岩体的力学性质及岩体分类
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图6.1 岩体的压力--变形曲线第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质包括岩体的变形性质、强度性质、动力学性质和水力学性质等方面。
岩体在外力作用下的力学属性表现出非均质性、非连续、各向异性和非弹性。
岩体的力学性质取决于两个方面: 1)受力条件;2)岩体的地质特征及其赋存环境条件。
其中地质特征包括岩石材料性质、结构面的发育情况及性质(影响岩体的力学性质不同于岩块的本质原因);赋存环境条件包括天然应力和地下水。
第一节 岩体的变形性质一、 岩体变形试验及其变形参数确定变形参数包括变形模量和弹性模量。
按静力法得到静E ,动力法得到动E 。
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧法波地震声波法动力法轴压缩试验法双单水压洞室法钻孔变形法扁千斤顶法狭缝法承压板法静力法按原理和方法分原位岩体变形试验)()()( )(1.承压板法刚性承压板法和柔性承压板法 各级压力P -W (岩体变形值)曲线 按布西涅斯克公式计算岩体的变形模量E m (Mpa )和弹性模量E me (Mpa )。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=e m mem m W W PD E W W PD E )1()1(22μμ式中:P —承压板单位面积上的压力(Mpa ); D —承压板的直径或边长(cm );W,W e—为相应P下的总变形和弹性变形;ω—与承压板形状、刚度有关系数,圆形板ω=0.785,方形板ω=0.886。
μm—岩体的泊松比。
★定义:岩体变形模量(E m):岩体在无侧限受压条件下的应力与总应变之比值。
岩体弹性模量(E me):岩体在无侧限受压条件下的应力与弹性应变之比值。
图6.2 钻孔变形试验装置示意图②可以在地下水位以下笔图6.3 狭缝法试验装置如图6.3所示。
二、岩体变形参数估算现场原位试验费用昂贵,周期长,一般只在重要的或大型工程中进行,因此,岩体变形参数的很多情况下必须进行估算。
两种方法:① 现场地质调查→建立适当的岩体地质力学模型→室内小试件试验资料→进行估算; ② 岩体质量评价和大量试验资料→建立岩体分类指标与变形参数间的经验关系→进行估算。
结构面:指地质过程中在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度,厚度相对较小的地质界面或带。
又称不连续面.结构面包括物质分异面和不连续面。
软弱结构面:结构面中规模较大,强度低,易变性的结构面。
结构体:被结构面切割成的岩石块体。
裂隙度K:是指沿取样线方向单位长度上的节理数量。
切割度Xe:指岩体被节理割裂分离的程度。
剪胀现象:规则齿状结构面在正应力很小的时将沿着齿面滑动,结构面张开,发生剪胀现象岩体的强度:指岩体抵抗外力破坏的能力,包括抗压强度和抗剪强度。
抗剪断强度:指正应力作用下岩体发生剪断破坏时的最大切应力。
摩擦强度:着正应力下岩体沿着既有破裂面发生剪切破坏时的最大切应力。
抗切强度:指剪切破坏面上的法向应力为零时的最大切应力。
岩体完整性系数:岩体与岩石中纵波传播速度的比值的平方。
岩体的动力学性质:指动荷载下岩体表现出的性质。
张节理:是岩体在张应力作用下形成的一系列裂隙的组合,一般粗糙,宽窄不一且延展性较差剪节理:指岩体在切应力作用下形成的一系列裂隙的组合,一般平直光滑,延展性相对比较好张性断层:由张应力或与张断层平行的压应力形成的断层。
压性断层:主要是指压性逆断层,逆掩断层,断层面上常有与走向大致垂直的逆冲擦痕,大致平行集中出现的一系列压性断层构成挤压断层带。
剪性断层:主要指平移断层以及部分正断层,剪裂面产状稳定,断面平整光滑。
劈理:指在地应力作用下,岩石沿着一定方向产生大致平行的破裂面。
泥化夹层:是由于水的作用时夹层内的松软物质泥化而成,其产状与岩层基本一致。
