水膨胀、易溶解的岩类，软弱易变，性质不良， 断层岩和构造破碎岩更软弱。
松软土：如黄土、膨胀土、淤泥等需要特别注意。 岩土性质的优劣对建筑物的安全经济具有重要意义。 软弱不良的岩土体工程事故不断、地质灾害多发，常需避 开。
岩体的地应力状态对建筑物的施工和稳定性影响不容 忽视。
19
④水文地质条件 水文地质条件是决定工程地质条件优劣的重要因素。 地下水位较高一般对工程不利，地基土含水量大，黏
性土处于塑态甚至流态，承载力降低，道路易发生冻害， 水库常造成浸没，隧洞及基坑开挖需进行排水。
滑坡、地下建筑事故、水库渗漏、坝基渗透变形以及 许多地质灾害的发生都与地下水的参与有关，甚至起到主 导作用。
2
二、地质学学科特点和研究方法
▪ 工程地质学在水利水电工程建设中的主要任务：
1、选择工程地质条件最优良的建筑地址；（选址在工程地质条件良好 的地址，可以节省投资、缩短工期、保证安全施工和运营）
2、查明建筑地区的工程地质条件和可能发生的不良工程地质作用； （没有足够的工程地质勘察资料，就不能进行设计；没有设计，就 不能施工）
▪ 仪器测定各种化学成分(常量元素、微量元素或同位素) 及其动态变化
▪ 物理仪器测定地球上的温度、压力、运动速度，进行 电磁场、重力场、幅射场以及地震波速的观测
▪ 生物生活性状观测并进而进行生物化学、生物分子学 和生物遗传学的观测
6
三、地质学研究的目的
▪ 1、理论研究的目的： ▪ （１）一方面满足人类认识自然，欣赏自
17
② 岩土类型及其工程地质性质 坚硬完整的岩石：花岗岩、厚层石英砂岩、花岗片麻
岩等，强度高强度高，性质良好； 软弱岩石：页岩、粘土岩、炭质岩及泥质胶结的砂砾
岩，以及遇水膨胀、易溶解的岩类，软弱易变，性质不良， 断层岩和构造破碎岩更软弱。
松软土：如黄土、膨胀土、淤泥等需要特别注意。 岩土性质的优劣对建筑物的安全经济具有重要意义。 软弱不良的岩土体工程事故不断、地质灾害多发，常需避 开。
岩体的地应力状态对建筑物的施工和稳定性影响不容 忽视。
19
④水文地质条件 水文地质条件是决定工程地质条件优劣的重要因素。 地下水位较高一般对工程不利，地基土含水量大，黏
性土处于塑态甚至流态，承载力降低，道路易发生冻害， 水库常造成浸没，隧洞及基坑开挖需进行排水。
滑坡、地下建筑事故、水库渗漏、坝基渗透变形以及 许多地质灾害的发生都与地下水的参与有关，甚至起到主 导作用。
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二、地质学学科特点和研究方法
岩石及特殊土的工程性质PPT教学课件
强度性质 岩石在外力作用下发生破坏 时所能承受的最大应力
变形性质
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强度性质
抗 压 强 度 (R) 抗 拉 强 度 (Rt)
干燥试样抗压强度 饱和试样抗压强度 冻融试样抗压强度
抗 剪 强 度(τ) t sn tgj+c
点荷载强度（Is） 回 弹 强 度（N）
Is
P D2
第11页/共87页
第55页/共87页
② 建筑物布置和基础设计措施 选择地形平坦地段，避免引起湿度变化； 增加基础附加荷载克服土的膨胀； 加大基础的埋深； 加强结构刚度及增设沉降缝等。
③ 地基处理措施 设置土垫层； 采用支墩板基础或桩基等； 石灰加固法
第56页/共87页
3 软土
软土：是在静水或缓慢流水环境中沉积的，天然含水量大，压缩性高，承载力 低，抗剪强度低的软塑－流塑状态的粘性土，如淤泥等。
第45页/共87页
黄土陷穴
天然洞穴 人工洞穴
这些洞穴使上覆土层陷落
黄土陷穴的防治措施有：
① 开挖回填、夯实、灌浆；
② 做好地表排水工程。
防止水流渗漏是保证建筑物稳定的措施之一。
第46页/共87页
2 膨胀土
膨胀土：是一种粘性土，含有较多的亲水 性粘土矿物，吸水膨胀，遇水崩解或软化， 失水收缩，抗冲刷性能差，这种具有较明显 的胀缩性的土称为膨胀土。
天然含水量低的黄土 湿陷性较强
一般认为：天然含水量>25%时，无湿陷性。
第34页/共87页
黄土的透水性
黄土的透水性比一般粘性土大。
黄土的压缩性
黄土的压缩性中等。
黄土的抗剪强度
黄土的抗剪强度中等。
一般c=30～40kPa， j =15˚～25˚，我国北部黄 土的j可达 27˚～28˚。
变形性质
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强度性质
抗 压 强 度 (R) 抗 拉 强 度 (Rt)
干燥试样抗压强度 饱和试样抗压强度 冻融试样抗压强度
抗 剪 强 度(τ) t sn tgj+c
