岩石的力学性质与分级.ppt
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1、第三章 岩石的力学性质与分类学习目的:掌握岩石和岩体的基本力学性质;掌握岩体的分类方法,特别是RMR和SMR方法;掌握现场评价指标的获取方法(RQD);学会RMR法在矿山岩体分类中的具体应用。主 要 内 容 1 1 1 1 岩石(岩体)的基本力学性质岩石(岩体)的基本力学性质岩石(岩体)的基本力学性质岩石(岩体)的基本力学性质 2 矿山工程岩体分类 概述 岩体坚固性分级 工程地质RMR分类 边坡稳定的SMR分级 岩体分类实例 作业 第一节第一节 岩石(岩体)的基本力学性质岩石(岩体)的基本力学性质 基本物理力学性质主要有强度、弹性、塑性、脆性、硬度、磨蚀性等。一、强度 岩石的强度是指岩石承受外
2、加载荷的能力,即开始破坏的极限临界应力值。岩石的强度有抗拉强度、抗剪强度、抗压强度等。单向抗拉强度单向抗剪强度单向抗压强度二向抗压强度三向抗压强度。岩体内存在节理等构造,它们的存在使强度降低;岩石的各向异性造成加载方向不同,其强度也不同。二、弹性、塑性和脆性弹性是岩石除去外力后,恢复其原来形状和体积的性能。弹性是岩石除去外力后,恢复其原来形状和体积的性能。弹性是岩石除去外力后,恢复其原来形状和体积的性能。弹性是岩石除去外力后,恢复其原来形状和体积的性能。弹性大的岩石,在凿岩爆破时不易破坏。在破坏前具有明显在破坏前具有明显在破坏前具有明显在破坏前具有明显残余变形残余变形残余变形残余变形的岩石称为
3、塑性岩石,几乎没的岩石称为塑性岩石,几乎没的岩石称为塑性岩石,几乎没的岩石称为塑性岩石,几乎没有残余变形的岩石叫脆性岩石。有残余变形的岩石叫脆性岩石。有残余变形的岩石叫脆性岩石。有残余变形的岩石叫脆性岩石。金属矿山经常遇到的岩石大多数属于脆性岩石。岩石的变形性质不仅与岩石种类有关与岩石种类有关与岩石种类有关与岩石种类有关,还与受力条件有关:与受力条件有关:与受力条件有关:与受力条件有关:在三向受压或高温条件下,塑性会显著增加,在常态下具有脆性的岩石,在上述条件下也可能变成塑性体。在冲击载荷作用下,岩石脆性会显著增加,如岩石在凿岩、爆破等冲击载荷作用下,大多数呈脆性破坏。三、硬度硬度是岩石抵抗工
4、具侵入的能力。硬度是岩石抵抗工具侵入的能力。硬度是岩石抵抗工具侵入的能力。硬度是岩石抵抗工具侵入的能力。凡是用刃具切削或挤压的方法凿岩,首先必须使工具侵入岩石才能达到钻进的目的。因此,研究硬度具有重要意义。岩石的硬度取决于岩石的组成,即取决于矿物颗粒的硬度、形状、大小、晶体结构以及颗粒间胶结物的情况等,硬度越大凿岩越困难。四、磨蚀性 磨蚀性一般指岩石表面与工具作用过程中,岩石对工具磨蚀性一般指岩石表面与工具作用过程中,岩石对工具磨蚀性一般指岩石表面与工具作用过程中,岩石对工具磨蚀性一般指岩石表面与工具作用过程中,岩石对工具的磨损程度。的磨损程度。的磨损程度。的磨损程度。磨蚀性越大,对工具的磨损
5、越大,对凿岩工作越不利。影响磨蚀性的主要因素有:(1)岩石成份。岩石中石英的含量、粒度的大小及分布对磨蚀性影响很大。一般来说,石英的含量越高,磨蚀性越大。(2)岩石的结构。这主要表现为岩石的不均匀性,它对岩石磨蚀性有明显的影响。由于不同矿物可能在岩石中形成软硬相间的不均匀状态,造成局部应力集中,使其磨蚀性增大。(3)岩石的强度。岩石的强度越高,磨蚀性越强。主 要 内 容 1 岩石(岩体)的基本力学性质 2 2 2 2 矿山工程岩体分类矿山工程岩体分类矿山工程岩体分类矿山工程岩体分类 概述 岩体坚固性分级 工程地质RMR分类 边坡稳定的SMR分级 岩体分类实例 作业 第二节第二节第二节第二节 矿