影响结构面力学性质的因素:答:1.结构面两侧结构体的力学性质2.结构面的几何特征3.结构面的尺寸效应4.填充物的力学性质5.水对泥夹层的软化作用6.后期加载过程7.泥化夹层的时效性8. 前期变形历史●影响岩体中结构体特征的因素:答:1.切割岩体的结构面组数2.岩石的类型3.区域构造运动的强度4.工程岩体的破坏方式●影响岩体变形性质与试验结果的因素:答:1.岩体性质2.岩体中结构面发育特征3.岩体试验加载速率,加载过快,岩石变形不充分,导致变形模量较大4.温度,一般来说,温度增高,岩体延性加大,屈服点随之降低。
岩体的基本力学性能与分级标准一、岩体破坏形式挠曲、剪切、拉伸及压缩等四种形式。
二、岩体变形特征(一)岩体应力一应变曲线分析岩体中存在各种裂缝和空隙,因此在受载的开始阶段体积减小,但到一定的阶段体积又增大。
根据目前的试验研究,可把岩体受力后产生变形和破坏的过程分为四个阶段,其应力应变曲线见图1-21<.(I)压密阶段。
该阶段是受力的更杂多裂隙岩体首先出现的(图1-21中I)。
其变形主要是非线性的压缩变形,表现为应力应变曲线呈凹状缓坡。
(2)弹性阶段。
岩体经过压密后,可认为是连续介质。
如果继续加载就进入弹性阶段(图1-21中II)。
该阶段的主要特点是,岩体中的结构体开始承载和变形,岩体变形的主要组成部分是弹性变形。
即变形随载荷的增加基本上按比例增长,表现为应力应变曲线呈直线型。
(3)塑性阶段。
如果继续加载当应力达到屈服点以后,岩体变形就进入塑性阶段(图1-21中III)。
该阶段的主要特点是以沿结构面滑移变形为主的剪切滑移变形,伴随着结构体的变形,开始出现微破裂并逐渐增加,出现扩容、应变强化等现象。
(4)破坏阶段。
如岩体承受的载荷不断增长,其变形增长率也不断增大,当应力达到极限强度时,岩体会沿着某些破损面滑动,于是就从塑性阶段进入破坏阶段(图卜21中IV)。
其特点是,应力应变曲线基本上缓慢下降,标志着岩体处于破裂积累阶段,当积累到一定程度后,岩体才失去稳定而发生完全破坏。
此时,岩体内不仅出现因原有裂缝的扩展而发展的新裂缝,并且出现因结构体转动以及结构面滑移所产生的内部空洞,因而,岩体体积较之前大大膨胀,其纵向变形也由于岩体开始破坏而大为增加。
图1-21岩体成力应变曲线I-转化点;2-屈服点;3-极限强度(二)影响岩体变形的因素(1)岩体结构的影响①整体结构岩体:岩体的应力应变曲线与其组成岩石的变形曲线类似,但纵、横向变形都比岩石大,这是由于岩体内部包含较多微裂隙,体积远大于其结构岩块的缘故。
②层状结构岩体:岩体的变形特征具有明显的各向异性。
岩石的地质力学特征岩石是地球上最常见的物质之一,其地质力学特征对于了解地球内部的构造和地质活动具有重要的意义。
在本文中,我将介绍岩石的地质力学特征,包括岩石的类型、力学性质、破裂与变形等方面。
首先,让我们来了解一下岩石的类型。
岩石可以分为三种主要类型:火成岩、沉积岩和变质岩。
火成岩是由地壳或地幔中的熔融岩浆冷却所形成的,例如花岗岩和玄武岩。
沉积岩是由岩屑、有机物或溶解物质在地表沉积并经过压实而形成的,例如砂岩和石灰岩。
变质岩是由原有岩石在高温和高压下发生变化而形成的,例如片麻岩和云母片岩。
接下来,我们来了解一下岩石的力学性质。
岩石的力学性质可以通过一些实验来测试。
其中,最常用的是强度测试和弹性模量测试。
强度测试可以用来评估岩石的破裂和破坏的能力。
弹性模量测试则可以用来评估岩石的变形和回弹能力。
这些测试结果可以帮助我们对岩石的力学性质有更深入的了解。
岩石在地质过程中会发生各种破裂和变形。
其中,最常见的是岩石的断裂和褶皱。
断裂是指岩石在外力作用下发生断裂并形成断层。
断层可以是平行于地层的走向、顺层倾向或垂直于地层的倾角。
褶皱则是指岩石在外力作用下发生挤压并形成褶皱。
褶皱可以是正褶皱或逆褶皱,取决于褶皱的折叠方向。
除了断裂和褶皱,岩石还可以发生岩浆侵入和岩石变形等现象。
岩浆侵入是指岩浆从地壳或地幔中向上运动并进入岩石中的过程。
岩浆侵入的形式有很多,常见的有岩浆柱、岩浆包裹体和岩浆岩等。
岩石变形是指岩石在外力作用下发生形状和体积的变化。
岩石变形可以是弹性变形或塑性变形,取决于岩石的力学性质和外力的大小。
总结起来,岩石的地质力学特征包括其类型、力学性质、破裂和变形等方面。