点荷载强度（Is） 回 弹 强 度（N）
Is
P D2
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第55页/共87页
② 建筑物布置和基础设计措施 选择地形平坦地段，避免引起湿度变化； 增加基础附加荷载克服土的膨胀； 加大基础的埋深； 加强结构刚度及增设沉降缝等。
③ 地基处理措施 设置土垫层； 采用支墩板基础或桩基等； 石灰加固法
第56页/共87页
3 软土
软土：是在静水或缓慢流水环境中沉积的，天然含水量大，压缩性高，承载力 低，抗剪强度低的软塑－流塑状态的粘性土，如淤泥等。
第45页/共87页
黄土陷穴
天然洞穴 人工洞穴
这些洞穴使上覆土层陷落
黄土陷穴的防治措施有：
① 开挖回填、夯实、灌浆；
② 做好地表排水工程。
防止水流渗漏是保证建筑物稳定的措施之一。
第46页/共87页
2 膨胀土
膨胀土：是一种粘性土，含有较多的亲水 性粘土矿物，吸水膨胀，遇水崩解或软化， 失水收缩，抗冲刷性能差，这种具有较明显 的胀缩性的土称为膨胀土。
天然含水量低的黄土 湿陷性较强
一般认为：天然含水量>25%时，无湿陷性。
第34页/共87页
黄土的透水性
黄土的透水性比一般粘性土大。
黄土的压缩性
黄土的压缩性中等。
黄土的抗剪强度
黄土的抗剪强度中等。
一般c=30～40kPa， j =15˚～25˚，我国北部黄 土的j可达 27˚～28˚。
【采矿课件】01岩石性质及其工程分级.pptx
也称为松散性岩石，如：黄土、流沙、粘土等。
5.基岩表土以下的固结性岩石称为基岩、岩浆岩、沉积岩、变质岩。
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岩块：
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岩体
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K V1 V
K—岩石的碎胀系数；
V1—岩石破碎膨胀后的体积； V—岩石处于整体状态下的体积。
表1-4为常见岩石碎胀系数。
K Q AI
Q—渗水量;A—渗透面积；I—水力坡度; K-渗透系数
影响因素： 地下水压力、岩体应力状态、孔隙发育程度、连通程度等。
表1-2为岩石渗透系数
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三、岩石的水理性质
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V
V
GV
d w
d w
孔隙比是岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件内固体矿
物颗粒体积Vc之比。
e V VC V 1 dW 1
VC
VC
C
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三、岩石的水理性质
1．岩石吸水率：W是指岩石试件在标准大气压 下吸入水的 质量与试件烘干后质量G之比值。
3．岩石的溶蚀性
由于水的化学作用而把岩石中某些组成物质带走的现象 称为岩石的溶湿性。导致岩石致密程度降低，孔隙度增大，
强度降低,贵州761矿巷道中的钟乳石、石笋。
第一章 岩石性质与工程分级
91×61×25m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，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，将在本章的最后进行讲授。
本章的重点应是围岩分级。
本章主要参考书第一节概述Rock mechanics is thetheoretical and applied scienceof the mechanical behaviour ofrock and rock masses; it is thatbranch of mechanics concernedwith the response of rock androck masses to the force fieldsof their physical environment.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, 19641. 岩块、岩体和岩石♣岩块（Rock）：从地壳岩层中切取出来的小块体，通常是指岩石材料（Rock Materials）。