6、山工程岩体分类矿山工程岩体分类矿山工程岩体分类矿山工程岩体分类一、概述一、概述一、概述一、概述 (一)工程岩体分类的目的(一)工程岩体分类的目的(一)工程岩体分类的目的(一)工程岩体分类的目的 工程类比法的需要;为岩体工程建设的勘察、设计、工程类比法的需要;为岩体工程建设的勘察、设计、工程类比法的需要;为岩体工程建设的勘察、设计、工程类比法的需要;为岩体工程建设的勘察、设计、施工和编制定额等,提供必要的基本依据。施工和编制定额等,提供必要的基本依据。施工和编制定额等,提供必要的基本依据。施工和编制定额等,提供必要的基本依据。根据用途的不同,工程岩体分类有根据用途的不同,工程岩体分类有根据用途的
7、不同,工程岩体分类有根据用途的不同,工程岩体分类有通用分类通用分类通用分类通用分类和和和和专门分专门分专门分专门分类类类类两种。两种。两种。两种。通用分类通用分类通用分类通用分类是指针对性较少的、原则上的和大致的是指针对性较少的、原则上的和大致的是指针对性较少的、原则上的和大致的是指针对性较少的、原则上的和大致的一种分类,是供各学科领域及国民经济各部门笼统使用的一种分类,是供各学科领域及国民经济各部门笼统使用的一种分类,是供各学科领域及国民经济各部门笼统使用的一种分类,是供各学科领域及国民经济各部门笼统使用的分类。分类。分类。分类。专门分类专门分类专门分类专门分类是指专为某类工程目的服务而编制
8、的分类,是指专为某类工程目的服务而编制的分类,是指专为某类工程目的服务而编制的分类,是指专为某类工程目的服务而编制的分类,所涉及的面窄一些,考虑的影响因素少一些,但更深入一所涉及的面窄一些,考虑的影响因素少一些,但更深入一所涉及的面窄一些,考虑的影响因素少一些,但更深入一所涉及的面窄一些,考虑的影响因素少一些,但更深入一些,细致一些。些,细致一些。些,细致一些。些,细致一些。(二)工程岩体分类的原则(二)工程岩体分类的原则(二)工程岩体分类的原则(二)工程岩体分类的原则 1.1.1.1.工程岩体的分类应该与所涉及的工程岩体的分类应该与所涉及的工程岩体的分类应该与所涉及的工程岩体的分类应该与所涉
9、及的工程性质联系工程性质联系工程性质联系工程性质联系在一起。在一起。在一起。在一起。2.2.2.2.分类应该尽可能采用分类应该尽可能采用分类应该尽可能采用分类应该尽可能采用定量的定量的定量的定量的参数。参数。参数。参数。3.3.3.3.分类的级数应合适,一般分为分类的级数应合适,一般分为分类的级数应合适,一般分为分类的级数应合适,一般分为4 4 4 46 6 6 6级级级级。4.4.4.4.工程岩体分类方法与步骤应工程岩体分类方法与步骤应工程岩体分类方法与步骤应工程岩体分类方法与步骤应简单明了简单明了简单明了简单明了,分类的参数在工,分类的参数在工,分类的参数在工,分类的参数在工程现场程现场程
10、现场程现场容易获取容易获取容易获取容易获取,参数所赋予的数字便于记忆,便于应用。,参数所赋予的数字便于记忆,便于应用。,参数所赋予的数字便于记忆,便于应用。,参数所赋予的数字便于记忆,便于应用。5.5.5.5.各个因素应有明确的物理意义,并且还应该是各个因素应有明确的物理意义,并且还应该是各个因素应有明确的物理意义,并且还应该是各个因素应有明确的物理意义,并且还应该是独立的独立的独立的独立的影影影影响因素。响因素。响因素。响因素。(三)代表性分类简表(三)代表性分类简表(三)代表性分类简表(三)代表性分类简表 分类方法分类方法分类方法分类方法指标分级指标分级指标分级指标分级适用范适用范适用范适
