第01章 岩石性质与工程分级汇总

难点：
基岩弱风化多为中等透水性、少数弱透水性。海水对钢筋砼有腐 蚀性,由于隧道纵坡呈V形,渗漏水不能顺自然坡流出洞外,对砼耐久性 和隧道防、排水质量要求较高。
超浅埋,超大断面隧道下穿建筑群，引起楼房基础沉降、结构开裂。 海底地压比较大。
施工方法：
工程采用钻爆法开挖，喷锚构筑法支护。
Ⅱ，Ⅲ级围岩段采用四臂凿岩台车下导洞超前减震全断面爆破开 挖作业；
第三节 岩石力学性质
岩石力学性质。分为变形和强度性质。 变形性质体现对外力的尺寸效应；强度性质表现抵抗外
力破坏的能力。 研究力学主要研究岩石的变形、破坏和强度等性质。
试验所需的试件应该加工成标准的圆柱 形，其高与直径之比应该介于2.0～3.0之 间，试件的直径最好不要超过50mm。试 件的直径应该至少是岩石最大颗粒直径 的20倍。
组成岩石的矿物的相对密度。
岩石固体实体积 Vc 水的密度 w
2、密度（容重）（kN/m3）。 分为干密度和湿密度。
干密度 湿密度
c
G V
G1
V
3、说明：岩石由固体、空气和水组成；干湿密度的区分对粘土类矿物
意义重大。取决于矿物成分、孔隙度和含水量。与埋深也有关
二、岩石的孔隙性
指岩石的裂隙和孔隙发育的程度，用孔隙度n和孔隙比e来表示。
井巷施工技术
第一章 岩石的性质及其工程分级
胶州湾海底隧道胶州湾隧道地处胶州湾湾口,隧址区平均水深30 m, 最大水深42m, 覆盖层平均厚30m。主隧道结构采用复合式衬砌结构,根 据不同围岩地段的结构受力要求,考虑到海域段隧道地下水压力大,海域 段断面采用三心圆拱形断面,设置仰拱;陆域段采用三心圆拱形断面,Ⅳ,Ⅴ 级断面设置仰拱,Ⅱ,Ⅲ级围岩不设仰拱,结构如图4,图5所示。
1.01～1.03
＜1.20
1.03～1.07
＜1.20
1.05
1.40
1.10
1.60～1.80
1.10～1.15
1.50～1.80
残余碎碎胀系数：指岩石在破碎后，在其自重和外加荷载 的作用下将逐渐压实，体积随之减小，这种压实后的体积 与破碎前原始体积之比，叫作残余碎碎胀系数。
残余碎碎胀系数反映破碎岩石被压实的程度，它与岩石的 物理力学性质、外加荷载的大小及破碎后经历的时间长短 有关。
nV
Vc V
1
c d w
100%
e V Vc d w 1
Vc
c
随着孔隙度增大，一方面消弱了岩石的整体稳定性，使其密度和强 度降低，透水性增大；另一方面会增加风化速度。进一步降低力学 强度和增大透水性。
三、岩石的水理性质（吸水率、透水性、溶蚀性、软化性、膨胀性和崩解性）
1、吸水率
吸水率＝岩石试件在大 试气 件压 烘力 干下 质量吸G入水的质量g
Ⅳ级围岩采用台阶法开挖； Ⅴ级围岩陆域段和挤压型海底破碎带采用自进式管棚超前支护和 超前预注浆加固堵水结合的方法，分步开挖。
第一章 岩石的性质及工程分类
井巷施工技术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，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。
岩石吸水率大小取决于岩石中的孔隙、裂隙数量和大小、开裂程度 及其分布情况，并且与试验条件有关。时间和尺寸均有影响。
2、透水性：岩石能被水透过的性能。与地下水水头、岩体应力、孔 隙度、孔隙大小及其连通程度有关。
岩石样品渗透性的确定对实际问题的意义，例如：将水、油或 气泵入多孔的岩层中，或从其中抽出来；在多孔岩层中处理卤 水废物；为了能量转换而在地下洞穴中贮存液体；评价水库的 不透水性；排除深处洞室的海水，或预估流入隧洞的水量等。
岩石名称
砂、砾岩 砂质粘土 中硬岩石 坚硬岩石
煤
碎胀系数 k
1.05~1.2 1.2~1.25 1.3~1.5 1.5~2.5
< 1.2
意义：采场管理、提升运输、充填效果、围岩压力等。
岩石名称 砂
粘土 碎煤 泥质页岩 砂质页岩 硬砂岩
表1-3 煤矿中常见岩石的碎胀系数
碎胀系数
残余碎胀系数
1.06～1.15
本章的重点是岩石的物理、力学性质，围岩分级。 难点是围岩分级。
一、概述 1.几个定义
第一节 岩石的物理性质
① 岩石 是由一种或多种矿物组成的。每种矿物都有一定的内部结构 和固定的化学成份，因而各具有一定的物理性质和形态。 包括岩浆岩、沉积岩、变质岩。
② 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,。
3、溶蚀性：由于水化学作用而把岩石中某些物质带走的现象。
4、膨胀性和崩解性：前者是指岩石浸水后体积增大和压力增大的
性能；后者是指浸水后发生解体的现象。
5、软化性
软化系数c
水饱和岩石试件的单向 抗压强度Rcw 干燥岩石试件的单向抗 压强度Rc
1
四、岩石的碎胀性
岩石的碎胀系数K＝
岩石破碎膨胀后的体积 V1 岩石处于完整状态时的 体积V
岩块：
岩体
表土和基岩
岩块（Rock）性质： 强度：抗压强度、抗拉强度、剪切强Biblioteka Baidu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。
第二节 岩石物理性质
岩石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、岩石的比重与密度
1、相对密度（比重）：取决于 比重＝ 绝对干燥时体积为 Vc的岩石重量 G
③岩体 地下工程周围较大范围内的自然地质体。从煤矿采掘工程 角度：包括岩石、地下水、瓦斯。岩体的性质复杂，是我 们研究的主要对象。
岩体＝岩块（岩石材料）＋ 弱面（层理、节理、断层）
④表土 建井工作者把覆盖在地壳上部的第四纪沉积物成为表土，
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。
1. 岩石的单轴压缩全应力—应变曲线