♣岩体（Rock Mass）：指岩石工程周围较大范围内的自然地质体岩体＝岩块（岩石材料）＋弱面（层理、节理、断层）Rock mass = Rock material + Rock discontinuities♣岩石：不分岩块与岩体时的泛称。
岩块（Rock）性质：强度：抗压强度、抗拉强度、剪切强度等；变形：弹性模量、泊松比；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。
弱面(Discontinuities)性质弱面包括层理、节理、断层等。
性质包括：剪切强度、方位、距离、硬度、张开度、充填性、风化性、粗糙性等岩石材料的性质对岩体性质影响很小，而弱面控制着岩体的性质例如：岩体压缩时，破坏是沿着已存在的弱面发生的；在拉伸时，由于弱面的存在，强度很小。
第01章岩石的性质与分级
表1—3 煤矿中常见岩石的碎胀系数和残余碎胀系数
岩石名称
碎胀系数
残余碎胀系数
砂
1.06~1.15
1.01~1.03
粘土
＜1．20
1.03~1.07
碎煤
＜1．20
1.05
泥质页岩
1.40
1.10
砂质页岩
1.60~1.80
1.10~1.15
硬砂岩
1.50~1.80
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§1.1 岩石的物理性质
Rg——岩石试件在干燥状态下的单向抗压强度，MPa。
岩石浸水后的软化程度，与岩石中亲水性矿物和易溶性矿物的含量、空隙发育情况、水的化学成分以及岩石浸水时
间的长短等因素有关，亲水矿物和易溶矿物含量越多，开口空隙越发育，岩石浸水时间越长，则岩石浸水后强度降
低程度越大。
研究岩石的软化系数对用高压注水软化方法控制坚硬难冒顶板有着重要意义。煤矿中常见岩石的软化系数见表1—4。
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§1.1 岩石的物理性质
二、岩石的密度和表观密度
岩石的密度是指在绝对密实状态下，单位体
积内岩石的质量。岩石的密度按下式计算：
ρ＝m/V
(1—1)
ρ——岩石的密度，g/m3； m——岩石在干燥状态下的质量，g； V——岩石在绝对密实状态下的体积，指不包 含岩石内部孔隙的实体积，cm3。
岩石的软化性是指岩石浸水后的强度明显降低的特征，用软化系数来表示。即用吸水饱和状态下岩石试件的单向抗
压强度与干燥岩石试件单向抗压强度的比值来表示水分对岩石强度的影响程度。岩石的软化系数按下式计算：
KR＝Rb/Rg
(1—5)
式中 KR——岩石的软化系数；
井巷工程第一章.ppt
根据 f 值的大小,将岩石分为10级共15种:见表1—7
二.我国原煤炭部的五类围岩分类表:
根据我国煤矿锚喷支护设计和施工的需要,结合煤矿岩层特点
将我国煤矿岩层分为五类;见表1---8;
第四节 岩石的工程分级
三.美国岩心质量指标(R.Q.D)分类法: 即钻探时将钻孔中直接获取的岩心长度大于10cm的岩心的 总长度,扣除破碎岩心和软弱夹泥的长度,再与钻孔总长度相 比. R.Q.D= 10cm以上的岩心的累计长度/钻孔总长度 (1--20)
V-----岩石试件的体积,cm3;
3.重度: 单位体积岩石所受的重力为重度,亦称为重力密度;用r表示;
.二.岩石的孔隙性
1.孔隙度: n=(V-VC ) / V =1-VC / V=1-(VC / G ) . (G / V )=1- ρc / d ρw =
(1-ρC / dρW)x100%
------(1--4)
2 .密度: ρC =G / V ----------------------------(1--2)
ρ =G1 / V ------------------------- (1--3) ρC -----岩石试件的干密度,g / cm 3; ρ -----岩石试件的湿密度,g / cm 3;
G-----绝对干燥时的岩石试件质量,g;
第二节岩石的物理性质
2.孔隙比 e=(V-VC) / VC=(V / VC) -1=dρw / ρC -1 ---------(1--5)
三.岩石的水理性 1.岩石的吸水性
W=g / G
------- (1--6)
W-----岩石的吸水率; g -----标准大气压下岩石试件吸入水的质量,g; G-----绝对干燥时的岩石试件质量,g; 2.岩石的透水性 达西公式:Q=K.A.I Q-----单位时间内的渗水量,m3 / h A-----渗透面积,m2 ; K-----渗透系数,1 / cm.S-1 ; I-----水力坡度,m2 / S; 3.岩石的溶蚀性: 由于水的化学作用而把岩石中某些组成物质带走的现象称为岩石的溶蚀性.
