一 岩石性质.ppt
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1、1 岩石的性质引言 井巷施工最基本的过程破岩、装运与井巷维护;所以首先要了解岩石的物理力学性质;并要对岩石进行工程分级。以便正确地进行井巷工程设计,合理地选用施工方法、施工设备、机具与器材,准确的制定生产定额和材料消耗定额等。1.1 概述(1)岩 石:由一种或多种矿物组成。而每种矿物都有一定的内部结构和比较固定的化学成分,因而也各具一定的物理性质与形态。(2)岩石的性质与其矿物组成有关(3)岩石的结构与构造 a、岩石的结构:即岩石微观的组织特征,是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状和颗粒之间的联结方式等。b、岩石的构造:即岩石宏观的组织特征(4)岩体:是指地下工程周围较大范围内的自然地质体
2、(5)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(6)岩体与岩块的强度差异:各向异性与各向同性(7)表土:覆盖在地壳上部的第四纪沉积物,如黄土、粘土、流砂、淤泥、砾石的统称(8)基岩:表土以下的固结性岩石统称为基岩 1.2 岩石的物理性质 *岩石由固体、水、空气三相组成,具有比重、密度、重度等指标 (1)比重:岩石固体实体积的质量与同体积水的质量之比(不包含空隙)(2)密度:岩石单位体积包括孔隙体积在内的质量,又称质量密度: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:指单位体积岩石所受的重力
3、,又称重 力密度 1.2.2 岩石的孔隙性 (1)岩石的孔隙性:指岩石的孔隙和裂隙的发育程度,常用孔隙度n和孔隙比e来表示:a、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;b、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。*为什么要研究岩石的空隙性?1.2.3 岩石的吸水率 (1)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。*表11列出一些岩石的比重、密度等指标1.2.4 岩石的碎胀性 (1)碎胀性:岩石破碎后因孔隙增多而总体积增大的性质;(2)碎胀系数:岩石破碎后的总体积V1与原岩破碎前体积V之比,*为什么要研究岩石的碎胀性?1
4、.3 岩石的变形特征 *荷载(力)与应力:*变形与应变:*应力与应变:1.3.1 静荷载下岩石变形特征 *一般岩石在室温和大气压条件下的单向压缩试验曲线(图11)a、OA段:曲线斜率逐渐增大;变形Elim ,称为裂隙压密闭合阶段 b、AB段:曲线近似直线;称为“线弹性阶段”,c、BC段:曲线的斜率逐渐缩小;称为“裂隙发展阶段“,达到极限C d、CD段:应力随应变而下降:(刚性试验机),直至D。说明什么情况?*CD曲线的存在说明岩石在达到极限强度以后,仍然具有相当的承载能力。三向压缩下的变形性质设侧向应力2=3(最小主应力),1-垂直应力(最大主应力)。结论:(1-3)强度极限 且破坏时的变形量
5、极限状态1=2=3时,岩石不破坏(即1-3=0)1.3.2 动载荷下岩石变形特征 *动荷载外荷载不是常数,而是时间的函数,如冲击凿岩和爆破落岩等,如图12所示为凿岩机活塞冲击钎尾时,作用力随时间变化的实测曲线。从图可见,作用力在几十微秒内从零骤增到数万牛顿,再经数百微秒重新下降到零。*几个基本概念:(1)波质点扰动的传播,分为“体积波和表面波”;(2)体积波沿介质内部传播的波,分为“纵波(P波)和横波(S波)”;纵波(P)介质质点震动方向同波的传播方向一致的叫纵波,它可引起介质体积的压缩或拉伸变形,故叫做压缩波(p波)或拉伸波。横波(s)介质质点震动方向同波的传播方向垂 直的叫横波,它可引起介
6、质体形状改变的纯剪切变形,故又称剪切波(s)*这些波又叫做应力波或应变波,但通常应力波是指纵波。(3)波阻抗cp 介质密度与纵波速度的乘积,它表示介质对应力波传播的阻尼作用。*动荷载下岩石变形特征:a、在动荷载作用下,岩石变形不是整体的均匀变形;b、质点的运动速度也不是整体一致的。“变形和速度”都有一个传播的过程。*表13列出了几种材料的密度、纵波波速及波阻抗值。1.4 岩石的强度特征 *岩石强度在外荷载作用下岩石抵抗破坏的能力。在静、动荷载作用下的强度是不同的。1.4.1 静荷载下岩石的强度性质(特征)(1)静荷载下岩石大多表现为脆性破坏;(2)同一种岩石的强度并非常数;(3)不同受力状态下
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