岩石的性质及其工程分级29页PPT

2、影响岩石性质的因素有哪些?
3、解释岩石碎胀性的意义和表示方式。
4、三向压力作用下岩石的变形和强度特征有哪些?
5、解释岩石可钻性和可爆性。
6、岩石工程分级的目的和意义是什么?常用哪些表 示方法?
7、画出岩石在静荷载情况下单向受压应力—应变 关系示意图，并叙述其特性？
（5）岩石的膨胀性

是软岩石表现出来的特征，是指软岩石浸水后
体积增大和相应的引起压力增大的性质。
（6）岩石的崩解性

是指软岩浸水后发生的解体现象。
四、.岩石的碎胀性
岩石破碎以后的体积将比整体状态下 增大，这种性质成为岩石的碎胀性

用碎胀系数表示 K V1
V
V1—岩石破碎后处于松散状态下的体
一、岩石的变形特征
（一）静载荷作用下两个发展阶段
变形：岩石在外荷载作用下，首先是组成岩石的基本微粒之 间的相对位置的变形，可称为变形。
破坏：随着作用的荷载不断增大，或者荷载达到某一数值而 恒定保持下去，便会导致岩石的破坏。
外荷载的分类

静荷载：岩石本身周围的压力
按外荷载的作用性质{
表

二、岩石的孔隙性
岩石的孔隙性：是指岩石的裂隙和孔隙发育程度，通常用孔隙 度n和孔隙比e来表示。
岩石的孔隙度n：是指岩石试件内各种裂隙，孔隙的体积总和 与试件总体积之比。
岩石的孔隙比e：是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和 与试件内固体矿物颗粒体积之比。
意义： 岩石的孔隙度增大 岩体本身整体性下降 强度降低 透水性增大 由于存在着孔隙 加快岩石的风化速度，从而又增大 了岩石的透水性
（四）、动荷载下岩石的变形特征
无论是冲击式凿岩机凿碎还是爆破破碎岩石，岩石承 受的外力都不是静荷载而是一种冲击荷载。

• 〔5〕岩石的抗冻性
• 岩石空隙中有水存在时，水一结冰，体积 膨胀，就产生巨大的膨胀力，使岩石的构 造和联结受到破坏，假设岩石经反复循环 冻融，那么会导致其强度降低。岩石抵抗 冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性。
• 一些常见岩石的物理性质的主要指标，见 表1.3。
• 〔1〕岩石的变形特性
应力-应变曲线
• 1.2 岩石的类型及其特征
• 〔1〕岩浆岩的矿物成分 • 〔2〕岩浆岩的构造与构造 • ①岩浆岩的构造 • 按结晶程度，岩浆岩的构造可分为： • a.全晶质构造〔crystalline〕 • b.非晶质构造〔glassy〕 • c.半晶质构造〔subcrystalline〕
• 按矿物颗粒大小，岩浆岩的构造可分为： • a．等粒构造〔equigranular〕
• 〔1〕变质岩的矿物成分 • 〔2〕变质岩的构造与构造 • ①变质岩的构造 • a.变晶构造〔crystalloblastic〕 • b.变余构造〔palimpsest〕 • ②变质岩的构造 • a.板状构造〔platy〕 • b.千枚状构造〔phyllitic〕 • c.片状构造〔schistose〕 • d.片麻状构造〔gneissic〕
• 可将岩石变形过程划分为4个阶段： • ①微裂隙压密阶段（图中的Oa段）
• ab段〕
• bc段〕
• c点以后〕
• 〔2〕岩石的强度
• 岩石抵抗外力破坏的能力，称为岩石的强 度〔strength〕。岩石的强度单位用Pa表示。 岩石的强度和应变形式有很大关系。岩石 受力作用破坏，有压碎、拉断和剪断等形 式，所以其强度可分为抗压强度、抗拉强 度和抗剪强度等。
• ①珍珠光泽 • ②丝绢光泽
• ③油脂光泽 • ④蜡状光泽 • ⑤土状光泽 • 〔4〕矿物的解理与断口 • 矿物受力后沿一定方向规那么裂开的性质称