了解和掌握这些特征对于地质研究和工程建设具有重要的意义。
我们可以通过实验和观察来深入了解岩石的地质力学特征,并将其应用于实际的工程项目中。
随着科技的不断发展,我们对岩石的了解也会越来越深入,为地球科学的进一步发展提供更多的支持。
工程地质岩组特征工程地质岩组特征是指岩石在工程施工过程中的特点和性质。
岩组特征是工程地质研究的重要内容,对于工程设计、施工和维护都有重要的影响。
一、岩石的成因和类型岩石可以分为火成岩、沉积岩和变质岩三大类。
火成岩是由岩浆在地下或地表凝固而形成的,包括花岗岩、玄武岩等;沉积岩是由风化、运移和沉积作用形成的,如砂岩、泥岩、石灰岩等;变质岩是由原有岩石在高温高压下发生矿物组合、结构和化学成分变化而形成的,如片麻岩、白云岩等。
二、岩石的物理性质岩石的物理性质包括密度、硬度、孔隙度、吸水性等。
密度是指单位体积岩石的质量,硬度是指岩石的抗压强度,孔隙度是指岩石中洞隙的百分比,吸水性是指岩石吸水的能力。
三、岩石的力学性质岩石的力学性质包括弹性模量、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。
弹性模量是指岩石在外力作用下的变形能力,抗拉强度是指岩石在拉伸过程中的破坏能力,抗压强度是指岩石在压缩过程中的破坏能力,抗剪强度是指岩石在剪切过程中的破坏能力。
四、岩石的破碎性质岩石的破碎性质是指岩体破裂和剥离的能力。
岩石的破碎性质与岩石的结构、强度、断裂性质等有关,对于工程施工过程中的爆破、钻孔、开挖等都有重要的影响。
五、岩石的耐候性岩石的耐候性是指岩石在自然环境下的抗侵蚀能力。
不同岩石的耐候性有差异,一些岩石容易被风化、溶解、破碎等,对工程施工和维护带来了一定的困难。
六、岩石的水文地质性质岩石的水文地质性质是指岩石的渗透性、含水量和水位等。
不同类型的岩石具有不同的渗透性和含水量,对于工程施工过程中的地下水的流动和排水都有重要的影响。
七、岩石的化学性质岩石的化学性质包括岩石的化学组成和岩石中矿物的化学反应等。
不同类型的岩石有不同的化学成分,对于工程施工和维护带来了一定的挑战。
综上所述,工程地质岩组特征是指岩石的成因和类型、物理性质、力学性质、破碎性质、耐候性、水文地质性质和化学性质等方面的特点和性质。
了解岩组特征有助于合理选择施工方法和措施,减少工程事故的发生,提高工程质量和安全性。
第一章岩石的物理性质及岩石工程分类学习对象岩石及岩石的结构特征、岩石的不连续性、不均匀性和各向异性岩石的各项指标。
学习内容岩石及岩石的结构特征、岩石的不连续性、不均匀性和各向异性岩石的容重、密度比重、孔隙率和孔隙比;含水量、吸水率与饱和系数;渗透系数。
学习目的掌握有关概念,特别是掌握岩石及岩石的结构特征、岩石的不连续性、不均匀性和各向异性岩石的各项指标。
掌握岩石的容重、密度比重、孔隙率和孔隙比;含水量、吸水率与饱和系数;渗透系数等计算。
1.1 岩石及岩石的结构特征1岩石工程岩石力学的研究对象是岩石。
岩石是构成地壳的基本材料,是经过地质作用而天然形成的(一种或多种)矿物集合体。
岩石通常按地质成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩等三种类型,下图为三类岩石的部分岩体。
a、岩浆岩岩浆岩是岩浆冷凝而形成的岩石,绝大多数岩浆岩是由结晶矿物所组成,由于组成它的各种矿物化学成分和物理性质较为稳定,它们之间的联结是牢固的,因此岩浆岩通常具有较高的力学强度和均质性。
工程中常遇到的岩浆岩有花岗岩、玄武岩等。
b、沉积岩沉积岩是母岩(岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩)经风化剥蚀而产生的物质在地表经搬运沉积和硬结成岩作用而形成的岩石组成。
沉积岩的主要物质成分为颗粒和胶结构。
颗粒包括各种不同形状及大小的岩屑及某些矿物;胶结物常见的成分有钙质、硅质、铁质以及泥质等。
沉积岩的物理力学性质不仅与矿物和岩屑有关,而且也与胶结物性质有关。
沉积岩具有层理构造,这使得它的物理力学性质具有方向性。
工程建设中常见的沉积岩有灰岩、砂岩、页岩等。
c、变质岩变质岩是由岩浆岩、沉积岩甚至变质岩在地壳中受到高温、高压及化学活动性流体的影响下发生变质而形成的岩石。