11、用范围围围围特点特点特点特点备注备注备注备注岩石抗岩石抗岩石抗岩石抗压强度压强度压强度压强度分类分类分类分类岩石单轴抗压岩石单轴抗压岩石单轴抗压岩石单轴抗压强度强度强度强度(R R R Rc c c c)/)/)/)/MPaMPaMPaMPa分分分分4 4 4 4级。级。级。级。250-160-100-40-0250-160-100-40-0250-160-100-40-0250-160-100-40-0,特坚,特坚,特坚,特坚-坚坚坚坚-次坚次坚次坚次坚-软岩。软岩。软岩。软岩。初期初期初期初期未考虑岩未考虑岩未考虑岩未考虑岩体特点体特点体特点体特点我国早期使我国早期使我国早期使我国早期使用
12、用用用点荷载强度指点荷载强度指点荷载强度指点荷载强度指标标标标(I I I Is s s s(50)/(50)/(50)/(50)/MPaMPaMPaMPa分分分分7 7 7 7级。很弱级。很弱级。很弱级。很弱-弱弱弱弱-中弱中弱中弱中弱-中强中强中强中强-强强强强-很强很强很强很强-极强。极强。极强。极强。初期初期初期初期指标易得指标易得指标易得指标易得伦敦地质学伦敦地质学伦敦地质学伦敦地质学会和富兰克会和富兰克会和富兰克会和富兰克林林林林巷道稳巷道稳巷道稳巷道稳定性分定性分定性分定性分类类类类斯梯尼斯梯尼斯梯尼斯梯尼(Stini)(Stini)(Stini)(Stini)分分分分9 9 9
13、 9级级级级巷道巷道巷道巷道考虑岩石考虑岩石考虑岩石考虑岩石荷载与稳荷载与稳荷载与稳荷载与稳定性定性定性定性1950195019501950年年年年前苏巴库地铁前苏巴库地铁前苏巴库地铁前苏巴库地铁分分分分4 4 4 4级级级级地铁地铁地铁地铁岩石抗压、岩石抗压、岩石抗压、岩石抗压、工程地质、工程地质、工程地质、工程地质、稳定性稳定性稳定性稳定性岩体完岩体完岩体完岩体完整性分整性分整性分整性分类类类类岩石质量指标岩石质量指标岩石质量指标岩石质量指标RQDRQDRQDRQD分分分分5 5 5 5级。级。级。级。100-90-75-50-25-0100-90-75-50-25-0100-90-75-
14、50-25-0100-90-75-50-25-0迪尔迪尔迪尔迪尔1963196319631963弹性波弹性波弹性波弹性波(纵波纵波纵波纵波)波速波速波速波速分分分分4 4 4 4级。级。级。级。分分分分7 7 7 7级。级。级。级。中科院地质中科院地质中科院地质中科院地质所所所所日本池田和日本池田和日本池田和日本池田和彦彦彦彦接下表接下表接下表接下表续表 分类方法分类方法分类方法分类方法指标分级指标分级指标分级指标分级适用适用适用适用范围范围范围范围特点特点特点特点备注备注备注备注岩体综岩体综岩体综岩体综合指标合指标合指标合指标分类分类分类分类岩体地质力学岩体地质力学岩体地质力学岩体地质力学R
15、MRRMRRMRRMR分分分分5 5 5 5级。级。级。级。综合综合综合综合地下采矿地下采矿地下采矿地下采矿南非工业和科南非工业和科南非工业和科南非工业和科学委员会学委员会学委员会学委员会CSIRCSIRCSIRCSIR,毕昂斯基,毕昂斯基,毕昂斯基,毕昂斯基(Bieniawshi)(Bieniawshi)(Bieniawshi)(Bieniawshi)隧道掘进质量隧道掘进质量隧道掘进质量隧道掘进质量指标指标指标指标Q Q Q Q分分分分9 9 9 9级。级。级。级。0.01-0.1-1.0-4.0-0.01-0.1-1.0-4.0-0.01-0.1-1.0-4.0-0.01-0.1-1.0-