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第三页，共二十八页。
《岩土工程勘查规范》GB50021-2001（2009年版），按岩石的饱 和(bǎohé)单轴极限抗压强度把岩石划分为坚硬岩、中硬岩、较软岩、 软岩和极软岩。
硬质岩石: 岩浆岩，硅质、钙质、铁质胶结(jiāojié)的碎屑岩，石 灰岩，片麻岩，大理岩，石英岩。 软质岩石: 泥质岩（页岩、粘土岩），泥质胶结的碎屑岩，板岩， 千枚岩，片岩，火山凝灰岩。 上述软质岩类如果含有硅质成分，强度将显著提高。
造岩矿物在地表风化条件下的化学稳定性相对稳定性造岩矿物很稳定的石英锆石较稳定的白云母正长石酸性斜长石较稳定的方解石白云石弱溶解性不分解较稳定的粘土矿物不易分解但易软化很不稳定的角闪石辉石黑云母橄榄石基性斜长石易被分解沉积岩的两种主要成分
5工程地质岩石(yánshí)的工程地质性 质详解
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岩石的工程地质性质主要表现在：
1. 力学性质
2. 水理性质(透水性(shuǐxìng)和抗水性(shuǐxìng))
3. 抗风化能力
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二、岩石的力学性质：单轴抗压强度(kànɡ yā qiánɡ dù)
矿物成分：
硬度大的：石英、长石、角闪石、辉石、
硬度中等的：方解石、白云石
硬度小的：云母、绿泥石、高岭石、滑石
板岩、千枚岩、片岩－－泥质岩； 石英岩－－硅质胶结的石英砂岩；
大理岩－－石灰岩。
含大量片状矿物(kuàngwù)的（如滑石、绿泥石、云母和绢云 母等）的岩石，其力学强度相对较低，抗水性弱，抗风化 能力也较差。
变质岩的片理构造（片麻状、片状、千枚状和板状构造）使其 具有各向异性的特征，而且片理面往往成为岩体中的薄弱面。
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工程极为不利，但可作隔水层和防渗层。 • 化学岩和生物化学岩具不同程度的可溶性，易渗漏。
•岩土工程分类与分级
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• 变质岩 工程性质与其原岩密切相关。
• 动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。 • 片理构造使岩石具有各向异性特征。
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二、 岩体及岩体结构
• 岩石（Rock）:
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• 力学性质
强度指标： – 抗压强度(compressive strength)： – 岩石单向受压时抵抗破坏的能力。 – 抗拉强度(tensile strength)： 岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。 – 抗剪强度(shear strength)： 岩石抵抗剪切破坏的能力。
面因素：
（1）岩石材料的质量（强度指标）。
（2）岩体的完整性，结构面产状、密度、声波等。 （3）水理状态（软化、冲蚀、弱化） （4）地应力 （5）其它因素（自稳时间、位移率）
其中：岩性是最重要因素 返回
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4、几种代表性的分类方案
《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)
5%<有机质含量<10%时,称有机质土; 10%<有机质含量<60%时,称泥炭质土; 有机质含量>60%时,称泥炭。
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工程特性：
•含水量高，天然含水量>液限，软塑－流塑状态。 •透水性低，水平向渗透系数较大。 •压缩性大，强度低，欠压密状态。 •显著的蠕变和触变性(高灵敏度)。
•岩土工程分类与分级
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抗剪强度可分为以下三种强度： ( a ) 抗剪断强度：在垂直压力作用下的岩石剪切强度。 ( b ) 抗剪强度：沿着已有的破裂面发生剪切时的强度。 ( c ) 抗切强度：压应力等于零时的剪切强度。

强度性质 岩石在外力作用下发生破坏 时所能承受的最大应力
变形性质
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强度性质
抗 压 强 度 (R) 抗 拉 强 度 (Rt)
干燥试样抗压强度 饱和试样抗压强度 冻融试样抗压强度
抗 剪 强 度(τ) t sn tgj+c
点荷载强度（Is） 回 弹 强 度（N）
Is
P D2
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② 建筑物布置和基础设计措施 选择地形平坦地段，避免引起湿度变化； 增加基础附加荷载克服土的膨胀； 加大基础的埋深； 加强结构刚度及增设沉降缝等。
③ 地基处理措施 设置土垫层； 采用支墩板基础或桩基等； 石灰加固法
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3 软土
软土：是在静水或缓慢流水环境中沉积的，天然含水量大，压缩性高，承载力 低，抗剪强度低的软塑－流塑状态的粘性土，如淤泥等。
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黄土陷穴
天然洞穴 人工洞穴
这些洞穴使上覆土层陷落
黄土陷穴的防治措施有：
① 开挖回填、夯实、灌浆；
② 做好地表排水工程。
防止水流渗漏是保证建筑物稳定的措施之一。
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2 膨胀土
膨胀土：是一种粘性土，含有较多的亲水 性粘土矿物，吸水膨胀，遇水崩解或软化， 失水收缩，抗冲刷性能差，这种具有较明显 的胀缩性的土称为膨胀土。
天然含水量低的黄土 湿陷性较强
一般认为：天然含水量>25%时，无湿陷性。
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黄土的透水性
黄土的透水性比一般粘性土大。
黄土的压缩性
黄土的压缩性中等。
黄土的抗剪强度
黄土的抗剪强度中等。
一般c=30～40kPa， j =15˚～25˚，我国北部黄 土的j可达 27˚～28˚。