第一章 岩石的物理力学性质及工程分级
第一章岩石的物理力学性质及工程分级第一节概述凿岩爆破是隧道施工的基本方法，其工作对象是岩石，也就是说，在具体施工时，凿岩方法、钻机类型、钻眼工作参数、炸药类型、爆破参数的选择，首先取决于岩石的组成、结构、构造及其物理力学性质。
隧道施工的基本过程就是把岩石从岩体上破碎下来，形成设计所要求的各种用途的地下空间，在此过程中，还需对这些地下空间进行必要的维护，以防止围岩产生过大的变形和坍塌。
因此，有效地破碎岩石和维护围岩就成为隧道等地下工程施工中的主要问题。
为了有效合理地进行破岩和维护围岩，就必须对岩石和岩体的物理力学性质有所了解，并在此基础上制定出岩石的工程分级方法。
只有这样，才能在不同的条件下，使所选用的破岩和围岩维护方法有科学依据。
第二节岩石和岩体的基本概念岩石和岩体是描述岩石的两个不同概念，它们既相互联系，同时又有较大的区别。
1. 岩石岩石是指由一种或多种矿物组成的集合体，其物理力学性质与组成该岩石的矿物成分及其含量、岩石结构和构造特征有密切关系。
2. 岩体与岩块岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。
岩体结构的基本要素包括结构面和结构体。
结构面指褶皱、断层、节理、劈理等，结构体指有不同产状的结构面组合切割而成的单元块体。
岩块是指从天然岩体中取出的较为标准的样块，人为地排除了大部分天然的软弱面。
在研究岩体问题时，可以把岩块视为均质的、各向同性的连续介质；而岩体一般均属于非均质的各向异性的不连续介质。
3. 岩体与岩块的区别岩体与岩块的主要区别表现在：（1）岩体具有明显的弱面，因此具有显著的非均质性和各向异性。
而岩块不包含显著的弱面，可以相对地把岩块近似地视为均质、各向同性的连续介质；（2）岩体强度低，易变形；（3）岩体和岩块的渗透性也存在显著差异。
第三节 岩石的物理性质岩石的物理力学性质指标包括岩石的重量指标、孔隙性和吸水性。
一、岩石的重量指标岩石由固体、水、空气三相组成，具有比重和容重等重量指标。
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0.29 0.31~2.69 0.12~7.45
0.20~5.00 0.20~12.19 1.80~3.10 0.10~4.45 0.10~3.15 0.08~0.55 0.10~1.46 0.10~0.80
1.2.3 岩石的水理性质
2）岩石的软化性 • 岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，用软化
表 1—2 几种岩石的碎胀系数
岩石名称 胀碎系数K
砂、砾石 1.05~1.2
砂质粘土 1.2~1.25
中硬岩石 1.3~1.5
习题
1.1 概述
（1）岩石 • ——组成地壳的基本物质，由一种或多种矿物或岩屑在地
质作用下按一定规律而形成的自然地质体，包括岩浆岩、 沉积岩、变质岩。 • 岩石的性质：与其矿物组成、结构有关。 （2）岩体
——地下工程周围较大范围内的自然地质体。 特点：非均质、各向异性、不连续、赋存地质因子。
（3）岩块 ——从地壳中切取出来的小块体，不包含软弱面（岩体 中的地质遗迹、层理、节理、断层、裂隙面），近似认为 各向同性的连续介质。
1）相对密度(曾称比重)
岩石的相对密度是指岩石固体实体积(不包括孔隙体积)的质量与同 体积水的质量的比值。
计算公式为： 式中：
G d
VcW
d —岩石的相对密度(无量纲量);
G—绝对干燥时体积为VC的岩石质量，g； VC—岩石固体实体积(不包括孔隙体积) ，cm3；
ρW—水的密度，g／cm3。
1.2.1 岩石的相对密度和密度
2）孔隙比e 岩石试件内各种孔隙、裂隙的体积总和与试件内固体矿 物体积之比。
eVV C VCV VC1dC W1
1.2.2 岩石的孔隙性
3）孔隙度n和孔隙比e的关系