16、4.0-10.0-10.0-10.0-10.0-40.0-100.0-400.0-40.0-100.0-400.0-40.0-100.0-400.0-40.0-100.0-400.0-综合综合综合综合交通隧道交通隧道交通隧道交通隧道挪威土工所挪威土工所挪威土工所挪威土工所(NGI),Baton(NGI),Baton(NGI),Baton(NGI),Baton岩体质量指标岩体质量指标岩体质量指标岩体质量指标SMRSMRSMRSMR分分分分5 5 5 5级。级。级。级。矿山边坡矿山边坡矿山边坡矿山边坡Romana(1993)Romana(1993)Romana(1993)Romana(1993)我
17、国工程岩体分级标准我国工程岩体分级标准我国工程岩体分级标准我国工程岩体分级标准(GB50218-94)(GB50218-94)(GB50218-94)(GB50218-94)分分分分5 5 5 5级。级。级。级。综合综合综合综合水利隧道水利隧道水利隧道水利隧道二、岩体坚固性分级二、岩体坚固性分级二、岩体坚固性分级二、岩体坚固性分级 前苏联学者普罗特基雅柯诺夫前苏联学者普罗特基雅柯诺夫前苏联学者普罗特基雅柯诺夫前苏联学者普罗特基雅柯诺夫(.)按按按按当时采掘工业水平提出的要求,对岩石进行定量分级的,被称当时采掘工业水平提出的要求,对岩石进行定量分级的,被称当时采掘工业水平提出的要求,对岩石进行定
18、量分级的,被称当时采掘工业水平提出的要求,对岩石进行定量分级的,被称为普氏分级。根据岩石坚固性的不同,将岩石划分为十级。为普氏分级。根据岩石坚固性的不同,将岩石划分为十级。为普氏分级。根据岩石坚固性的不同,将岩石划分为十级。为普氏分级。根据岩石坚固性的不同,将岩石划分为十级。普氏分级的指标为坚固性系数普氏分级的指标为坚固性系数普氏分级的指标为坚固性系数普氏分级的指标为坚固性系数f f f f,是由岩石在当时各种采,是由岩石在当时各种采,是由岩石在当时各种采,是由岩石在当时各种采掘工艺中的坚固性表现指标综合起来确定的。目前掘工艺中的坚固性表现指标综合起来确定的。目前掘工艺中的坚固性表现指标综合起
19、来确定的。目前掘工艺中的坚固性表现指标综合起来确定的。目前f f f f值是按岩值是按岩值是按岩值是按岩石单轴抗压强度来确定的。分为石单轴抗压强度来确定的。分为石单轴抗压强度来确定的。分为石单轴抗压强度来确定的。分为15151515级。级。级。级。式中式中式中式中岩石的轴向极限抗压强度,岩石的轴向极限抗压强度,岩石的轴向极限抗压强度,岩石的轴向极限抗压强度,MPaMPaMPaMPa。参看王青主编采矿学p59页,表2-1三、岩体地质力学三、岩体地质力学三、岩体地质力学三、岩体地质力学RMRRMR分类(岩体指标分类(岩体指标分类(岩体指标分类(岩体指标CSIRCSIRCSIRCSIR)由毕昂斯基由
20、毕昂斯基由毕昂斯基由毕昂斯基(Bieniawski)(Bieniawski)(Bieniawski)(Bieniawski)在在在在1973197319731973年首次提出。年首次提出。年首次提出。年首次提出。岩体的岩体的岩体的岩体的RMRRMRRMRRMR值值值值取决于五个通用参数和一个修正参数,这五个通取决于五个通用参数和一个修正参数,这五个通取决于五个通用参数和一个修正参数,这五个通取决于五个通用参数和一个修正参数,这五个通用参数为:用参数为:用参数为:用参数为:岩石抗压强度岩石抗压强度岩石抗压强度岩石抗压强度R R R R1 1 1 1 岩石质量指标岩石质量指标岩石质量指标岩石质量指
