岩石的物理力学性质讲解

nl
?
V nl V
?1
0 %0
(4)总开空隙率（孔隙率）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。
n0
?
Vn0 V
?
100%
(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。
nc
?
V nc V
?
100%
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。
（1）岩石吸水率(ω1)：
是指岩石试件在标准大气压力下吸入水的重量
Wω 1与岩石干重量Ws之比。
?
1
?
W ?1 Ws
? 100
%
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：
在常温下水能进入大开型空隙，而不能进入小开型空隙。 只有在真空中或在150个大气压以上，水才能进入小开型空 隙。
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nl (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。
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。
? 衡量岩石透水性的指标为渗透系数 (K) 。一般来 说，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。
2、岩石透水性
在一定的水压作用下，水穿透岩石的能力。反映 了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达 西（ Darcy ）定律描述：
qx
?
k
dh dx
(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。
n ? VV ? 1 0 %0 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。
nb
?
V nb V
?
100%
(3)小开空隙率nl:即岩石试件内小开型空隙的体积（ Vnl ) 占试件总体积(V)的百分比。
? ? G1 /(VC?W )
Δ—— 岩石的比重；
? VC—固体体积； W ——水的比重
（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 开型空隙
大开型空隙 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。
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。
饱和密度就是饱水状态下岩石试件的密度。
?w
?
Ww V
?w ? ?wg
（g/cm 3） (kN /m 3)
式中：WW——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。
（二）岩石的比重（岩石相对密度）
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，就是指不包括孔隙体积 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：
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。
2、岩石透水性
? 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。
e ? VV ? VV ? n Vs V ? VV 1? n
二、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质。
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孔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。
?
2
?
W? 2 Ws
?
100%
根据饱水率求得岩石的总开空隙率 n0：
n0
?
Vn0 V
?
Ws V
V ?
n
0
Ws
?
?d? 2 ?w
式中：Ws为干燥岩石重量；γ d,γ w干燥岩石和水的重度。
（3）岩石的饱水系数（Ks ）
岩石吸水率与饱水率之比称为岩石的饱水系数，即
Ks
?
? ?
1 2
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。
nb
?
V nb V
? Ws V
V ?
nb
Ws
?
Ws
V ?
nb
?
1
?
? d? 1
V W? 1
?w
式中：W s为干燥岩石的重量；γ d,γ w分别为干燥岩石和水的重度。
（2）岩石的饱水率（ω2）
岩石的饱水率指在高压（ 150个大气压）或真空
条件下，岩石吸入水的重量 Wω 2与岩石干重量 Ws之比，
即：
2、干密度（ ρ d）和干重度 (γ d )
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，相应的重度即为干重度。
?d
?
Ws V
?d ? ?d g
（g/cm3） (kN /m3)
式中：Ws——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。
3、饱和密度（ρ ）和饱和重度(γw)
? ? 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Biblioteka Baidu状态下的密度和重度。
??W
V
? ? ?g
（g/cm 3） (kN /m 3)
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。