n e 1 e
e n 1 n
4）孔隙性的作用 ——对岩石其它性质有显著影响，如：
密度和强度；风化程度，透水性，力学强度等。
1.2.3 岩石的水理性质
密度ρ,g/cm3 2.30~2.80
2.52~2.96 2.53~2.97 2.30~2.70 2.50~3.10 2.29~2.50
2.42~2.66 2.20~2.71 2.30~2.62 2.30~2.77 2.30~3.05 2.69~2.92 2.40~2.80 2.60~2.70
孔隙比e, % 0.04~0.92
0.25~3.00 0.40~6.38 1.09~2.19 0.35~3.00 1.50~4.90
0.34~9.30 1.60~2.83 1.46~2.59 0.53~2.00 0.70~4.20 0.70~2.92 0.50~0.80 0.22~1.30
吸水率w,% 0.10~0.92
0.30~0.48 0.22~5.0
2）密度ρ
• 岩石单位体积〈包括岩石内孔隙体积在内〉的质量 ，又称质量密度 ρ，具有干密度与湿密度之分。
• a 干密度：
是单位体积岩石绝对干燥后的质量。
• b 湿密度：
是天然含水或饱和水状态下的密度。 3）重度（容重）γ ：
G c V
G1 V
指单位体积岩石所受的重力，又称重力密度。
γ= ρg
单位
第一章岩石的性质及其工程分 级
1 岩石性质与工程分级
引子 • 井巷施工最基本的工作
——破岩与井巷维护 • 为什么要了解岩石与岩体的物理力学性质? • 如何在开挖和支护中利用岩石的强度？ • 为什么要对岩石进行工程分级?
第1章 岩石的性质及其工程分级
1.1 概述 1.2 岩石的物理性质 1.3 岩石的力学性质 1.4 岩石的工程分级
（6）表土 ——覆盖在地壳上部的第三纪、第四纪沉积物,如黄土、 粘土、流砂、淤泥、砾石的统称。
（7）基岩 ——表土以下的固结性岩石统称为基岩。
（8）煤系地层 ——煤层周围一定范围内的地层。 多为沉积岩，如砂岩、灰岩、页岩、泥岩等。
1.2 岩石的物理性质
• 1.2.1 岩石的相对密度和密度 • 1.2.2 岩石的孔隙性 • 1.2.3 岩石的水理性 • 1.2.4 岩石的碎胀性
系数k表示。 • k定义为水饱和岩石试件的单向抗压强度(Rb)与干燥试件
的单向抗压强度(Rc)的比值，即
k Rb 1 Rc
表1.2 （7页）
1.2.4 岩石的碎胀性
（1）碎胀性 岩石破碎后因孔隙或裂隙增多而总体积增大的性质。
（2）碎胀系数K 岩石破碎后的总体积V1与原岩破碎前整体状态下的体积V之比。
吸水、透水、软化、溶蚀、膨胀、崩解。
1）岩石的吸水率w：
—岩石试件在大气压力下吸入水的质量g与试件
烘干质量G之比。
w
g
G
*表1-1列出一些岩石的比重、密度、孔隙比和 吸水率等指标
表 1—1 某些岩石的比重、密度、孔隙比、以及吸水率标准
岩石名称 花岗岩
闪长岩
岩
辉绿岩
浆
安山岩岩玄武岩Fra bibliotek凝灰岩
砾岩
沉
砂岩
积
1.1概述
（4）弱面 ——层理、节理、断面及裂隙面与所研究岩体的岩块比较 ,具有强度低、易变形的特点,称为弱面。 岩体与岩块的差异： 岩体的强度小，岩块的强度大； 岩块的各向同性与岩体的各向异性。 岩石是不分岩块和岩体的泛称。
（5）围岩 ——井巷附近受到扰动的岩体。
岩块
岩体
张裂
剪裂
1.1 概述
三相图
岩石是颗粒、水和空气三者所组成的。岩石的物理性质就是岩石的三相 的质量与体积的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的各种性质。 反映岩石的三相在数量上的相对比例关系的物理量称为岩石的三相比例指标。 岩石的三相比例指标是物理性质的反映，但与其力学性质有内在联系。
1.2.1 岩石的相对密度和密度
页岩
岩
石灰岩
片麻岩
变
片岩
质
石英岩
岩
大理岩
比重 △ 2.50~2.84