21、标R R R R2 2 2 2 节理间距节理间距节理间距节理间距R R R R3 3 3 3 节理面状态节理面状态节理面状态节理面状态R R R R4 4 4 4 地下水状态地下水状态地下水状态地下水状态R R R R5 5 5 5 节理方向对工程影响修正参数节理方向对工程影响修正参数节理方向对工程影响修正参数节理方向对工程影响修正参数R R R R6 6 6 6把上述各个参数的岩体评分值相加起来就得到岩体的把上述各个参数的岩体评分值相加起来就得到岩体的把上述各个参数的岩体评分值相加起来就得到岩体的把上述各个参数的岩体评分值相加起来就得到岩体的RMRRMRRMRRMR值:值:值:值:RMR=R
22、RMR=R1 1+R+R2 2+R+R3 3+R+R4 4+R+R5 5 +R R6 6 (1)由“岩石抗压强度”确定的岩体质量评分值R1(15151515)点荷载指标点荷载指标点荷载指标点荷载指标Is(50)Is(50)Is(50)Is(50)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)单轴抗压强度单轴抗压强度单轴抗压强度单轴抗压强度(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)评分值评分值评分值评分值10101010250250250250151515154 4 4 410101010100100100100250250250250121212122 2 2 24 4 4 4505050501001
23、001001007 7 7 71 1 1 12 2 2 225252525505050504 4 4 4不采用不采用不采用不采用5 5 5 5252525252 2 2 2不采用不采用不采用不采用1 1 1 15 5 5 51 1 1 1不采用不采用不采用不采用1111O O O O对照上表查出R1=?(2 2 2 2)由由由由“岩石质量指标岩石质量指标岩石质量指标岩石质量指标RQDRQDRQDRQD”确定的岩体质量评分值确定的岩体质量评分值确定的岩体质量评分值确定的岩体质量评分值R R R R2 2 2 2(2020)对照上表查出R2=?RQDRQDRQDRQD(%)(%)(%)(%)100
24、1001001009090909090909090757575757575757550505050505050502525252525252522 0.60.6 0.20.2 0.060.06评分值20151085(4 4 4 4)由由由由“节理面壁几何状态节理面壁几何状态节理面壁几何状态节理面壁几何状态”确定的岩体质量评分值确定的岩体质量评分值确定的岩体质量评分值确定的岩体质量评分值R R R R4 4 4 4(3030)对照上表查出R4=?说 明评分值尺寸有限的很粗糙的表面,硬岩壁30略微粗糙的表面,张开度小于1mm,硬岩壁25略微粗糙的表面,张开度小于1mm,软岩壁20光滑表面,由断层泥
25、充填厚度小于5mm;张开度1 5mm.节理延伸超过数米10由厚度大于5mm的断层泥充填的张开节理;张开度大于5mm的节理,节理延伸超过数米0(5 5 5 5)由由由由“地下水地下水地下水地下水”确定的岩体质量评分值确定的岩体质量评分值确定的岩体质量评分值确定的岩体质量评分值R R R R5 5 5 5(1515)对照上表查出R5=?每10m洞长的流入量(L/min)节理水压力与最大主应力的比值总的状态评分值无0完全干的15101250.5有严重地下水问题的0(6 6 6 6)由由由由“节理的空间方位节理的空间方位节理的空间方位节理的空间方位”确定的岩体质量评分值确定的岩体质量评分值确定的岩体质
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- 岩石 力学 性质 分级
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