构造节理、断层、劈理以 及层间错动面等。
岩体受卸荷作用，风化作用和 地下水活动所产生的结构面。
卸荷裂隙、风化裂隙以及 各种泥化夹层、次生夹泥 等。
2.3 岩体结构
➢结构面的类型和自然特性
❖ 结构面的自然特性
是指结构面的规模、结构面上的物质组成、结构面的结合状态和 空间分布以及密集程度等等。
结构面的等级：按结构面的规模分为四个等级，每个等级都关系到岩体 的稳定性。
当岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含开口孔隙较多时， 岩石的软化性较强，软化系数较小。
2.2 岩石的物理性质指标
➢岩石的水理性质
❖ 岩石的渗透性
水在岩土体孔隙中的流动过程称为渗透。岩土体具有渗透的性质称为岩 土体的渗透性。
是岩石水理性质的重要指标，也是岩体稳定性分析的基本计算参数。由 水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、地基变形、岩溶渗透塌陷等 均属于岩土体的渗透稳定问题。水在孔隙介质中的渗透问题，目前的研 究在试验及理论上都有一定的水平，在解决实际问题方面也能够较好地 反映水在孔隙介质中的渗流的运动规律。 对于裂隙介质中的渗流研究， 则很不成熟。
wa
Ww1 Ws
100 %
2.2 岩石的物理性质指标
➢ 岩石的水理性质
❖ 岩石的吸水性
▪ 吸水率
实验测定：烘干箱烘干12小时（1050C）求得干重Ws，水中浸润12— 24小时，称得湿重，算出吸入的水重Ww1，从而求得a 。
影响因素：孔隙的多少和细微裂隙的连通情况。
应用：工程上常用吸水率作为判断岩石的抗冻性及风化程度的指标。
▪ 抗冻性衡量指标 抗冻系数大于75%，重力损失率小于5%的岩石为抗冻性能好的岩石。
2.2 岩石的物理性质指标

沉积年代
老粘土 一般粘性土
塑性指数
粉质粘土
新近沉积的粘性土
粘土
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我国主要特殊土的基本特性
黄土 红粘土 软土 膨胀土 冻土 盐渍土
35
1、黄土的成因
气候条件：第四纪干旱和半干旱气候
颜色：多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色
成因分类
原生黄土：不具层理 次生黄土具有层理，并含有砂砾和细砾。
天然状态下土质坚硬、压缩性小、强度较高
下更新世Q1 中更新世Q2
老黄土大孔结构已退化，一般仅在黄土的上部有轻微 的湿陷性，或在大压力下有湿陷性；而离石黄土分布 普遍，厚度为50—70m，在黄河中游最厚可达170m。
40
马兰黄土 10万—0.5万 新黄土
晚更新世Q3
Q41黄土 5000年以内 全新世早期Q4
马兰黄土Q41黄土土质相近，均匀、疏松，大孔和 虫孔发育，具垂直节理，有较强烈的湿陷性，与工 程建设关系最为密切。
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软土的工程性质
触变性
流变性
高压缩性
低强度
低透水性
不均匀性
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触变性 当原状土受到振动以后，破坏了结构连接，降低了土
的强度或很快地使土变成稀释状态。 流变性
软土除排水固结引起变形外，在剪应力作用下，土体 还会发生缓慢而长期的剪切变形。
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高压缩性 软土是属于高压缩性的土，压缩系数大，反映在建
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7.2 土的工程分类
2、红粘土的定义 碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕
红、褐黄等色的高塑性粘土称为红粘土。其液限一般大 于50，上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育。经再搬 运后仍保留红粘土基本特征，液限大于45小于50的土称 为次生红粘土。

影响强度及风化速度
e~n关系 关系
VV VV /V e = = VC VC /V n = 1 − γ
c
/Gγ
VV V = V − VV V
n = 1 − n
W
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岩石的水理性质---- 孔隙量 大小、 孔隙量、 三. 岩石的水理性质 -孔隙量、大小、开闭及分布
1. 吸水率 2. 透水性
吸水率 = 大气压力下吸入水的质量 试件干质量
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1. 岩石的单轴压缩全应力—应变曲线 岩石的单轴压缩全应力—
单轴压缩试验设备
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弹模值：E=20~50GPa，为软钢弹模（206GPa） 10~24%； 弹模值：E=20~50GPa，为软钢弹模（206GPa）的10~24%； 泊松比： 泊松比：ν = − ε 2 = 0.15 ~ 0.35 ，理想塑性材料 ν = 0.5 ε1
Rock mass = Rock material + Rock discontinuities
然地质体
岩石：不分岩块与岩体时的泛称。 ♣ 岩石：不分岩块与岩体时的泛称。
5
岩块（ 性质： 岩块（Rock）性质：
强度：抗压强度、抗拉强度、剪切强度等； 强度：抗压强度、抗拉强度、剪切强度等； 变形：弹性模量、泊松比； 变形：弹性模量、泊松比； 矿物：矿物成分、颗粒大小、结构等； 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。 物理性质：密度、水理性、孔隙性等。
破碎后总体积 碎胀系数 = 原岩体积
坚硬程度、块度大小、 坚硬程度、块度大小、堆积排列情况
岩石名称 碎胀系数 k
砂、砾岩 1.05~1.2
砂质粘土 1.2~1.25

岩石性质与工程分级
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒

45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特