它在矿物成份、结构构造上具有变质过程中产生的特征,也常常残留有原岩的某些特点。
因此,变质岩的物理力学性质不仅与原岩的性质有关,而且与变质作用的性质及变质程度有关。
工程建设中常见的变质岩类有大理岩、片麻岩、板岩等。
工程岩体分级标准工程岩体分级标准是指根据岩体的力学性质、岩体结构和岩体稳定性等特征,对岩体进行分类和评定的标准。
岩体在工程施工中扮演着重要的角色,其稳定性直接关系到工程的安全性和可靠性。
因此,对岩体进行科学合理的分级评定,是保障工程施工质量和安全的重要环节。
一、岩体力学性质。
岩体的力学性质是指岩石在外力作用下的变形和破坏特性。
根据岩石的抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等指标,可以将岩体分为强、中、弱三个等级。
强岩体具有较高的抗压强度和抗拉强度,适合用于大型工程的基础和支护结构;中岩体的力学性质一般,适合用于中小型工程的基础和支护结构;弱岩体的力学性质较差,需要采取特殊的支护措施才能保证工程的安全施工。
二、岩体结构。
岩体结构是指岩石的裂隙、节理、岩层倾角等特征。
根据岩体结构的复杂程度和对工程施工的影响程度,可以将岩体分为简单、中等、复杂三个等级。
简单岩体结构指岩石中裂隙和节理较少,对工程施工影响较小;中等岩体结构指岩石中存在一定数量的裂隙和节理,对工程施工有一定影响;复杂岩体结构指岩石中存在大量的裂隙和节理,对工程施工影响较大,需要采取相应的支护措施。
三、岩体稳定性。
岩体稳定性是指岩体在外力作用下的稳定性和变形能力。
根据岩体的稳定性和变形能力,可以将岩体分为稳定、较稳定、不稳定三个等级。
稳定岩体指岩石在外力作用下变形能力较强,不易发生破坏;较稳定岩体指岩石在外力作用下变形能力一般,可能发生一定程度的破坏;不稳定岩体指岩石在外力作用下变形能力较差,容易发生破坏,需要采取有效的支护措施。
综上所述,工程岩体分级标准是工程施工中重要的一环,对岩体进行科学合理的分类和评定,有助于制定合理的支护措施,保障工程施工的安全和可靠。
在实际工程中,应根据岩体的力学性质、结构和稳定性等特征,综合评定岩体的分级,并采取相应的支护措施,确保工程施工的顺利进行。
岩体分类和岩体分级岩体分类是指根据岩石的成因、岩层结构和岩石成分等特征将岩石进行归类的过程。
岩石可以根据不同的分类标准进行分类,下面是一些常见的岩体分类方法:1. 岩石成因分类:根据岩石的形成过程和成因,将岩石分为火成岩、沉积岩和变质岩三大类。
火成岩是由熔融状态下的岩浆冷却凝固而成的岩石;沉积岩是由岩屑、化学沉淀物或有机物沉积而成的岩石;变质岩是在高压、高温或其他变质作用下形成的岩石。
2. 岩层结构分类:根据岩石的结构特征,将岩石分为层理岩、节理岩和断裂岩等。
层理岩具有明显的平行层理结构,常见于沉积岩中;节理岩有明显的岩体断裂面,常见于火成岩和变质岩中;断裂岩则是由于地壳运动造成的岩体断裂而形成的。
3. 岩石成分分类:根据岩石中主要矿物的成分和含量,将岩石分为酸性、基性、中性等不同系列。
酸性岩石富含硅酸盐矿物,如花岗岩;基性岩石富含镁铁酸盐矿物,如辉绿岩;中性岩石则介于酸性岩石和基性岩石之间。
岩体分级是指根据岩石的质量、强度和稳定性等性质对岩体进行评定的过程。
岩体的分级有助于工程建设和岩石工程的规划和设计。
常见的岩体分级方法有:1. 岩体质量分级:根据岩体的物理性质和结构特征,将岩体分为优良、一般和差等级。
优良岩体具有较好的物理力学性能和较强的稳定性;一般岩体具有较一般的物理力学性能和较弱的稳定性;差岩体则具有较差的物理力学性能和较弱的稳定性。
2. 岩体强度分级:根据岩石的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等性能,将岩体分为高强岩体、中强岩体和低强岩体等级。
高强岩体的强度较高,适合承载大量力量;中强岩体的强度适中;低强岩体的强度较低。
3. 岩体稳定性分级:根据岩体的稳定性和岩体变形可能引起的地质灾害的潜在性,将岩体分为稳定岩体、轻度不稳定岩体、中度不稳定岩体和严重不稳定岩体等级。
稳定岩体具有较强的稳定性;不稳定岩体容易发生变形和失稳,存在较大的地质灾害风险。