2.60~3.10 2.60~3.10 2.40~2.80 2.60~3.30 2.56~2.76
2.67~2.71 2.60~2.75 2.57~2.77 2.48~2.85 2.63~3.01 2.75~3.02 2.53~2.84 2.80~2.85
N/m3
1.2.2 岩石的孔隙性
• 岩石的孔隙性 ——是指岩石的孔隙和裂隙的发育程度，常用孔隙度
（率）n和孔隙比e来表示。 1）孔隙度n
岩石试件内各种孔隙、裂隙的体积之和与试件总体积之 比。
n V V C 1 V c 1 V cG 1 C (1 C) 1% 00 V V G V dw dw
0.20~5.00 0.20~12.19 1.80~3.10 0.10~4.45 0.10~3.15 0.08~0.55 0.10~1.46 0.10~0.80
1.2.3 岩石的水理性质
2）岩石的软化性 • 岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，用软化
表 1—2 几种岩石的碎胀系数
岩石名称 胀碎系数K
砂、砾石 1.05~1.2
砂质粘土 1.2~1.25
中硬岩石 1.3~1.5
习题
1.1 概述
（1）岩石 • ——组成地壳的基本物质，由一种或多种矿物或岩屑在地
质作用下按一定规律而形成的自然地质体，包括岩浆岩、 沉积岩、变质岩。 • 岩石的性质：与其矿物组成、结构有关。 （2）岩体
——地下工程周围较大范围内的自然地质体。 特点：非均质、各向异性、不连续、赋存地质因子。
（3）岩块 ——从地壳中切取出来的小块体，不包含软弱面（岩体 中的地质遗迹、层理、节理、断层、裂隙面），近似认为 各向同性的连续介质。
1）相对密度(曾称比重)
岩石的相对密度是指岩石固体实体积(不包括孔隙体积)的质量与同 体积水的质量的比值。
计算公式为： 式中：
G d
VcW
d —岩石的相对密度(无量纲量);
G—绝对干燥时体积为VC的岩石质量，g； VC—岩石固体实体积(不包括孔隙体积) ，cm3；
ρW—水的密度，g／cm3。
1.2.1 岩石的相对密度和密度
2）孔隙比e 岩石试件内各种孔隙、裂隙的体积总和与试件内固体矿 物体积之比。
eVV C VCV VC1dC W1
1.2.2 岩石的孔隙性
3）孔隙度n和孔隙比e的关系
n e 1 e
e n 1 n
4）孔隙性的作用 ——对岩石其它性质有显著影响，如：
密度和强度；风化程度，透水性，力学强度等。
1.2.3 岩石的水理性质
密度ρ,g/cm3 2.30~2.80
2.52~2.96 2.53~2.97 2.30~2.70 2.50~3.10 2.29~2.50
2.42~2.66 2.20~2.71 2.30~2.62 2.30~2.77 2.30~3.05 2.69~2.92 2.40~2.80 2.60~2.70
孔隙比e, % 0.04~0.92
0.25~3.00 0.40~6.38 1.09~2.19 0.35~3.00 1.50~4.90
0.34~9.30 1.60~2.83 1.46~2.59 0.53~2.00 0.70~4.20 0.70~2.92 0.50~0.80 0.22~1.30
吸水率w,% 0.10~0.92
0.30~0.48 0.22~5.0
2）密度ρ
• 岩石单位体积〈包括岩石内孔隙体积在内〉的质量 ，又称质量密度 ρ，具有干密度与湿密度之分。
• a 干密度：
是单位体积岩石绝对干燥后的质量。
• b 湿密度：
是天然含水或饱和水状态下的密度。 3）重度（容重）γ ：
G c V
G1 V
指单位体积岩石所受的重力，又称重力密度。
γ= ρg
单位
第一章岩石的性质及其工程分 级
1 岩石性质与工程分级
引子 • 井巷施工最基本的工作
——破岩与井巷维护 • 为什么要了解岩石与岩体的物理力学性质? • 如何在开挖和支护中利用岩石的强度？ • 为什么要对岩石进行工程分级?
