软岩的物理力学性质

许 国 安
2020/ 6/25
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岩石的孔隙度与含水率通常是一致的，岩石的含水率反映岩石中裂隙和孔隙的 多少。孔隙率大和含水率高是软岩强度降低的主要原因。
第二节 软岩的物理性质
2．渗流性
第 二
渗漏透水性能，是指在水头压力作用下水在岩石孔隙、
章
裂隙内流动和通过的能力。
软 岩
衡量指标为渗透系数，
的 物 理
岩
崩解。
的
物
理
力
学
性
质
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第二节 软岩的物理性质
4．膨胀性和崩解性
第 二
膨胀性是指软岩浸水后体积增大并相应地引起压力增
章
大的性质。可用膨胀应力和膨胀率来表示。
软
膨胀力是指岩石试件浸水饱和后膨胀所产生的最大内应力，
岩 的
这时试件的含水率即为最终饱和含水率。
物
膨胀率是指膨胀后的体积与原体积的比率。
安
“弱”：强度低
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第一节 软岩的概念
工程软岩
第
二 在工程力作用下产生显著变形的工程岩体。
章
软
要点
重力
岩
工程力
构造应力
的 物 理 力
作用在工程岩体上的力的总和。 水的作用力
工程扰动力
显著变形
膨胀应力
学
弹塑性、粘弹塑性，连续和非连续等变形。
性 质
相对性
工程力＜＝＞岩体强度
的比值：
软 岩 的 物
含水率
天然状态下含水的质量 试件干质量
W Gw Grd
理
力
学
含水率高是软岩巷道的基本属性之一。不同时代形成的软岩，其含水特性有
性
很大不同，统计结果表明，各岩层的含水率大致为：石炭二叠系软岩
质பைடு நூலகம்
W=3%～5%，株罗系软岩W=10%～15%，第三系软岩W=5%～15%，第
四系软岩W=15%～20%。
理
力
在工程力作用下发生了显著变形的地质软岩，才作为
学 性
工程软岩。
质 是工程软岩而非地质软岩
在大深度、高应力作用下，地质硬岩呈现显著变形特
许 国
征，则视其为工程软岩。
安
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目录
第二节 软岩的物理性质
一、软岩的孔隙性（porosity）
第
二
指岩石的裂隙和孔隙发育的程度，通常用孔隙度（或
渗透系数
渗透水的流速 水力坡度
Kv I
力
学
影响因素
性 质
地下水水头
岩体内的应力状态
岩石的孔隙度、孔隙大小及其连通程度
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第二节 软岩的物理性质
渗流性的划分
第
透水：K>10-2~10-3cm/s
二 章
不透水：K<10-5~10-7cm/s
软
弱透水：K值在上两者之间
许
内含
国
对象，仅仅围绕工程活动的局部，即围岩；
安
现象，围岩变形量大、破坏程度高；
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要求，控制围岩的稳定性。
4
第一节 软岩的概念
地质软岩与工程软岩关系
第
二 是地质软岩而非工程软岩
章
软
工程荷载小于地质软岩，地质软岩不产生显著变形，
岩
不作为工程软岩。
的
物 既是地质软岩又是工程软岩
10%～15%，自由膨胀率大于40%时，通常认为属于膨胀性 软岩。在这种围岩中掘进巷道就有发生膨胀的危险。
软
岩
岩层吸水膨胀是影响软岩工程稳定性的重要因素，也
的 物
是软岩巷道底鼓的主要原因之一。
理
力 学 性
在软岩矿井的巷道岩帮内有时赋存有厚度较薄的粘泥夹层，当巷道掘进岩 面刚揭露时，此夹层比较干燥和坚固；但隔1～2天后，就会发现它表层的
理 力
膨胀力随着膨胀率的增加而明显增大。
学 性
崩解性是指岩石浸水后发生的解体现象。
质 矿物颗粒
膨胀
膨胀
许 国
崩解
崩解
安
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软弱岩层膨胀与崩解过程示意图
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第二节 软岩的物理性质
判别软岩膨胀性的指标有蒙脱石含量及自由膨胀率。
第
如果在粘土质岩石矿物组成中，蒙脱石类矿物含量超过
二 章
≤1
力
学
性 质
影响因素
亲水性矿物和易溶性矿物的含量
孔隙与微裂隙的发育程度
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第二节 软岩的物理性质
遇水仅软化、崩解的软弱岩层矿物成分以高岭石、伊
第
利石为主，由于这两种粘土矿物受水作用后体积增加
二 章
很小，导致软弱岩层节理裂隙中充水，削弱软弱岩层
软
颗粒之间的连接力，致使颗粒间发生破坏，产生软化、
理 力
岩石吸水率w，是指岩石试件在大气压力下吸入水的
学
质量g与试件烘干质量G之比：
性
质
吸水率
大气压力下吸入水的质 试件干质量
量
w g G
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第二节 软岩的物理性质
岩石含水率W，是指岩石在天然状态下所含水分的质
第
量Gw与在温度为105℃时烘干至恒重的岩石质量Grd
二 章
固体矿物颗粒体积Vc之比。
许
国 安
e V Vc V 1 d w 1
Vc
Vc
c
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第二节 软岩的物理性质
二、软岩的水理性质
第
二
指软岩在水作用下表现出来的性质（水理性质）。对
章
矿山工程岩体稳定性有突出影响的水理性质主要包括
软 岩
吸水性、渗水性、软化性、膨胀性和崩解性等。
的 物
1．吸水率与含水率
岩
的
物
理
力
学
性
质
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第二节 软岩的物理性质
3．软化性
第 二
指岩石浸水后其强度降低的性质，通常用软化系数ηc
章
来表示，即水饱和岩石试件的单向抗压强度Rcw与干
软 岩
燥岩石试件单向抗压强度Rc之比。
的
物 理
岩石饱水状态的抗压强度 c 岩石干燥状态的抗压强度
c
Rcw Rc
2
第一节 软岩的概念
地质软岩
第
二 单轴抗压强度在0.5~25MPa的松散、破碎、软弱
章 软
及风化膨胀性一类岩体的总称。（ISRM）
岩 的
软岩的成分
物
固、液、气
理 力
粘土矿物：高岭石、伊利石、蒙脱石及伊蒙混层矿物
学
软岩的内部结构
性
质
“松”：孔隙多
“散”：少固结
许
软岩的力学指标
国
“软”：弹模小，易变形
中国矿业大学建筑工程学院
岩土加固技术
第贰章
软岩的物理力学性质
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目录
第
第二章 软岩的物理力学性质
二
章
软 第一节 软岩的概念
岩 的
物 第二节 软岩的物理性质
理 力
学 第三节 软岩的力学性质
性 质
第四节 软岩的工程特性
许 国 安
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思考题
章
叫孔隙率）n和孔隙比e来表示，可根据岩石的相对密
软 岩
度d和干密度ρc计算求得
的
孔隙度或孔隙率是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总
物 理
和与试件总体积V之比。
力
学 性 质
n V Vc V
1 Vc V
1 Vc gG GV
1 c d w
1
c d w
100%
孔隙比指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件内