第1章 岩石的性质及其工程分级
1.1 概述 1.2 岩石的物理性质 1.3 岩石的力学性质 1.4 岩石的工程分级
（6）表土 ——覆盖在地壳上部的第三纪、第四纪沉积物,如黄土、 粘土、流砂、淤泥、砾石的统称。
（7）基岩 ——表土以下的固结性岩石统称为基岩。
（8）煤系地层 ——煤层周围一定范围内的地层。 多为沉积岩，如砂岩、灰岩、页岩、泥岩等。
1.2 岩石的物理性质
• 1.2.1 岩石的相对密度和密度 • 1.2.2 岩石的孔隙性 • 1.2.3 岩石的水理性 • 1.2.4 岩石的碎胀性
系数k表示。 • k定义为水饱和岩石试件的单向抗压强度(Rb)与干燥试件
的单向抗压强度(Rc)的比值，即
k Rb 1 Rc
表1.2 （7页）
1.2.4 岩石的碎胀性
（1）碎胀性 岩石破碎后因孔隙或裂隙增多而总体积增大的性质。
（2）碎胀系数K 岩石破碎后的总体积V1与原岩破碎前整体状态下的体积V之比。
吸水、透水、软化、溶蚀、膨胀、崩解。
1）岩石的吸水率w：
—岩石试件在大气压力下吸入水的质量g与试件
烘干质量G之比。
w
g
G
*表1-1列出一些岩石的比重、密度、孔隙比和 吸水率等指标
表 1—1 某些岩石的比重、密度、孔隙比、以及吸水率标准
岩石名称 花岗岩
闪长岩
岩
辉绿岩
浆
安山岩岩玄武岩Fra bibliotek凝灰岩
砾岩
沉
砂岩
积
1.1概述
（4）弱面 ——层理、节理、断面及裂隙面与所研究岩体的岩块比较 ,具有强度低、易变形的特点,称为弱面。 岩体与岩块的差异： 岩体的强度小，岩块的强度大； 岩块的各向同性与岩体的各向异性。 岩石是不分岩块和岩体的泛称。
（5）围岩 ——井巷附近受到扰动的岩体。
岩块
岩体
张裂
剪裂
1.1 概述
三相图
岩石是颗粒、水和空气三者所组成的。岩石的物理性质就是岩石的三相 的质量与体积的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的各种性质。 反映岩石的三相在数量上的相对比例关系的物理量称为岩石的三相比例指标。 岩石的三相比例指标是物理性质的反映，但与其力学性质有内在联系。
1.2.1 岩石的相对密度和密度
页岩
岩
石灰岩
片麻岩
变
片岩
质
石英岩
岩
大理岩
比重 △ 2.50~2.84
2.60~3.10 2.60~3.10 2.40~2.80 2.60~3.30 2.56~2.76
2.67~2.71 2.60~2.75 2.57~2.77 2.48~2.85 2.63~3.01 2.75~3.02 2.53~2.84 2.80~2.85
N/m3
1.2.2 岩石的孔隙性
• 岩石的孔隙性 ——是指岩石的孔隙和裂隙的发育程度，常用孔隙度
（率）n和孔隙比e来表示。 1）孔隙度n
岩石试件内各种孔隙、裂隙的体积之和与试件总体积之 比。
n V V C 1 V c 1 V cG 1 C (1 C) 1% 00 V V G V dw dw